单片机控制系统下的音乐喷泉设计研究论文
摘要：伴随现在我国城市环境建设和发展， 音乐喷泉作为一种高雅性的艺术景观被广泛的使用在各大广场和小区中， 因此设计一种新型音乐喷泉具有很重要的意义。本文设计一种基于单片机的简易音乐喷泉， 通过ADC0832将音频信息采集， 通过信号转换， 然后传送给单片机处理后， 根据不同的乐谱让LED灯显示和水泵喷泉， 同时通过LM386功率放大器让扬声器来播放音频信息。本音乐喷泉设计融入现代科技与艺术。音乐喷泉是由喷水图案、彩灯和音乐旋律组成的有机整体。它令视听观众有极大的乐趣。
关键词：音乐喷泉； ADC0832模块； LM386功率放大器；
音乐喷泉从建筑情况出发， 展现瑰丽的美感特征。并以水上音乐曲调的角度来表现音乐喷泉的优美姿态， 但是这些大型音乐喷泉， 控制系统采用PLC可编程逻辑控制， 成本高， 一般定量设计特别。国内外音乐喷泉控制系统的设计还处于成长阶段， 也有专门的生产和设计厂家， 提供设计、喷泉设备和安装服务。目前， 在中国的音乐喷泉是向智能化方向发展， 分权化、综合化、多样化。因此， 对音乐喷泉控制系统的设计也提出了更高的要求。本文就是基于单片机设计的一种音乐喷泉。
1、设计思想
基于单片机的音乐喷泉主要是由六部分组成：主要由STC89C52单片机电路作为主控制电路；ADC0832采集电路主要是把音频信号采集后传输给单片机进行处理 （采集接口主要是通过一个3.5的音频线与外部播放设备相连接） ;水泵控制电路、LM386功率放大器电路、LED灯显示电路主要用来显示音乐喷泉的效果；5V电源电路 （主要通过一个USB数据线和外部电源相连） 主要给系统供电。
2、硬件设计
2.1 音频采集模块
ADC0832是一个8位分辨率的A/D转换芯片， 具有高达256的水平最大分辨率， 可适应一般的模拟量转换要求。内部电源的输入和参考电压的重复使用， 使芯片的模拟电压在0~5V之间， 芯片的转换时间仅为32μs, 数据输出可作为数据校验， 减少数据误差， 转换速度快， 稳定性强。独立的芯片可以输入， 使得多个设备的连接和处理器控制更加方便。通过DI数据输入， 可以方便地实现信道功能的选择。在本设计中， ADC0832采用一个3管脚的输入通道CH0采集从LM386上得到的模拟信号， 将数字信号通过5、6管脚传输给单片机处理， 的作用是将输出的模拟信号到数字信号的粉尘传感器。然后将信号送入单片机进行处理， 管脚7为与单片机相连接的时钟输入， 管脚1为与单片机相互连接， 为低电平时开始工作。
2.2 放大模块
扬声器放大器电路LM386芯片选择放大， LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器， 是一种集成的音频功率放大器， 低功耗功率放大器， 更新链增益可调、电源电压范围、外围元件少、体积小的`总谐波失真， 广泛应用于录音机和收音机。输入端为位置基准， 输出端自动偏置至电源电压的一半。LM386的包装是塑料制成的密封铅8双线和斑块类型。
2.3 状态输出模块
状态输出模块主要包括发光二极管和水泵。LED灯也称为发光二极管， 它具体单向导电性， 把电能转化成光能。其具体电路原理图如下图10所示。在电路中， 电阻的作用是限流， 保护LED灯。只要单片机的控制引脚拉低， 则LED灯亮， 否则， LED灯不亮。
水泵是一种输送液体或增压液体的机器。在这个系统中， 5V泵是用来喷水的， 因为泵是一种大功率的装置。单片机无法直接驱动， 故选择三极管9012来实现对水泵的控制。当单片机引脚是低电位水泵正常工作。否则， 水泵不工作。极性电容EC4作用是滤波， 让水泵更稳定的工作。
3、软件设计
本系统的设计主要采用Keil软件编写和调试程序。程序语言是用一种更可读、更可移植的C语言编写的。先初始化与定义各I/O口的功能， 然后判断是否有音频采集， 如果有音频采集则进行音频采集同时进行模拟信号转换为数字信号传送给单片机， 单片机把数字信号依次传给LED灯和水泵， 系统运行流程图如下图所示。
4、总结
基于单片机的音乐喷泉设计从系统方案的设计， 元件的选择， 硬件电路设计， 软件的设计， 到最后的系统仿真和软硬件调试， 最终达到了设计要求。实现了以单片机STC89C52作为系统控制芯片， 通过ADC0832模块采集到音频信息进行数模转换， 最后通过LED灯和水泵以及扬声器输出最后的效果。
参考文献
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