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單片機控制系統下的音樂噴泉設計研究論文
摘要：伴隨現在我國城市環境建設和發展， 音樂噴泉作為一種高雅性的藝術景觀被廣泛的使用在各大廣場和小區中， 因此設計一種新型音樂噴泉具有很重要的意義。本文設計一種基于單片機的簡易音樂噴泉， 通過ADC0832將音頻信息采集， 通過信號轉換， 然后傳送給單片機處理后， 根據不同的樂譜讓LED燈顯示和水泵噴泉， 同時通過LM386功率放大器讓揚聲器來播放音頻信息。本音樂噴泉設計融入現代科技與藝術。音樂噴泉是由噴水圖案、彩燈和音樂旋律組成的有機整體。它令視聽觀眾有極大的樂趣。
關鍵詞：音樂噴泉； ADC0832模塊； LM386功率放大器；
音樂噴泉從建筑情況出發， 展現瑰麗的美感特征。并以水上音樂曲調的角度來表現音樂噴泉的優美姿態， 但是這些大型音樂噴泉， 控制系統采用PLC可編程邏輯控制， 成本高， 一般定量設計特別。國內外音樂噴泉控制系統的設計還處于成長階段， 也有專門的生產和設計廠家， 提供設計、噴泉設備和安裝服務。目前， 在中國的音樂噴泉是向智能化方向發展， 分權化、綜合化、多樣化。因此， 對音樂噴泉控制系統的設計也提出了更高的要求。本文就是基于單片機設計的一種音樂噴泉。
1、設計思想
基于單片機的音樂噴泉主要是由六部分組成：主要由STC89C52單片機電路作為主控制電路；ADC0832采集電路主要是把音頻信號采集后傳輸給單片機進行處理 （采集接口主要是通過一個3.5的音頻線與外部播放設備相連接） ;水泵控制電路、LM386功率放大器電路、LED燈顯示電路主要用來顯示音樂噴泉的效果；5V電源電路 （主要通過一個USB數據線和外部電源相連） 主要給系統供電。
2、硬件設計
2.1 音頻采集模塊
ADC0832是一個8位分辨率的A/D轉換芯片， 具有高達256的水平最大分辨率， 可適應一般的模擬量轉換要求。內部電源的輸入和參考電壓的重復使用， 使芯片的模擬電壓在0~5V之間， 芯片的轉換時間僅為32μs, 數據輸出可作為數據校驗， 減少數據誤差， 轉換速度快， 穩定性強。獨立的芯片可以輸入， 使得多個設備的連接和處理器控制更加方便。通過DI數據輸入， 可以方便地實現信道功能的選擇。在本設計中， ADC0832采用一個3管腳的輸入通道CH0采集從LM386上得到的模擬信號， 將數字信號通過5、6管腳傳輸給單片機處理， 的作用是將輸出的模擬信號到數字信號的粉塵傳感器。然后將信號送入單片機進行處理， 管腳7為與單片機相連接的時鐘輸入， 管腳1為與單片機相互連接， 為低電平時開始工作。
2.2 放大模塊
揚聲器放大器電路LM386芯片選擇放大， LM386是美國國家半導體公司生產的音頻功率放大器， 是一種集成的音頻功率放大器， 低功耗功率放大器， 更新鏈增益可調、電源電壓范圍、外圍元件少、體積小的總諧波失真， 廣泛應用于錄音機和收音機。輸入端為位置基準， 輸出端自動偏置至電源電壓的一半。LM386的包裝是塑料制成的密封鉛8雙線和斑塊類型。
2.3 狀態輸出模塊
狀態輸出模塊主要包括發光二極管和水泵。LED燈也稱為發光二極管， 它具體單向導電性， 把電能轉化成光能。其具體電路原理圖如下圖10所示。在電路中， 電阻的作用是限流， 保護LED燈。只要單片機的控制引腳拉低， 則LED燈亮， 否則， LED燈不亮。
水泵是一種輸送液體或增壓液體的機器。在這個系統中， 5V泵是用來噴水的， 因為泵是一種大功率的裝置。單片機無法直接驅動， 故選擇三極管9012來實現對水泵的控制。當單片機引腳是低電位水泵正常工作。否則， 水泵不工作。極性電容EC4作用是濾波， 讓水泵更穩定的工作。
3、軟件設計
本系統的設計主要采用Keil軟件編寫和調試程序。程序語言是用一種更可讀、更可移植的C語言編寫的。先初始化與定義各I/O口的功能， 然后判斷是否有音頻采集， 如果有音頻采集則進行音頻采集同時進行模擬信號轉換為數字信號傳送給單片機， 單片機把數字信號依次傳給LED燈和水泵， 系統運行流程圖如下圖所示。
4、總結
基于單片機的音樂噴泉設計從系統方案的設計， 元件的選擇， 硬件電路設計， 軟件的設計， 到最后的系統仿真和軟硬件調試， 最終達到了設計要求。實現了以單片機STC89C52作為系統控制芯片， 通過ADC0832模塊采集到音頻信息進行數模轉換， 最后通過LED燈和水泵以及揚聲器輸出最后的效果。
參考文獻
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