基于單片機(jī)的簡易音樂噴泉設(shè)計

許可欣　張鑫雨　李鑫雨

摘 要：伴隨現(xiàn)在我國城市環(huán)境建設(shè)和發(fā)展，音樂噴泉作為一種高雅性的藝術(shù)景觀被廣泛的使用在各大廣場和小區(qū)中，因此設(shè)計一種新型音樂噴泉具有很重要的意義。本文設(shè)計一種基于單片機(jī)的簡易音樂噴泉，通過ADC0832將音頻信息采集，通過信號轉(zhuǎn)換，然后傳送給單片機(jī)處理后，根據(jù)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(yáng)聲器來播放音頻信息。本音樂噴泉設(shè)計融入現(xiàn)代科技與藝術(shù)。音樂噴泉是由噴水圖案、彩燈和音樂旋律組成的有機(jī)整體。它令視聽觀眾有極大的樂趣。

關(guān)鍵詞：音樂噴泉；ADC0832模塊；LM386功率放大器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.112

音樂噴泉從建筑情況出發(fā)，展現(xiàn)瑰麗的美感特征。并以水上音樂曲調(diào)的角度來表現(xiàn)音樂噴泉的優(yōu)美姿態(tài)，但是這些大型音樂噴泉，控制系統(tǒng)采用PLC可編程邏輯控制，成本高，一般定量設(shè)計特別。國內(nèi)外音樂噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)計還處于成長階段，也有專門的生產(chǎn)和設(shè)計廠家，提供設(shè)計、噴泉設(shè)備和安裝服務(wù)。目前，在中國的音樂噴泉是向智能化方向發(fā)展，分權(quán)化、綜合化、多樣化。因此，對音樂噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)計也提出了更高的要求。本文就是基于單片機(jī)設(shè)計的一種音樂噴泉。

1 設(shè)計思想

基于單片機(jī)的音樂噴泉主要是由六部分組成：主要由STC89C52單片機(jī)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(jī)進(jìn)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(shè)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(shù)據(jù)線和外部電源相連）主要給系統(tǒng)供電。

2 硬件設(shè)計

2.1 音頻采集模塊

ADC0832是一個8位分辨率的A/D轉(zhuǎn)換芯片，具有高達(dá)256的水平最大分辨率，可適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。內(nèi)部電源的輸入和參考電壓的重復(fù)使用，使芯片的模擬電壓在0～5V之間，芯片的轉(zhuǎn)換時間僅為32μs，數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快，穩(wěn)定性強(qiáng)。獨(dú)立的芯片可以輸入，使得多個設(shè)備的連接和處理器控制更加方便。通過DI數(shù)據(jù)輸入，可以方便地實(shí)現(xiàn)信道功能的選擇。在本設(shè)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(shù)字信號通過5、6管腳傳輸給單片機(jī)處理，的作用是將輸出的模擬信號到數(shù)字信號的粉塵傳感器。然后將信號送入單片機(jī)進(jìn)行處理，管腳7為與單片機(jī)相連接的時鐘輸入，管腳1為與單片機(jī)相互連接，為低電平時開始工作。

2.2 放大模塊

揚(yáng)聲器放大器電路LM386芯片選擇放大，LM386是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)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(diào)、電源電壓范圍、外圍元件少、體積小的總諧波失真，廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)。輸入端為位置基準(zhǔn)，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(tài)輸出模塊

狀態(tài)輸出模塊主要包括發(fā)光二極管和水泵。LED燈也稱為發(fā)光二極管，它具體單向?qū)щ娦?，把電能轉(zhuǎn)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(hù)LED燈。只要單片機(jī)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(jī)器。在這個系統(tǒng)中，5V泵是用來噴水的，因?yàn)楸檬且环N大功率的裝置。單片機(jī)無法直接驅(qū)動，故選擇三極管9012來實(shí)現(xiàn)對水泵的控制。當(dāng)單片機(jī)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(wěn)定的工作。

3 軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的設(shè)計主要采用Keil軟件編寫和調(diào)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(jìn)行音頻采集同時進(jìn)行模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳送給單片機(jī)，單片機(jī)把數(shù)字信號依次傳給LED燈和水泵，系統(tǒng)運(yùn)行流程圖如下圖所示。

4 總結(jié)

基于單片機(jī)的音樂噴泉設(shè)計從系統(tǒng)方案的設(shè)計，元件的選擇，硬件電路設(shè)計，軟件的設(shè)計，到最后的系統(tǒng)仿真和軟硬件調(diào)試，最終達(dá)到了設(shè)計要求。實(shí)現(xiàn)了以單片機(jī)STC89C52作為系統(tǒng)控制芯片，通過ADC0832模塊采集到音頻信息進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，最后通過LED燈和水泵以及揚(yáng)聲器輸出最后的效果。

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作者簡介：許可欣（1996-），女，黑龍江伊春人，本科在讀，電子信息工程專業(yè)。