基于單片機(jī)的音樂噴泉控制器設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)項(xiàng)目 2011 屆2011年5月5日項(xiàng)目類別：畢業(yè)設(shè)計(jì) 項(xiàng)目名稱：基于單片機(jī)的音樂噴泉控制器設(shè)計(jì) 專業(yè)名稱：應(yīng)用電子技術(shù) 姓 名 ：王健 學(xué) 號(hào) ： 班 級(jí)：電子08301 指導(dǎo)教師：張?bào)阍?專心-專注-專業(yè) 蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)項(xiàng)目任務(wù)書（個(gè)人表）系部： 電子工程系 畢業(yè)項(xiàng)目類別：畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)項(xiàng)目名稱：基于單片機(jī)的音樂噴泉控制器設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師：張?bào)阍坡毞Q：副教授/高工類別：專職學(xué) 生：王健專業(yè)：應(yīng)用電子班級(jí)：電子083011、畢業(yè)項(xiàng)目的主要任務(wù)及目標(biāo) 任務(wù)：設(shè)計(jì)并制作一個(gè)校園音樂噴泉控制器,使其具有基本的音樂播放、在線下載、水泵控制

2、等基本功能。目標(biāo)：提供一個(gè)音樂噴泉控制器硬件及可移動(dòng)音樂噴泉實(shí)物。完成一篇7000字以上（圖文混排A4 15頁(yè)左右）的報(bào)告。2、畢業(yè)項(xiàng)目的主要內(nèi)容 論文的主要內(nèi)容：總體方案設(shè)計(jì)；音樂噴泉控制器硬件設(shè)計(jì)，包括在線下載、音樂采集設(shè)計(jì)；音樂控制水泵驅(qū)動(dòng)模塊硬件電路原理圖設(shè)計(jì)、硬件電路PCB版圖設(shè)計(jì)；音樂噴泉控制器軟件設(shè)計(jì)；音樂噴泉實(shí)物調(diào)試。要求： （1）采用學(xué)院規(guī)定的文檔格式 （2）論文正文層次分明，行文流暢，易懂 （3）不得整段抄襲他人文章或技術(shù)資料3、主要參考文獻(xiàn)1陳忠平、曹巧媛,單片機(jī)原理及接口,清華大學(xué)出版社,20102張志良,單片機(jī)原理與控制技術(shù),機(jī)械工業(yè)出版社,20113張?bào)阍?C51控

3、制技術(shù),校本教材,20124張?bào)阍?單片機(jī)擴(kuò)展與接口技術(shù),校本教材,20125趙華軍，PLC在生產(chǎn)線送料小車控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，機(jī)電工程技術(shù),第36卷第三期6郝力文、王子文，車間運(yùn)輸小車的智能控制，機(jī)電工程，2001 年第28 卷增刊4、進(jìn)度安排畢業(yè)項(xiàng)目各階段任務(wù)起止日期1音樂噴泉資料收集10.11.1010.11.302音樂噴泉方案制定10.12.0111.01.013音樂噴泉硬件設(shè)計(jì)11.02.0111.02.154音樂噴泉軟件設(shè)計(jì)11.02.0111.02.155音樂噴泉軟硬件模塊調(diào)試11.02.1511.03.316. 音樂噴泉實(shí)物調(diào)試11.04.0111.04.307. 完成研究報(bào)告（

4、畢業(yè)論文）11.5.0111.05.158準(zhǔn)備答辯11.5.1611.05.22 誠(chéng) 信 聲 明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)項(xiàng)目報(bào)告/論文基于單片機(jī)的音樂噴泉控制器設(shè)計(jì)是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立研究、寫作的成果。論文中所引用是他人的無論以何種方式發(fā)布的文字、研究成果，均在論文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律結(jié)果由本人獨(dú)自承擔(dān)。 作者簽名： 年 月 日 目 錄摘 要本文介紹一種以單片機(jī)為核心對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行處理的音樂噴泉控制器，很好的實(shí)現(xiàn)了音樂與噴泉的同步性。在基本功能達(dá)到的同時(shí)，在噴泉的外圍設(shè)備上加以修飾（如燈光、噴頭），并且由單片機(jī)控制很好的將它們?nèi)谌肓艘魳罚S著音樂節(jié)奏變化而變化。此次設(shè)計(jì)該

