1、编号 淮安信息职业技术学院毕 业 论 文题 目学生姓名 许文忠学 号 42911114系 部 电气工程专 业 机电一体化班 级 429111指导教师 龚希宾 顾问教师 揭志远二一三年十月基于 AT89S51 的音乐喷泉控制系统摘要I摘 要人们的生活离不开艺术，艺术体现了一个国家一个民族的特点，表达了人们思想情感。而喷泉在景观设计中仍然是不可或缺的，正是这些景观喷泉的设计，成为让空间环境生动起来的关键因素。由此可见，景观环境只是满足实用功能还远远不够，景观喷泉的出现，提高了整个空间环境的艺术品质，改善了城市环境的景观形象，给人们带来美的享受。根据目前音乐喷泉的发展现状，介绍了一个以 AT89S5
2、1 单片机为核心的小型音乐喷泉控制系统。给出了一个简洁的单片机控制电路，分析了输出地址，描述了不同类型的输出电路和输入电路；介绍了从特定构造的喷池中获得决定喷池动作的喷池数据的原理；给出了主程序框图和看门狗子程序。采用程序控制来控制花型。音频信号还影响灯光色彩和灯光光线明暗的变化。从而使灯光色彩、灯光的闪烁和喷泉水姿随音乐节奏而变化。关键词：音乐喷泉；单片机；单片机控制；喷池数据AbstractABSTRACTThe life of people cannot do without art; the art reflects the characteristics of a country a
3、nd nation, expression of emotion. The fountain in the landscape design is still an indispensable, it is the design of these landscape fountain, become the key factor for space environment lively. Thus, the landscape environment is just to meet the practical function is far from enough, appear landsc
4、ape fountain, improves the space environment art quality, improve the city environment landscape image, give people the enjoyment of beauty.According to the current situation of the development of music fountain at present, introduces a small music fountain based on AT89S51 microcontroller as the co
5、re control system. Gives a concise analysis of the SCM control circuit, the output address, description of the output circuit and the input circuit of different types; introduced to obtain the decision principle spray pool data spray pool action from a specific structure of the spray tank; the flow
6、diagram of main program and the Gou sequence. Program control is used to control the flower. The changes also affect the color of light and audio signal lights light intensity. Thus, the color of the light, flashing lights and water fountains and pose with the change of music rhythm.Key Words: music
7、 fountain；SCM；SCM control；watchdog program目录IV目 录摘 要 .IABSTRACT .第 1 章 绪 论 .11.1 课题背景 .11.2 音乐喷泉的发展和现状 .1第 2 章 音乐喷泉控制系统硬件设计 .22.1 控制系统硬件总体设计方案 .22.2 音乐信号的采集 .22.2.1 音频放大电路的设计 .22.2.2 采样定理 .42.3 单片机电路 .52.3.1 单片机的概述 .52.3.2 时钟电路的设计 .62.4 AD 转换电路 .72.4.1 ADC0809 与单片机 AT89S51 的连接 .72.4.2 输入电路 .82.5 潜水泵
8、调速硬件方案设计 .92.6 灯光硬件方案设计 .102.7 解决系统时间滞后硬件电路设计 .11第 3 章 喷泉控制系统软件设计 .123.1 喷池数据 .123.2 主程序框图 .133.3 控制潜水泵软件设计模块 .143.3.1 潜水泵开关调速的原理 .153.3.2 潜水泵开关调速的软件设计 .153.4 控制电磁阀软件设计模块 .163.5 歌曲存储模块 .173.5.1 音频脉冲的产生 .173.5.2 音乐程序 .193.6 灯光控制模块 .22目录V3.7 看门狗子程序 .233.8 实验仿真 .24结 论 .25致 谢 .26参考文献 .27附 录 .28附录 1.28附录
