張德坤 彭森
摘 要:如今,單片機正以迅雷不及掩耳之勢的速度占領(lǐng)了智能控制系統(tǒng)的主導位置。各種彩燈也伴隨在我們生活周圍。此次的音樂彩燈控制器是使用AT89C51單片機制作的,由于單片機的頻率不一樣,所以當輸出到揚聲器播放音樂時,彩燈會跟隨著音樂的變化而有節(jié)律的亮和滅。本文主要講述了該系統(tǒng)硬件電路的組成結(jié)構(gòu)和連接方法,同時還介紹了應用軟件的程序設(shè)計。在硬件設(shè)計上,我們先對直流電源電路、復位電路以及時鐘電路和聲音驅(qū)動電路進行電路設(shè)計,然后把所有模塊電路進行連線組合,通過仿真軟件調(diào)試確定此次設(shè)計的硬件電路。設(shè)計軟件的時候,我們先將音符頻率發(fā)生的程序、彩燈程序、計數(shù)器/定時器程序全部設(shè)計好,之后再將每個程序塊整合,最后將程序通過軟件仿真聯(lián)合進行調(diào)試。
關(guān)鍵詞:單片機;彩燈;控制器
1 引言
現(xiàn)如今,單片機已經(jīng)應用于各個領(lǐng)域。比如:私家高檔轎車的安全系統(tǒng),工業(yè)的控制,導彈導航裝置,智能的儀器表,普遍應用的各種智能IC卡,計算機網(wǎng)絡(luò)和通訊領(lǐng)域的應用以及程控玩具、電子寵物等等??萍荚絹碓桨l(fā)達,智能化的東西也越來越多。所以可以說,學習單片機相關(guān)的知識、研發(fā)及應用必然會成為這個社會發(fā)展的一種趨勢。在20世紀80年代的時候,單片機首次出現(xiàn)在我國,隨后又開展了全國第一屆單片機開發(fā)與應用的交流會,有些地方甚至還創(chuàng)立了和這有關(guān)的協(xié)會,這是單片機在國內(nèi)形成的第一次熱潮?,F(xiàn)如今,發(fā)展得最快的就屬單片機應用技術(shù)了,只要將 “單片機”三個字輸入到網(wǎng)上進行搜索,就能夠出現(xiàn)數(shù)以萬計的和單片機有關(guān)的網(wǎng)站。根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn),當前我國的單片機從業(yè)人數(shù)至2010年達到了100多萬,人才的需求量位居第一。據(jù)統(tǒng)計,單片機的年生產(chǎn)能力已達到3億片,每年以約為百分之二十的速度快速增長,可是相對世界市場中國的全球市場份額不足 1%。因此,我國單片機知識的學習是一個很好的發(fā)展前景。所以,隨著社會的發(fā)展,單片機技術(shù)將更受歡迎。迄今為止,有許許多多的音樂彩燈控制器的設(shè)計方案,例如:使用單片機進行控制、使用傳感器進行控制,使用EDA進行控制等等。在節(jié)約實驗器材和簡化設(shè)計步驟的情況下,為了簡化硬件電路,也可采用PLCS7-20CN來控制,雖然硬件電路與其他控制系統(tǒng)相比相對簡單,但實驗程序比較繁雜,實驗過程也比較復雜;對于編寫程序是個比較困難的問題。因此我們常常會選擇單片機來設(shè)計音樂彩燈控制器,通過單片機端口來控制音樂的播放和彩燈閃爍,這個方案編寫程序更簡易,可編譯性也更好。此次設(shè)計是通過以AT89C51芯片為基礎(chǔ)來實現(xiàn)音樂彩燈的效果,我們用一個恒流源供電,使用單片機來產(chǎn)生不同的頻率和一些外圍的輔助電路,再通過蜂鳴器播放音樂,當蜂鳴器播放音樂時彩燈跟隨著音樂節(jié)奏的變化而變換,從而達到音樂彩燈的效果。
2 系統(tǒng)方案選擇
本設(shè)計需要實現(xiàn)兩種工作模式:播放音樂模式和花樣燈模式。
(1)播放音樂模式:播放音樂,八路LED跟著音樂的變化而變換。
