200408033037唐朝遠(yuǎn)論文正文

1、分類號 tp36 單位代碼 10642 密 級 公 開 學(xué) 號 200408033037 重慶文理學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文論文題目：基于單片機的音樂噴泉的研究論 文 作 者 ： 唐朝遠(yuǎn)指 導(dǎo) 教 師 ： 郭仿軍 副教授專 業(yè) ： 電子信息科學(xué)與技術(shù)提交論文日期： 2008年5月20日論文答辯日期： 2008年5月23日學(xué)位授予單位： 重慶文理學(xué)院中 國 重 慶2008年05月graduation thesis of chongqing university of arts and sciencesthe research of musical fountain based on monolithic

2、integrated circuitcandidate: tang chao-yuansupervisor: guo fang-junmajor: electronic information science and technology department of physics & information engineeringchongqing university of arts and sciencesmay, 2008目 錄摘 要iabstractii1緒論11.1引言11.2音樂噴泉的發(fā)展11.2.1音樂噴泉的分類11.2.2音樂噴泉的控制11.3單片機的發(fā)展12 系統(tǒng)工作原理2

3、2.1單片機的特點22.2 單片機的引腳應(yīng)用特性32.2.1 并行總線特點32.2.2 引腳復(fù)用特性32.2.3 i/o的驅(qū)動特性32.2.4 主要特性42.2.5 at89c51單片機引腳功能分類42.2.6 at89c51單片機管腳說明42.2.7 振蕩器特性：52.3復(fù)位電路52.4 adc0809單片機簡介62.4.1 引腳結(jié)構(gòu)62.4.2 adc0809應(yīng)用說明72.4.3 adc0809的工作過程82.5整流濾波放大電路82.6控制系統(tǒng)92.6.1 8路數(shù)據(jù)采集流程102.6.2 單片機at89c51與adc0809接口連接圖：112.7系統(tǒng)輸入的信號極性變換及a/d轉(zhuǎn)換112.7

4、.1信號的雙極性 單極性變換112.7.2單片機內(nèi)部的信號變換122.8輸出電路133 調(diào)試結(jié)果134 結(jié)語17參考文獻18致 謝19摘 要隨著人們生活水平的提高和建立綠色城市的向往，音樂噴泉以其獨特的魅力和特殊的功能，愈來愈成為休閑娛樂產(chǎn)業(yè)中的一項重要產(chǎn)品,音樂噴泉的興建也越來越多。根據(jù)目前音樂噴泉的發(fā)展現(xiàn)狀，完成了小型音樂噴泉系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計和控制系統(tǒng)設(shè)計。控制系統(tǒng)是通過a/d對音頻信號進行采樣和處理，利用at89c51單片機分級控制電動機，最終達到控制水泵電機的方法。采用程序控制控制電磁閥來控制花型、燈光色彩和燈光光線明暗的變化。從而使燈光色彩、燈光的閃爍和噴泉水姿隨音樂節(jié)奏而變化。關(guān)鍵

5、詞：單片機；音樂噴泉；模擬轉(zhuǎn)換abstractwith the improvement of peoples living standard and yearn for building green city, music fountain is more and more popular for its unique charm and special function large numbers of music fountain is increasingly built.according to the present situation of music fountain, it w

6、as completed that hardware construction of small music fountain system and the design of controller system. its principle is that using the sample musical signals with a/d and doing its data and using the at89c51 microcontroller controlling the electric motor, finally it implements the control of th

7、e flow out of nozzles. the flower shapes are controlled by program controlling electromagnetic valves. the color、the light and shade of ray are changed by musical signals. so that the color、the light and shade of ray、the spring form is changed with musics rhythm when music is playedkey words: scm; t