5、音樂噴泉控制器的音源來自于SD卡模塊，使用了紅外遙控對(duì)控制器進(jìn)行控制，并且通過液晶模塊進(jìn)行同步顯示。充分體現(xiàn)了此次設(shè)計(jì)目的：小、精、全。關(guān)鍵詞：AT89S52，F(xiàn)/V轉(zhuǎn)換，校園音樂噴泉，變頻器1 音樂噴泉的概述1.1 音樂噴泉簡(jiǎn)介噴泉是人工環(huán)境中最富有生命力的景觀,它具有分隔空間、增加層次、凈化空氣、美化環(huán)境的作用?，F(xiàn)代高科技把美妙的音樂、多姿的噴泉造型、五彩繽紛的水下燈光、神奇的激光圖文，通過電腦有機(jī)的結(jié)合在一起，給人以音樂聲響、視覺形象、色彩變換三位一體的超自然享受（如圖1-1、1-2）。隨著我國(guó)人民物質(zhì)生活水平的不斷提高，對(duì)于精神生活的要求也在不斷提高，為進(jìn)一步改造環(huán)境景觀，建設(shè)一個(gè)音樂

6、噴泉是很有必要的。 圖1-1 音樂噴泉1 圖1-2 音樂噴泉21.2 音樂噴泉的發(fā)展方向1.2.1 冷霧噴泉      淡淡的干霧，別有韻致的，輕輕地舒展著嫵媚。時(shí)而浩浩而來，時(shí)而蜿蜓而去，時(shí)而高聳如云，時(shí)而低回縈繞，使得空氣純凈而濕潤(rùn)。而且變化莫測(cè)，讓人透出陣陣沁人心脾的愜意，如瀕臨世外仙境，配上如癡如醉的音樂，如夢(mèng)如幻，產(chǎn)生虛無縹緲的夢(mèng)幻般感覺，從而更增添了幾分朦朧之美與神秘之感。干霧似乎能讓人在熙攘市囂中，暫時(shí)得以洗滌一身凡俗，舒緩那忐忑不安的心靈，也充分體現(xiàn)了人與自然不可分割的密切關(guān)系。1.2.2水幕電影   

7、60;   電影，人們并不陌生，繼立體電影和全景電影之后，當(dāng)今電影業(yè)最熱鬧的、最令人耳目一新的莫過于激光水幕電影了。它是將激光電影投射在特制的大型水幕之上，內(nèi)容新鮮刺激，激光變幻莫測(cè)，新奇飄逸的意境確實(shí)令人神往。1.2.3玻光噴泉      弧形玻光水線穿池而出。單而高的噴、小而飄逸的泉，更強(qiáng)化了起伏效果，一種輕靈、騰飛之勢(shì)呼之欲出，從而增加了親水性，在流動(dòng)的水面中創(chuàng)造了不同層次的水景，形成頗具特色的景觀。1.3 音樂噴泉的設(shè)計(jì)意義 現(xiàn)在音樂噴泉是現(xiàn)在高科技技術(shù)在傳統(tǒng)噴泉上的升華，是高科技的一種美的體現(xiàn)。做好一個(gè)真

8、正的音樂噴泉并不是很容易的事，它涉及到信號(hào)處理、控制技術(shù)、模式識(shí)別、流體力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)等多種技術(shù)。需要對(duì)這些技術(shù)融會(huì)貫通才能做到熟能生巧，才能設(shè)計(jì)制造出生動(dòng)活潑的美妙噴泉。2 校園音樂噴泉的方案分析與論證2.1 校園音樂噴泉控制器的要求 首先音樂音樂噴泉最基本且最核心的要求就是音樂與噴泉同步，在聽覺和視覺方面同時(shí)給人一個(gè)美的沖擊。 而校園音樂噴泉顧名思義，在完成音樂噴泉基本功能的同時(shí)，還要充分體現(xiàn)出以下兩個(gè)方面：（1）校園音樂噴泉控制器的外觀大?。?此次設(shè)計(jì)突破人們的常規(guī)思想，因?yàn)槊刻岬揭魳穱娙?，大家都?huì)首先意識(shí)到各大型廣場(chǎng)那壯觀的一幕幕大型噴泉場(chǎng)景。此次設(shè)計(jì)目的是將音樂噴泉帶到大家的身邊（如

