基于单片机的音乐喷泉系统(附件)【字数：7492】
日期2021年4月18日随着喷泉系统的急速发展，水泵控制的生产能力得到了很大提升，其质量也有着极大的进步。音乐喷泉顶替了其他普通喷泉即可实现高效工作，可以制造出多样化媒体展示，也能减少自然资源的消耗以及材料开支，也对于自动化有助。本文所介绍的是一个小型的音乐喷泉，基于ADC0832 型号的单片机，所设计研究的对象为小型音乐喷泉模拟系统。所使用的控制电路是结构和使用都很方便简单的单片机。
目录
一、引言 1
（一）设计背景 1
（二）设计意义 1
（三）设计内容 1
二、系统总体设计 1
（一）相关技术 1
（二）系统设计思路 2
（三）系统方案的论证和选择 2
三、系统硬件设计 3
（一）音频信号采集电路 3
（二）A/D转换电路 5
（三）MCU最小系统电路 6
（四）LED电路 8
（五）驱动电路 8
（六）PCB原理图 11
四、系统软件设计 11
（一）程序设计流程图 11
（二）程序设计说明 12
（三）程序编译过程 14
五、系统应用及调试 15
（一）程序下载 15
（二）硬件电路仿真 15
（三）硬件电路调试 16
（四）硬件调试结果 17
总结 19
致谢 20
参考文献 21
附录 22
附录I：元件清单 22
附录II：程序 23 一、引言
（一）设计背景
音乐喷泉是一种集合综合性技术和艺术的产物，水泵所喷洒的图案、灯光和旋律构成完整的一体，随着旋律，即音乐频率的变换，与各种花卉形态的喷雾出相应地在亮堂的灯光场景下上下浮动，描绘出美妙的构图。
（二）设计意义
随着喷泉系统的急速发展，其质量也有着极大的进步。那些中小型以及私营企业在变得越发的变多，比例占的较大。利用单片机控制顶替了 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
旧式控制组即可实现高效工作，在省下材料的同时，也能减少自然资源的消耗和以及材料开支，也对于自动化有助。
（三）设计内容
利用单片机完成对音乐喷泉系统的控制。利用MCU技术作为设备的中心技术。通过一个限幅放大器输出音乐信号，经过A/D转换，利用微控制器步进电机控制电路与所述音乐节奏的作用，以产生效果。本设计中控制系统所包含的五大成分模块：音频数据采集、I/O电路、编程主程序设计、驱动电路、LED控制。
二、系统总体设计
（一）相关技术
本设备要求：
开放式结构，人机便捷式交互；
多工作运行方式：手动控制、自动控制、程序控制、音乐控制、定时控制；
集中管理乐库，并达到“所见即所得”，交互延时仅在毫秒之间；
抗屏蔽、抗干扰能力优越；
精度高、可变性强、采用数字通信
采用多级并联、数码控制及开关量控制。
综上所述，本设计采用MCU技术其具有以下特点：
（1）集成度高、体积小、可靠性高
在MCU的一小块芯片上集成着数个功能部件，为了减少了芯片与芯片之间在内部的连接，便利用总线，有效显著的提升了MCU的可靠性以及抗干扰的能力。此外，MCU的体积不大，在强磁场的作用下，MCU仍能采取相应的措施以屏蔽磁场环境。
（2）控制功能强
微控制器逻辑控制功能和相同的等级比在微型计算机的运行速度高。
（3）低电压、低功耗
很多的MCU芯片能在2.3V的电压下运作，通常钮扣电池仅需一颗就可长期循环利用。
（二）系统设计思路
本设计主要是针对基于单片机的可控水泵进行设计，音频信号驱动水泵。 LM386芯片音频放大处理为原始信号，因为输入是模拟的，它不能直接根据LED灯的音频控制的值供给微控制器用于处理数字ADC0832量转换到输入端口到MCU获取程序和水泵的启动和关闭。
图22 水泵控制系统框图
如图22所示为水泵控制系统框图。其大致工作过程：通过一个限幅放大器音乐信号时，A/D转换，水喷嘴的所述微控制器步进电机控制电路的与所述音乐的节奏的作用，以产生效果。本设计中控制系统所包含的五大成分模块：音频数据采集、I/O电路、编程主程序设计、驱动电路、LED控制。
（三）系统方案的论证和选择
51单片机型号极其的多，有89C51、12C5A60S2和89C52等等。除了4K与8K的ROM差别外其他功能基本一致。以下就89C52与12C5A60S2两芯片为例作为简述区别。
89C52与12C5A60S2相比：
前者更贴合本设备的集成度；后者的集成度并不能满足；
前者的作为CPU处理信号器更可以达到本设备的及时性；
前者的CPU总线频率要高于后者；
前者的RAM存储容量高于后者，能运行更多的乐曲。综上所述，前者的性能是优于后者的。
图23 单片机89C52
如23图所示为单片机12C5A6032。针对本功能的实现，前者已经能完全满足要求，在大批量生产的情况下，后者成本是个明显的问题，故在本设计中，我选用89C52芯片。
三、系统硬件设计
（一）音频信号采集电路
1、音频放大电路
原始的音频信号由于它的幅值变化比较小，所以在数字化后经单片机读取的值间差异过小不利于后续处理，实际操作时一般需要进行放大处理。放大电路中，本设计选用了LM386芯片，采用的八脚双列直插结构在PCB 设计中DIP8封装较为合适，静态电压典型值4mV，谐波失真<10%。
图31 LM386外形与引脚排列图
如图31所示为芯片LM386的封装外形与引脚顺序，具体设置为：