9、 2.29第 1 章 绪 论1第 1 章 绪 论1.1 课题背景随着城市化进程的加速，花式喷泉可以在人们周围随处可见。比如广场，大厦，小区等。花式喷泉是人造小气候，在炎热的夏日可以起到增湿和降温的作用；也为水体充氧，有利于水体增加自净能力，起到防止水体黑臭的作用花式喷泉运行的灵活性是评价花式喷泉优劣的关键，而这与花式喷泉的控制系统息息相关。花式喷泉可以根据自己的设计，设计出各种各样的花样，加上灯光，能给人有种不错的视觉享受。1.2 课题设计的目的和意义 随着我国经济的高速发展，微电子技术，计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，交流变频调速技术已经进入个崭新的时代，其应用越来越广。而随着我国
10、城市化进程的加快和人口大量集聚，环境越来越重要，好的环境能使心身愉快，做事效率提高。其中喷泉可以湿润周围空气，减少尘埃，降低气温。喷泉的细小水珠同空气分子撞击，能产生大量的负氧离子，有益于改善社区面貌和增进居民身心健康目前，国内的音乐喷泉逐渐向智能化、分散化、综合化、多样化的方向发展，于是对喷泉控制系统的设计也提出了更高的要求。淮安信息职业技术学院毕业设计论文2第 2 章 音乐喷泉控制系统硬件设计2.1 控制系统硬件总体设计方案该音乐喷泉控制系统的总体结构如图 2.1 所示，由音乐输入系统、数模转换系统、单片机控制系统和输出控制系统等组成。图 2-1 系统总体结构框图2.2 音乐信号的采集前面
11、已经介绍过，本文的研究针对的是采用外部音源的喷泉系统，因此在对音乐信号进行特征识别前首先要完成对模拟音乐信号的采集。音乐信号的采集主要包括音频放大和 A/D 转换两个过程，下面分别进行分析。2.2.1 音频放大电路的设计外部音源信号的幅度一般较弱，因此必须要对原信号进行放大处理后才能送入 A/D 转换器。本文选择了 LM386 芯片设计音频放大电路。LM386 是美国国家半导体公司（NS）推出的系列功率放大集成电路的一种，LM386 具有功耗AT89S51 单片机淮安信息职业技术学院毕业设计论文2低、工作电压范围宽、所需外围元件少等特点，在电子设备的音频放大电路设计中应用非常广泛，它使用了 1
12、0 只晶体管构成了输入级、电压增益和电流驱动级。其中第 2 章 音乐喷泉控制系统硬件设计 33T1- T6 组成 PNP 型复合差分放大器， T5、T6 为镜像恒流源，作为 T3、T4 的有源负载，使输入级有稳定的增益。电压增益级由接成共发射极状态的 T7 承担，其负载也使用了恒流源，整个集成功放的开环增益主要由该级决定。T8、T9 复合为一个 PNP 管，和 T10 共同组成互补对称射极输出电路，以供给负载以足够的电流。D1、D2 提供了 T8、T9、T10 所需的偏置，使末级偏置在甲乙类状态。R5- R7 构成内部反馈环路。从图 2-2 可以看出，LM386 采用双列 8 脚封装结构，它的
13、工作电压范围为 4 - 12V，静态电流 4mA，最大输出功率 660mW，最大电压增益 46dB，增益带宽 300kHz，谐波失真 0.2%。在 LM386 上，提供了两种典型放大电路的设计方案。一种是在 LM386 的 1 脚和 8 脚之间不接其他元件，此时放大电路的增益仅由内部电阻 R5 - R7决定，为 20 倍数（26dB） ，这种方式外部电路元件最少，也最为经济。另一种通过在 1 脚和 8 脚之间串接不同的阻容元件，改变放大电路的交流反馈量，从而改变放大电路的闭环增益。音乐信号的放大采集如图 2-2 所示。外部音源（声卡、CD 机等）的模拟音乐信号分左、右声道分别进入放大电路，经过
14、信号放大后，得到幅值放大后的音频信号。从图 2-3 可以看出放大电路的具体设计。在 LM386 的 1 脚和 8 脚之间串接一个 10 微法的电容 C4，使内部电阻 R6 被交流旁路，放大电路的增益能达到最大值，200 倍数（46dB） 。再对音频放大电路的外围电路进行设计，电路中电容 C1、C6 作为隔直电容，电位器 P1 用于调节音量的大小，元件 R2、C5 有助于旁路高频噪音和改善输出的音质。电容 C3 作为去耦电容，一方面是本集成电路的蓄能电容，另一方面旁路掉该器件的高频噪声电容 C2 则是作为旁路电容，将信号的中高频噪音旁路到地。经过放大电路的音频信号就送入 A/D 转换器进行采样，
15、这里 A/D 转换器要设置为双极性，即能接收负信号。图 2-2 LM386 封装形式及引脚定义第 2 章 音乐喷泉控制系统硬件设计 44图 2-3 音乐信号放大采集2.2.2 采样定理采样是指用一较高频率的开关脉冲对模拟信号进行取样，取出脉冲到来时刻所对应的模拟信号的幅度，这样就可以得到一连串幅度变化的离散脉冲。用这些离散脉冲序列代替原来时间上连续的信号，也就是在时间上将模拟信号离散化。如图 2-3 所示，在对音乐信号进行放大处理后，就要通过 A/D 转换将模拟信号采集进计算机，这就是音乐信号的采样。我们在对一个连续的音乐信号进行采样时，为了使采样后的样本序列能够包含足够的信息以使其能够较正确地重现原来的模拟信号，在采样时应当使采样频率满足采样定理的要求。采样定理淮安信息职业技术学院毕业设计论文