9、學(xué)校、家庭），所以在外觀大小方面做到精致，同時(shí)達(dá)到燈光與噴頭的效果，最終實(shí)現(xiàn)噴泉可移動(dòng)性。（2）校園音樂噴泉控制器的功能完善： 在完成了音樂噴泉的基本功能后，外觀大小做到精致的同時(shí)，必須保證功能的完整性。該控制器實(shí)現(xiàn)紅外控制、液晶同步顯示、音源模塊與電腦方便通訊等功能。2.2 校園音樂噴泉控制器的方案分析下面我們就如何能方便、簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)校園音樂噴泉的以上功能及經(jīng)濟(jì)角度等方面，將在音樂噴泉控制系統(tǒng)中常用的各種控制控制器或控制電路的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單地比較。方案1：繼電器-接觸器控制系統(tǒng)該系統(tǒng)與其他系統(tǒng)相比，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，易于理解和掌握，其設(shè)計(jì)成本也相對(duì)較低。但從應(yīng)用于該大型廣場(chǎng)音樂噴泉系統(tǒng)中來看，該

10、系統(tǒng)有以下幾個(gè)缺點(diǎn)：（1）接點(diǎn)易磨損，電接觸不好；在一個(gè)噴泉系統(tǒng)中，需要用到的繼電器、接觸器的數(shù)量是相當(dāng)大的，因此，在此控制系統(tǒng)中，如果有一個(gè)觸點(diǎn)接觸不良，整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)癱瘓，而且要找出故障元件是很難的，維修也相當(dāng)煩瑣。（2）功能局限性；接觸器動(dòng)作緩慢以及過度延時(shí)是該系統(tǒng)的缺點(diǎn)之一，因?yàn)樵摽刂葡到y(tǒng)要求與音樂同步，并能實(shí)時(shí)的表現(xiàn)出音樂信號(hào)的變化。同時(shí)，以接觸器為控制核心，很難實(shí)現(xiàn)紅外通訊與液晶通訊。綜上所述，由于該系統(tǒng)有諸多弊病，繼電器-接觸器系統(tǒng)僅僅應(yīng)用于反應(yīng)速度、精度、實(shí)時(shí)性要求不是很高的場(chǎng)合，隨著科技的進(jìn)步，該型控制系統(tǒng)已逐漸被淘汰。 方案2：PLC控制系統(tǒng)經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，PLC技術(shù)已越來

11、越成熟，應(yīng)用的范圍也越來越廣泛，幾乎滲透到了各行各業(yè)。而在很多的控制應(yīng)用系統(tǒng)中，以PLC為核心的控制系統(tǒng)逐漸成為理想的控制系統(tǒng)，主要特點(diǎn)：硬件的可靠性高、編程簡(jiǎn)單，使用方便。但該控制系統(tǒng)存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)：（1）性價(jià)比 一個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)成功與否，主要考慮它的實(shí)用性與性價(jià)比，所以性價(jià)比是一個(gè)不可忽視的環(huán)節(jié)，由于本次設(shè)計(jì)核心是一個(gè)校園音樂噴泉控制器，不僅在功能上要基本實(shí)現(xiàn)，而且需要有所突破，比如：配上紅外控制，液晶顯示。這樣PLC在通訊和I/O數(shù)量方便需要擴(kuò)展，需添加相應(yīng)的擴(kuò)展模塊，這樣就大大提高了設(shè)計(jì)成本。（2）音樂與噴泉同步問題音樂的頻率是一個(gè)很精準(zhǔn)的模擬量，如果想很好的實(shí)現(xiàn)噴泉與音樂的同步問題，

12、那么采集音頻、音頻轉(zhuǎn)換等過程需要精度很高，而PLC本身不自帶各轉(zhuǎn)換模塊（如AD、DA等），所以需要再次擴(kuò)展，那么又重新回到性價(jià)比問題。綜上所述，PLC更適合一些大型的音樂噴泉制作，成本可以不計(jì)于考慮，但此次設(shè)計(jì)核心是校園音樂噴泉，以精致、性價(jià)比高為特點(diǎn)，將來還可能走向家庭，所以成本理應(yīng)考慮。方案3：工業(yè)PC機(jī)控制系統(tǒng)目前市面上很多專業(yè)的音樂噴泉公司制作音樂噴泉開始采用工業(yè)PC機(jī)作為音樂噴泉的控制核心，利用PC機(jī)的軟件程序，對(duì)采集的音頻信號(hào)進(jìn)行圖像化分析，這樣就充分實(shí)現(xiàn)了音樂與噴泉的結(jié)合。這是一個(gè)技術(shù)性的突破，但是從經(jīng)濟(jì)角度去考慮，PC機(jī)的價(jià)格相對(duì)較高，同時(shí)PC機(jī)的體積較大。所以與本次設(shè)計(jì)特點(diǎn)相