8、he musical fountain; analog converter1緒論1.1引言音樂噴泉水柱絢麗多姿，水柱隨著音樂而跳動，給人以視聽的雙重享受，音樂噴泉的控制系統(tǒng)很多。而對于小型音樂噴泉以單片機控制較為合適，使用單片機控制系統(tǒng)簡單而且成本較低，易于推廣使用，是音樂噴泉發(fā)展的一個方向。通過對音樂噴泉的大中研究不僅可以熟悉單片機在實際生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用，提高單片機的使用效率，而且可以熟悉單片機的知識并能在控制系統(tǒng)中熟練應(yīng)用，提高單片機的應(yīng)用能力，為發(fā)展單片機在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。1.2音樂噴泉的發(fā)展1.2.1音樂噴泉的分類目前噴泉可分為四種類型：一是普通噴泉；二是程控噴泉；三是

9、音樂噴泉；四是水幕激光電影。普通噴泉這種噴泉只有簡單的幾種固定水型及燈光，電源打開后同時噴水及亮燈，沒有水型和燈光的變化，一般為早期產(chǎn)品或只用于裝飾性噴泉時使用。其特點是制造簡單，造價低。程控噴泉程控噴泉是將各種水型及燈光，按照預(yù)先設(shè)定的排列組合進行控制程序的設(shè)計，通過計算機運行控制程序發(fā)出控制信號，使水型及燈光有各種各樣變化。音樂噴泉音樂表演噴泉是在程序控制噴泉的基礎(chǔ)上加人了音樂控制系統(tǒng)，計算機通過音頻及midi信號的識別，進行譯碼和編碼，最終將信號輸出到音樂噴泉的控制系統(tǒng)，使噴泉的造型及燈光的變化與音樂保持同步，從而達到噴泉的水型、燈光及色彩的變化與音樂情緒的完美結(jié)合，使噴泉表演更加生動，

10、更加富有內(nèi)涵。水幕激光電影、水幕激光表演系統(tǒng)是將激光器發(fā)出的激光束射在水幕噴頭噴出的水膜上，激光束由激光控制系統(tǒng)編程控制，可發(fā)出多種多樣的圖畫自及色彩，照射在晶瑩透明的水膜上，形成斑斕奪目的奇異效果。音樂噴泉的形成主要是根據(jù)音樂的節(jié)奏來改變水泵的壓力，水泵壓力一旦有了變化，噴岀水的高低就有了變化，從而產(chǎn)生所看到的音樂噴泉的效果。所以音樂噴泉的關(guān)鍵所在也就是對水泵的控制11。1.2.2音樂噴泉的控制常用的控制系統(tǒng)一般分為三種：單片機控制系統(tǒng)，plc控制系統(tǒng)和板卡控制系統(tǒng)。板卡控制系統(tǒng)和plc控制系統(tǒng)都可以組成各種各樣的大型系統(tǒng)，可以通過通訊對系統(tǒng)控制；而單片機系統(tǒng)比較經(jīng)濟實用，適合用于單臺小設(shè)備

11、的設(shè)計和控制，成本低，設(shè)計簡單。隨著微電子技術(shù)和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，單片機以其體積小，性價比高，功能強，可靠性高等特點，在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用單片機作為核心元件的電機控制系統(tǒng)，使得控制電路變的簡單，成本低，可靠性強，將會被廣泛的應(yīng)用。1.3單片機的發(fā)展單片機自70年代出現(xiàn)以來，已經(jīng)有了很大的發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于機械、測量控制、工業(yè)自動化、智能接口和智能儀表等許多領(lǐng)域。例如：單片機與傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品相結(jié)合后簡化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)控制智能化，成為新一代的機、電一體化產(chǎn)品；利用單片機來構(gòu)成各種工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等；在大型工業(yè)測控系統(tǒng)中，單片機進行接口的控制與管理，與計算機主機并

12、行工作，可以大大提高系統(tǒng)運行速度118。mcs-51單片機是intel公司推出的世界上著名的高性能低功耗非易失性存儲器和數(shù)字集成電路的一流半導(dǎo)體，它的eeprom電可擦除技術(shù)、閃速存儲器技術(shù)和質(zhì)量、高可靠性的生產(chǎn)技術(shù)。在cmos器件生產(chǎn)領(lǐng)域中，intel的先進設(shè)計水平、優(yōu)秀的生產(chǎn)工藝及封裝技術(shù)一直處于世界的領(lǐng)先地位，這些技術(shù)用于單片機生產(chǎn)使單片機也具有優(yōu)秀的品質(zhì)、在結(jié)構(gòu)、性能和功能等方面都有明顯的優(yōu)勢。intel公司的單片機是目前世界上一種獨具特色而性能卓越的單片機。它在計算機外部設(shè)備、通訊設(shè)備、自動化工業(yè)控制、宇航設(shè)備、儀器儀表和各消費類產(chǎn)品中都有著廣泛的應(yīng)用前景。at89c51是一種帶4k