(2)花樣燈模式:八路LED通過程序控制變換出各種花樣。方案一:基于單片機音樂彩燈控制器的設(shè)計,是利用AT89C51芯片編程產(chǎn)生頻率發(fā)出音調(diào)。依據(jù)具體情況,本方案選取12MHz作為系統(tǒng)的外部晶振。使振蕩電路得到12MHz的時鐘信號,通過發(fā)射驅(qū)動電路放大,再經(jīng)過單片機輸出,并根據(jù)按鍵控制端口輸出使音樂播放,同時彩燈閃爍。此方案運用單片機和按鈕來控制音樂和彩燈,靈敏度高。很多音樂彩燈控制器的設(shè)計都采用這類設(shè)計方案。方案二:利用STC12C5A60S2芯片設(shè)計音樂彩燈控制器,把程序?qū)懭胄酒笸瓿刹薀襞c音樂的控制??刂破髯寴非盘柦?jīng)由FFT(Fast Fourier Transformation,即離散傅里葉變換的快速算法)計算后產(chǎn)生n(led陣列燈數(shù))個數(shù)據(jù),而后每一個數(shù)據(jù)發(fā)送到led陣列對應點,從而完成音樂和彩燈同步控制。方案一思路清楚,電路簡單,便于操作,成本低。而方案二雖然靈敏度高,但結(jié)構(gòu)復雜、功耗比較高,控制并不簡單。結(jié)合各自的優(yōu)劣點我們選取方案一。
預期調(diào)試結(jié)果:
(1)經(jīng)過調(diào)試后結(jié)果。蜂鳴器播放出千年之戀這首歌的曲子,彩燈隨著音樂的節(jié)奏改變。(2)按K1鍵進行選擇調(diào)試。按K1鍵之后,彩燈花樣點亮。(3)按K2鍵進行選擇調(diào)試。按K2鍵之后,蜂鳴器播放出寂寞沙洲冷這首歌的曲子,彩燈隨著音樂的節(jié)奏改變。(4)再按K2鍵進行選擇調(diào)試。再按K2鍵之后,蜂鳴器播放出千年之戀這首歌的曲子,彩燈隨著音樂的節(jié)奏改變。此電路的程序只需要大約1K,我們可以編寫更多的音樂和彩燈花樣,使系統(tǒng)更強大。
3 電路設(shè)計
3.1系統(tǒng)模塊框圖
本文主要介紹了硬件電路的設(shè)計和連接方式,硬件電路模塊的工作原理和它所能實現(xiàn)的功能做了系統(tǒng)的介紹。該設(shè)計的整體模塊由單片機模塊、彩燈模塊、復位模塊、時鐘模塊、電源模塊、按鍵模塊、通信模塊及音頻模塊組成,系統(tǒng)模塊框圖如圖1所示。
3.2電路原理
因為51系列單片機的電流驅(qū)動能力比較弱,而揚聲器的工作電流需要幾十毫安,因此驅(qū)動揚聲器時,我們需用使用一個pnp三極管。如果芯片給P3.0低電平,那么蜂鳴器工作;反之,若給高電平,蜂鳴器不工作。
LED接到單片機的P1口,拉低IO口電平,讓LED亮起。
兩個按鍵的端口分別接單片機的I/O口和地。若按鍵不動,則與之連接的I/O口被芯片內(nèi)部的上拉電阻拉高,若我們按下按鍵,則與之連接的I/O口變?yōu)榈碗娖?,觸發(fā)中斷。
要實現(xiàn)花樣彩燈功能,我們要將8個流水燈花樣點亮、熄滅。同時我們還要注意一點,因為單片機執(zhí)行每條指令的時間很短,而且人眼有視覺暫留效應,是以在控制彩燈亮滅時我們應當將指令延時一段時間, 否則我們就看不到花樣彩燈的效果了。因此,此電路還需要延時模塊。
4 結(jié)束語
本設(shè)計要成功實現(xiàn)所有功能,我們必須要有一個更可靠的硬件電路。當然,有了硬件電路沒有成功的軟件程序設(shè)計也是不成功的。經(jīng)過此次基于單片機的音樂彩燈控制器的設(shè)計后,我們不僅加深了對理論知識的理解,將之很好地應用到現(xiàn)實情況之中去,同樣也使我們看到了本身存在的缺點,無論是理論上還是解決問題的能力上仍還有待提高,這也激勵了我們在往后努力學習。此次設(shè)計使我們從中學到的知識將讓我畢生受益。發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題、解決問題,提高實踐的能力將受益于我在以后的工作和生活中。
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作者簡介
張德坤,邵陽學院信息工程學院電子科學與技術(shù)專業(yè)學生