13、沖突。方案4：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制系統(tǒng)這是一個(gè)科技信息的時(shí)代，高科技智能化產(chǎn)品在一代代更新，但我們有沒有想過，它們之所以更新那么快，原因在于它們的核心控制器件在更新，那就是單片機(jī)。其實(shí)不管是PLC還是PC機(jī)等控制器，他們主核心控制還是由單片機(jī)完成，所以單片機(jī)的存在是具有很大的意義。其主要特點(diǎn)主要有：(1) 單片機(jī)的存儲(chǔ)器ROM和RAM是嚴(yán)格區(qū)分的。ROM稱為程序存儲(chǔ)器，只存放程序、固定常數(shù)及數(shù)據(jù)表格。RAM則為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用作工作區(qū)及存放用戶數(shù)據(jù)。這樣的結(jié)構(gòu)主要是考慮到單片機(jī)用于控制系統(tǒng)中，有較大的程序存儲(chǔ)器空間，把開發(fā)成功的程序固化在ROM中，而把少量的隨機(jī)數(shù)據(jù)存放在RAM中。這樣，小容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

14、能以高速RAM形式集成在單片機(jī)內(nèi)，以加速單片機(jī)的執(zhí)行速度。但單片機(jī)內(nèi)的RAM是作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用，而不是當(dāng)作高速緩沖存儲(chǔ)器(Cache)使用。(2) 采用面向控制的指令系統(tǒng)。為滿足控制的需要，單片機(jī)有更強(qiáng)的邏輯控制能力，特別是具有很強(qiáng)的位處理能力。 (3) 單片機(jī)的I/O引腳通常是多功能的。由于單片機(jī)芯片上引腳數(shù)目有限，為了解決實(shí)際引腳數(shù)和需要的信號(hào)線的矛盾，采用了引腳功能復(fù)用的方法。引腳處于何種功能，可由指令來設(shè)置或由機(jī)器狀態(tài)來區(qū)分。 (4) 單片機(jī)的外部擴(kuò)展能力強(qiáng)。在內(nèi)部的各種功能部分不能滿足應(yīng)用需求時(shí)，均可在外部進(jìn)行擴(kuò)展(如擴(kuò)展ROM、RAM，I/O接口，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，中斷系統(tǒng)等)，與許

15、多通用的微機(jī)接口芯片兼容，給應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來極大的方便和靈活性。(5) 體積小，成本低，運(yùn)用靈活，易于產(chǎn)品化，它能方便地組成各種智能化的控制設(shè)備和儀器，做到機(jī)電一體化。(6) 面向控制，能針對(duì)性地解決從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各類控制任務(wù)，因而能獲得最佳的性能價(jià)格比。(7) 抗干擾能力強(qiáng)，適用溫度范圍寬，在各種惡劣的環(huán)境下都能可靠地工作，這是其它類型計(jì)算機(jī)無法比擬的。(8) 可以方便地實(shí)現(xiàn)多機(jī)和分布式控制，使整個(gè)控制系統(tǒng)的效率和可靠性大為提高。綜上所述，單片機(jī)的特點(diǎn)與本次校園音樂噴泉控制器的設(shè)計(jì)理念及要求完全符合。2.3 方案論證對(duì)音樂噴泉的成敗最重要的是看噴出的水流量是否有音樂感。單片機(jī)的主要功能是對(duì)音

16、樂信號(hào)進(jìn)行處理，再將處理后的信號(hào)傳輸?shù)较乱患?jí)控制設(shè)備，這樣就可以控制所需的水型及燈光按照音樂的節(jié)奏高低起伏和動(dòng)感變化，使音樂噴泉真正達(dá)到了水上芭蕾的藝術(shù)效果。單片機(jī)所具有的準(zhǔn)確、精密、快速、通訊方便和多點(diǎn)控制的功能已使它成為現(xiàn)代高技術(shù)音樂噴泉工程中不可缺少的設(shè)備。通過對(duì)上述方案分析可知，該系統(tǒng)從理論上講，可以采用的控制器有：繼電器-接觸器控制； PLC控制；PC機(jī)控制；單片機(jī)控制等四種控制器。綜上所述，對(duì)這四種不同形式的控制器的比較，在校園音樂噴泉的控制系統(tǒng)中，很顯然單片機(jī)作為控制器的優(yōu)勢(shì)比較明顯、突出。因此，在此次校園音樂噴泉控制系統(tǒng)中選用了單片機(jī)作為控制器的方案。致 謝值此論文完成之際，謹(jǐn)對(duì)近3年來指導(dǎo)、幫助、關(guān)心過我的老師們表示深深的謝意！特別感謝張?bào)阍评蠋?，在論文的整個(gè)階段都給予了我精心的指導(dǎo)，她嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和對(duì)工作的熱愛態(tài)度也將在以后深深地影響著我。感