13、字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低電壓，高性能cmos8位微處理器，俗稱單片機。at89c2051是一種帶2k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用atmel高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位cpu和閃爍存儲器組合在單個芯片中，atmel的at89c51是一種高效微控制器，at89c2051是它的一種精簡版本。at89c51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性

14、高且價廉的方案15。2 系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)工作原理為從電腦聲卡中采集出來的音樂信號一路由音響設(shè)備直接播放，一路經(jīng)過信號采集電路被放大、整流、濾波后輸出05v直流電，再將直流電送入變頻器的控制端。此時控制系統(tǒng)對音頻信號進行處理，輸出一個控制信號，來控制水泵的開關(guān)；變頻器接收到信號后開始快速起動、并帶動電機的轉(zhuǎn)速隨音樂頻率的改變而改變，噴泉水柱的高度亦隨之改變7。系統(tǒng)實現(xiàn)了樂曲演奏、噴泉水柱控制、彩燈控制等功能。眾所周知，物體振動產(chǎn)生聲音，而振動的頻率決定音調(diào)高低，因此使用單片機控制輸出不同頻率的信號，就可以產(chǎn)生不同的音調(diào)；利用單片機的計時系統(tǒng)可以控制各個音調(diào)的時間，即實現(xiàn)節(jié)拍的控制。音調(diào)和節(jié)拍按照

15、樂譜排列就實現(xiàn)了樂曲演奏的功能。噴頭及彩燈分別與相應(yīng)輸出點連接，通過程序?qū)崿F(xiàn)每種音調(diào)都有對應(yīng)的一組輸出點開關(guān)狀態(tài)組合，從而實現(xiàn)樂曲控制噴泉動作的功能。由普通音箱等發(fā)出的音頻信號經(jīng)整流濾波放大及控制系統(tǒng)對其幅值調(diào)整后，得到的調(diào)幅電壓信號送給變頻器的速度控制端以控制噴泉水泵電機的轉(zhuǎn)速變化，從而使噴泉水泵噴水的高低隨音樂節(jié)律的變化而不斷變化。為實現(xiàn)多組噴泉和彩燈的交替運行的切換，系統(tǒng)可以按用戶選擇的程序模式輸出時序開關(guān)信號去控制多路固體繼電器，由固體繼電器的接點控制水泵電機和彩燈的啟動與停止13。音頻信號電路放大、整流、濾波變頻器水泵電機噴泉控制系統(tǒng)繼電器彩燈手動彩燈開關(guān)圖1 系統(tǒng)框圖2.1單片機的

16、特點單片機，亦稱單片微電腦或單片微型計算機。它是把中央處理器（cpu）、隨機存取存儲器（ram）、只讀存儲器（rom）、輸入/輸出端口（i/o）等主要計算機功能部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機。只需要外加電源和晶振就可實現(xiàn)對數(shù)字信息的處理和控制。除了以上基本功能外，單片機還集成有a/d、d/a轉(zhuǎn)換功能。單片機具有體積小、功能強、應(yīng)用面廣、價格低廉等許多優(yōu)點。單片機的硬件特性：1. 單片機集成度高。單片機包括cpu、4kb容量的rom（8031無）、128b容量的ram、2個16位定時/計數(shù)器、4個8位并行口、全雙工串行口；2. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，實現(xiàn)了模塊化；3. 單片機可靠性

