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基于单片机的声控彩灯设计.docx

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.30M 资料格式：docx 举报 版权申诉
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    1）电容式麦克风:
    摘 要 本次课程设计主题是基于 ATMEL 公司生产的 AT89S52 单片机为核心设计一个 声控彩灯系统。系统由模拟电路部分与数字电路部分组成，模拟电路由驻极体麦 克风、运算放大器、二极管峰值包络检波器，实现对音频信号进行转换、滤波、 放大等处理。数字电路由 A/D 转换器、AT89S52 单片机及发光二级管组成，单片 机将 A/D 转换后的信号对 LED 的亮灭进行控制，LED 的亮灭情况由音频信号的强 度进行控制，点亮的 LED 的数目随音频音量的增大而增加，随音频音量的减小而 减少，实现了一个简单的音乐彩灯控制系统。 关键词：AT89S52 单片机；发光二极管； A/D 转换器；运算放大器；驻极体麦克 风；
    目录 引言................................................................................................................................4 1. 设计任务及要求....................................................................................................4 2. 方案选择................................................................................................................4 2.1 方案一：采用数字芯片构成的声控彩灯系统...........................................4 2.2 方案二：基于 AT89S52 为核心的单片机声控彩灯系统...........................5 2.3 方案比较和选择...........................................................................................5 2.4 声控彩灯系统框图.......................................................................................6 3. 硬件设计原理........................................................................................................7 3.1 模拟电路部分..................................................................................................7 3.1.1 模拟电路原理说明..................................................................................7 3.1.2 电路仿真过程..........................................................................................8 3.1.3 模拟电路原理图..................................................................................... 11 3.2 数字电路部分............................................................................................................... 14 3.2.1 数字电路部分原理图............................................................................14 3.2.2 A/D 转换器.......................................................................................................... 15 3.2.3 单片机 AT89S52 介绍.............................................................................18 3.2.4 时钟电路与复位电路............................................................................21 3.2.5 LED 发光显示电路.................................................................................23 3.2.6 下载端口.................................................................................................23 4. 软件设计原理...................................................................................................................... 24 5. 硬件电路制作和组装调试..................................................................................24 6. 软件调试过程及遇到的问题和解决方法................................................................... 25 7. 课设总结............................................................................................................................... 26 谢辞..................................................................................................................................................27 附录一............................................................................................................................................. 29 附录二............................................................................................................................................. 30 附录三............................................................................................................................................. 31 附录四............................................................................................................................................. 32
    引言 随着科学技术发展，彩灯艺术更是花样翻新，奇招频出，传统的制灯工艺和 现代科学技术紧密结合，将电子、建筑、机械、遥控、声学等新技术、新工艺用 于彩灯的设计制作，把形、色、光、声、动相结合，思想性、知识性、趣味性、 艺术性相统一，音乐彩灯的出现使人们既得到了视觉与听觉上得享受，同时也给 人们紧张的现代生活带来新鲜的色彩与活力。 1. 设计任务及要求 （1） 选择合适传感器； （2） 选择合适放大器及 A/D 转换器件； （3） 单片机根据音频信号大小驱动 LED 亮灭； （4） 可调拾音灵敏度； （5） LED 的个数、造型自定； 2. 方案选择 2.1 方案一：采用数字芯片构成的声控彩灯电路 音频在电信号中表现为多个正弦波叠加而成。音乐的大小就表现为声音的强 弱起伏，它在音频信号中表现为正弦波的波峰和波谷，所以在它到达波峰时就说 明它的音量大，在波谷时音量就小，根据这个原理，可以采用一个触发电路控制 彩灯在音量大的时候发光，音量小的时候就熄灭。综合考虑，可以选择一个 NE555 时基电路中的单稳态电路，触发后驱动 LED 发光，由于音频电压过小，还需要 设一个放大电路。设计框图如下图所示：
    图 2.1-1 方案一设计框图 2.2 方案二：以 AT89S52 为核心的单片机声控彩灯系统 此控制系统以 AT89S52 为控制器，通过单片机的 I/O 口进行读操作，将外部 经过音频信号转换而成的电压信号读取进来，再进行分析计算，对外部的发光二 级管进行控制，编程控制灵活。能灵活根据音频信号的强弱范围来控制发光二级 管亮灭的数目，达到声音控制灯亮灭的效果。 2.3 方案比较和选择 方案一中，虽然电路比较简单，但是最终的硬件电路功能单一，不方便进行 功能的修改与升级，控制不够人性化。 方案二中，以 AT89S52 为控制核心，AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器, 在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，控制灵活方便，使得 AT89S52 在众多控制应用系 统中得到广泛应用。因此本次课题选用方案二。
    2.4 声控彩灯系统框图 驻极体麦克风 麦克风 两 级 放 大 电路 A/D 转换器 麦克风 时钟电路 AT89S52 图 2.4-1 系统结构框图 程序下载端 口 发光 二极 管 复位电路
    3. 硬件设计原理 3.1 模拟电路部分： 3.1.1 模拟电路原理说明： 首先，采用电容式麦克风对音频信号进行拾取。 其次，通过两个电容分别对音频中得高频成分进行滤波以及对直流成分进行隔直。 然后，经过一级放大器放大。因为从电容式麦克风输出的信号幅度很小，大概几 毫伏至几十毫伏左右，因此要对该信号进行放大，放大倍数选择在 1000 倍左右， 才能满足 A/D 转换器的需要，由此选择两级放大电路，第一级放大倍数设置在 1~454 倍之间，第二级放大倍数设置在 1~10 倍之间。两级放大就可以达到 1000 倍左右。 最后，由于音频信号在电信号中表现为多个正弦波叠加而成，而 A/D 转换器转 换的电压范围在 0~5v，所以选择采用二极管包络检波器对这些正弦波进行整流 后再进行 A/D 转换。 通过以上分析，运用 Multisim 进行电路绘制及仿真，仿真过程如下所述。
    3.1.2 电路仿真过程： V1 5 V R1 4.7kΩ C1 1µF R2 1kΩ XFG1 C2 100pF XSC2 Ext Trig + _ A + _ B + _ V4 12 V D3 1BH62 R5 2.2kΩ C4 10µF XSC1 Ext Trig + _ A + _ B + _ V2 12 V 3 2 8 4 U2A 1 NE5532P V3 12 V R3 22Ω R6 10kΩ Key=A 0% R4 100Ω C3 10µF D2 1BH62 D1 1BH62 V5 12 V U1A 1 NE5532P V6 3 2 8 4 12 V R9 1kΩ R8 1kΩ 100% R7 10kΩ Key=A 图 3.1.2-1 仿真原理图 图 3.1.2-2 一级放大电路仿真波形图
    图 3.1.2-3 一级放大电路仿真波形图 图 3.1.2-4 两级放大电路仿真波形图
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