电压增益设定端有两个，分别为引脚1与引脚8，当此两个引脚不接其他元件时，芯片的内部电阻会设定它的增益大小；反相输入端设置在引脚2；同向输入端设置在引脚3；输出端设置在引脚5；电源与接地端分别设置在引脚6与引脚4。
目录
一、引言 1
（一）设计背景 1
（二）设计意义 1
（三）设计内容 1
二、系统总体设计 1
（一）相关技术 1
（二）系统设计思路 2
（三）系统方案的论证和选择 2
三、系统硬件设计 3
（一）音频信号采集电路 3
（二）A/D转换电路 5
（三）MCU最小系统电路 6
（四）LED电路 8
（五）驱动电路 8
（六）PCB原理图 11
四、系统软件设计 11
（一）程序设计流程图 11
（二）程序设计说明 12
（三）程序编译过程 14
五、系统应用及调试 15
（一）程序下载 15
（二）硬件电路仿真 15
（三）硬件电路调试 16
（四）硬件调试结果 17
总结 19
致谢 20
参考文献 21
附录 22
附录I：元件清单 22
附录II：程序 23 一、引言
（一）设计背景
音乐喷泉是一种集合综合性技术和艺术的产物，水泵所喷洒的图案、灯光和旋律构成完整的一体，随着旋律，即音乐频率的变换，与各种花卉形态的喷雾出相应地在亮堂的灯光场景下上下浮动，描绘出美妙的构图。
（二）设计意义
随着喷泉系统的急速发展，其质量也有着极大的进步。那些中小型以及私营企业在变得越发的变多，比例占的较大。利用单片机控制顶替了 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
旧式控制组即可实现高效工作，在省下材料的同时，也能减少自然资源的消耗和以及材料开支，也对于自动化有助。
（三）设计内容
利用单片机完成对音乐喷泉系统的控制。利用MCU技术作为设备的中心技术。通过一个限幅放大器输出音乐信号，经过A/D转换，利用微控制器步进电机控制电路与所述音乐节奏的作用，以产生效果。本设计中控制系统所包含的五大成分模块：音频数据采集、I/O电路、编程主程序设计、驱动电路、LED控制。
二、系统总体设计
（一）相关技术
本设备要求：
开放式结构，人机便捷式交互；
多工作运行方式：手动控制、自动控制、程序控制、音乐控制、定时控制；
集中管理乐库，并达到“所见即所得”，交互延时仅在毫秒之间；
抗屏蔽、抗干扰能力优越；
精度高、可变性强、采用数字通信
采用多级并联、数码控制及开关量控制。
综上所述，本设计采用MCU技术其具有以下特点：
（1）集成度高、体积小、可靠性高
在MCU的一小块芯片上集成着数个功能部件，为了减少了芯片与芯片之间在内部的连接，便利用总线，有效显著的提升了MCU的可靠性以及抗干扰的能力。此外，MCU的体积不大，在强磁场的作用下，MCU仍能采取相应的措施以屏蔽磁场环境。
（2）控制功能强
微控制器逻辑控制功能和相同的等级比在微型计算机的运行速度高。
（3）低电压、低功耗
很多的MCU芯片能在2.3V的电压下运作，通常钮扣电池仅需一颗就可长期循环利用。
（二）系统设计思路
本设计主要是针对基于单片机的可控水泵进行设计，音频信号驱动水泵。 LM386芯片音频放大处理为原始信号，因为输入是模拟的，它不能直接根据LED灯的音频控制的值供给微控制器用于处理数字ADC0832量转换到输入端口到MCU获取程序和水泵的启动和关闭。
图22 水泵控制系统框图
如图22所示为水泵控制系统框图。其大致工作过程：通过一个限幅放大器音乐信号时，A/D转换，水喷嘴的所述微控制器步进电机控制电路的与所述音乐的节奏的作用，以产生效果。本设计中控制系统所包含的五大成分模块：音频数据采集、I/O电路、编程主程序设计、驱动电路、LED控制。
（三）系统方案的论证和选择
51单片机型号极其的多，有89C51、12C5A60S2和89C52等等。除了4K与8K的ROM差别外其他功能基本一致。以下就89C52与12C5A60S2两芯片为例作为简述区别。
89C52与12C5A60S2相比：
前者更贴合本设备的集成度；后者的集成度并不能满足；
前者的作为CPU处理信号器更可以达到本设备的及时性；
前者的CPU总线频率要高于后者；
前者的RAM存储容量高于后者，能运行更多的乐曲。综上所述，前者的性能是优于后者的。
图23 单片机89C52
如23图所示为单片机12C5A6032。针对本功能的实现，前者已经能完全满足要求，在大批量生产的情况下，后者成本是个明显的问题，故在本设计中，我选用89C52芯片。
三、系统硬件设计
（一）音频信号采集电路
1、音频放大电路
原始的音频信号由于它的幅值变化比较小，所以在数字化后经单片机读取的值间差异过小不利于后续处理，实际操作时一般需要进行放大处理。放大电路中，本设计选用了LM386芯片，采用的八脚双列直插结构在PCB 设计中DIP8封装较为合适，静态电压典型值4mV，谐波失真<10%。
图31 LM386外形与引脚排列图
如图31所示为芯片LM386的封装外形与引脚顺序，具体设置为：
电压增益设定端有两个，分别为引脚1与引脚8，当此两个引脚不接其他元件时，芯片的内部电阻会设定它的增益大小；反相输入端设置在引脚2；同向输入端设置在引脚3；输出端设置在引脚5；电源与接地端分别设置在引脚6与引脚4。
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