17、高，可工作到106107小時無故障；4. 處理功能強、速度快，即使執(zhí)行最長指令，只需4s（晶振12mhz）；5. 可靠性較商用品高，價格較軍用品便宜，屬于工業(yè)品，溫度范圍為-40oc+85 oc。2.2 單片機的引腳應(yīng)用特性2.2.1 并行總線特點（1）p0口為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口。（2）兩個獨立的并行擴展空間。程序存儲器使用psen取指控制信號，數(shù)據(jù)采用wr、rd存取控制信號。（3）外圍擴展統(tǒng)一編址。在64kb的空間上，可擴展外部數(shù)據(jù)存儲器或其他外圍器件。2.2.2 引腳復(fù)用特性p3口、p1口、p2口均可用作普通i/o口。2.2.3 i/o的驅(qū)動特性由于采用cmos電路，輸入電流極微，通常不考慮

18、i/o端口的扇出能力，當(dāng)負(fù)載為led、繼電器等功率驅(qū)動元件時才考慮驅(qū)動能力。該單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由8個部件組成，即微處理器(cpu)、數(shù)據(jù)存儲器(ram)、程序存儲器、i/0口(p0口、pl口、p2口、p3口)、串行口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)和特殊寄存器(sfr)。其中，微處理器由運算器和控制邏輯組成，主要包括累加器(acc)、b寄存器、臨時存儲器(tmpitmpz)、算術(shù)運算單元alu等。特殊功能寄存器sfr(special function register)是用來對片內(nèi)各功能單元進行管理、控制、監(jiān)視的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是位于片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器上的一個特殊功能的ram區(qū)，其地址范圍為

19、80hffh。sfr主要包括po口鎖存器、pi口鎖存器、p2口鎖存器、p3口實現(xiàn)復(fù)位之后pc的值是0000h，因此，程序的入口地址為0000h，cpu從0000h開始執(zhí)行操作。模式控制寄存器tmod為00h，表示定時器/計數(shù)器都處于方式0工作狀態(tài)，而th0、tl0、th1、tl1均為00h則表示定時器/計數(shù)器復(fù)位后都清零。p0、p1、p2和p3端口復(fù)位后鎖存器都處于“1”狀態(tài)。工作狀態(tài)下，每當(dāng)ale是高電平的第一個時鐘(s1p2、s4p2)，p2口被拉低而p0口為高阻態(tài)。實際進行芯片解剖時，可以根據(jù)寄存器復(fù)位狀態(tài)下的特殊值來判斷功能電路塊。工作時，如果芯片的外部選通信號被拉為高電平，則首先訪問

20、內(nèi)部數(shù)據(jù)存貯器。如果總是保持低電平，則只訪問外部程序存貯器，也就是說，無論是否有內(nèi)部程序存貯器，所有的程序取指都是直接指向外部rom的。當(dāng)執(zhí)行外部程序存貯器內(nèi)的程序時，每個機器周期內(nèi)都是psen兩次有效，ale兩次輸出高電平，用于鎖存地址的低位字節(jié)14。我們在開始進行反向解剖時，沒有設(shè)計使用芯片內(nèi)部的flash，因此只選用訪問外部程序存貯器方式。在這種狀態(tài)下，得到的psen、ale的頻率是振蕩器頻率的1/6，psen信號波形占空比為1：1，而ale信號波形占空比為1：2。每個機器周期中ale信號的高電平為s1p2、s2pi、s4p2、s5p1，psen信號的高電平為s1p2、s2p1、s2p2

21、、s4p2、ssp1、s5p515?？傊?，cpu在psen、ale和外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號wr讀選通信號而的共同作用實現(xiàn)功能。 2.2.4 主要特性1. 與mcs-51 兼容2. 4k字節(jié)可編程閃爍存儲器3. 壽命：1000寫/擦循環(huán)4. 數(shù)據(jù)保留時間：10年5. 全靜態(tài)工作：0hz-24hz6. 三級程序存儲器鎖定7. 128*8位內(nèi)部ram8. 32可編程i/o線9. 兩個16位定時器/計數(shù)器10. 5個中斷源11. 可編程串行通道12. 低功耗的閑置和掉電模式13. 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 2.2.5 at89c51單片機引腳功能分類基本引腳：電源vcc、vss，時鐘xtal2、xtal

22、1和復(fù)位rst。并行擴展總線：數(shù)據(jù)總線p0口，地址總線p0口（低8位）、p2口（高8位）和控制總線ale、psen、ea。串行通信總線：發(fā)送口txd和接受口rxd。i/o端口：p1口為普通i/o口，p3口可復(fù)用作普通i/o口，p0、p2口不作并行口時也可作普通i/o口。2.2.6 at89c51單片機管腳說明vcc：供電電壓。gnd：接地。p0口：p0口為一個8位漏級開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。當(dāng)p1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在fiash編程時，p0口作為原碼輸入口，當(dāng)fiash進行校驗時，p0輸出

23、原碼，此時p0外部必須被拉高。p1口：p1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗時，p1口作為第八位地址接收。p2口：p2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個ttl門電流，當(dāng)p2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，p2口輸出地址的

24、高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。p3口：p3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門電流。當(dāng)p3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。p3口也可作為at89c51的一些特殊功能口，如下表所示：p3口管腳備選功能p3.0 rxd（串行輸入口）p3.1 txd（串行輸出口）p3.2 /int0（外部中斷0）p3.3 /int1（外部中斷1

25、）p3.4 t0（記時器0外部輸入）p3.5 t1（記時器1外部輸入）p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）p3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持rst腳兩個機器周期的高電平時間。ale/prog：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ale脈沖。如想禁止a

26、le的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時， ale只有在執(zhí)行movx，movc指令是ale才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止，置位無效。：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的信號將不出現(xiàn)。/vpp：當(dāng)保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，將內(nèi)部鎖定為reset；當(dāng)端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電

27、路的輸入。xtal2：來自反向振蕩器的輸出15。2.2.7 振蕩器特性：xtal1和xtal2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，xtal2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度15。整個perom陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ale管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，at89c51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率

28、的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，cpu停止工作。但ram，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存ram的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。2.3復(fù)位電路單片機應(yīng)用系統(tǒng)在實際的工作中會經(jīng)常要求進入復(fù)位工作狀態(tài)，因而要求復(fù)位電路必須能準(zhǔn)確、可靠地工作。另外，單片機的復(fù)位狀態(tài)跟系統(tǒng)的復(fù)位狀態(tài)是密切相關(guān)的，于是就要求本系統(tǒng)在設(shè)計時考慮一個能夠抗干擾、準(zhǔn)確、重復(fù)使用性高的復(fù)位電路。 根據(jù)本系統(tǒng)的要求，選擇了上電開關(guān)復(fù)位電路，其電路圖和元件參數(shù)如圖2：圖2 開關(guān)復(fù)位電路at89c51內(nèi)部功能圖：圖3 at89c51內(nèi)部功能圖2

29、.4 adc0809單片機簡介adc0809是帶有8位a/d轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機兼容的控制邏輯的cmos組件。它是逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器，可以和單片機直接接口。2.4.1 引腳結(jié)構(gòu)in0in7：8條模擬量輸入通道 adc0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是05v，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 地址輸入和控制線：4條 ale為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ale線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將a，b，c三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。a，b

30、和c為地址輸入線，用于選通in0in7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示：cba選擇的通道000in0001in1010in2011in3100in4101in5110in6111in7數(shù)字量輸出及控制線：11條st為轉(zhuǎn)換啟動信號。當(dāng)st上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進行a/d轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，st應(yīng)保持低電平。eoc為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，當(dāng)eoc為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進行a/d轉(zhuǎn)換。oe為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。oe1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；oe0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。d7d0為數(shù)字量輸出線。 clk為時鐘輸入信號線。因

31、adc0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500khz，要求時鐘頻率不高于640khz。vref（），vref（）為參考電壓輸入14。2.4.2 adc0809應(yīng)用說明 （1）adc0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與at89s51單片機直接相連。（2）初始化時，使st和oe信號全為低電平。（3）送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到a，b，c端口上。（4）在st端給出一個至少有100ns寬的正脈沖信號。（5）是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)eoc信號來判斷。（6）當(dāng)eoc變?yōu)楦唠娖綍r，這時給oe為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機了。adc0809引腳分配圖：圖4 adc0809引腳

32、分配圖adc0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)：圖5 adc0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)由圖5可知，adc0809由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個a/d轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用a/d轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存a/d轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)oe端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)4。2.4.3 adc0809的工作過程adc0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ale=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。start上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動ad轉(zhuǎn)換，之后eoc輸出信

33、號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進行。直到ad轉(zhuǎn)換完成，eoc變?yōu)楦唠娖?，指示ad轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當(dāng)oe輸入高電平時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上5。2.5整流濾波放大電路lineic1a tl084mic1c50.1fic1br1 10k r2 47k 47k r3 +_+_+_sw1100k r4w1 100k c60.1fr51k r847k q13dj7 r61k r747k r9 47k d7 4148c7 0.1fic1cc80.1fout圖6信號處理電路一般聲卡上采集回來的是幾十毫伏的交流電，不能直接送給變頻器使用。必須用電路將小的

34、交流電轉(zhuǎn)換為大的直流電。圖6為對音樂信號進行處理的電路：前置放大器的第一級是一個簡單的話筒放大器，音樂信號或其他音頻信號通過話筒mic1進入ic1a放大。這里r2，r3因根據(jù)不同的話筒選取不同的阻值，以保證噴泉有足夠的運動范圍。轉(zhuǎn)換開關(guān)s1可選擇不同的信號源，可以連接音頻功率放大器。亦可連接其他音頻輸出裝置。第二級電路是一個壓縮器，主要作用是壓縮音頻信號的動態(tài)范圍。使之與噴泉的運動范圍相適應(yīng)，噴泉隨音樂的變化均勻運動，不同的音源可通過調(diào)整r8的值來調(diào)整噴泉運動的均勻程度。第三級是輸出緩沖器，增加電路的帶負(fù)載能力。聲音傳感器就是mic（麥克）放大電路，一般分為普通電路和高保真電路。主要是由mic

35、（麥克）和一些簡單的外圍電路來完成聲音的放大功能。mic是一種常用的能把聲音信號轉(zhuǎn)換成電信號的聲電轉(zhuǎn)換器件。它的突出特點是體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、壽命長、頻率響應(yīng)范圍寬、靈敏度高，且價格也比較廉價。構(gòu)成駐極體話筒（mic）的核心器件是駐極體振動膜。它實際上是一種經(jīng)永久性極化處理的電介質(zhì)。內(nèi)含有一片蒸金薄膜和一金屬極板，在它們間通上一高壓電場，那么就形成了一個可變間隙的電容器。當(dāng)駐極體膜片受到聲波作用而振動時，就引起電容器兩端的電場發(fā)生變化，從而產(chǎn)生隨聲波變化的交變電壓信號7。2.6控制系統(tǒng)adc0809有in0in7共8條模擬信號輸入線，可分時處理由由8路模擬輸入信號。為了區(qū)分是哪

36、一路輸入信號進行a/d轉(zhuǎn)換，由3個通道地址信號add-a、add-b、add-c來決定是哪一路模擬信號被選中并送到內(nèi)部的a/d轉(zhuǎn)換。當(dāng)?shù)刂锋i存信號ale為高電平時，add-c、add-b、add-a三條線上的數(shù)據(jù)送入adc0809內(nèi)部的地址鎖存器中，經(jīng)過譯碼器譯碼后選中某一通道。當(dāng)ale=0時，地址鎖存器處于鎖存狀態(tài)。模擬開關(guān)始終與剛才選中的輸入通道接通。選中通道的模擬量到達a/d轉(zhuǎn)換器時，a/d轉(zhuǎn)換器并未對其進行a/d轉(zhuǎn)換。只有當(dāng)轉(zhuǎn)換啟動信號端start出現(xiàn)下降沿并延時一段時間后，才啟動芯片進行a/d轉(zhuǎn)換，start的上升沿復(fù)位adc0809。地址鎖存信號ale和轉(zhuǎn)換啟動信號端start由信

37、號和地址信號相或非后產(chǎn)生。adc0809的a/d轉(zhuǎn)換過程是在時鐘信號的協(xié)調(diào)下進行的。adc0809的時鐘信號由clock端送入，其最高頻率為640khz，在這個最高頻率下，adc0809的a/d轉(zhuǎn)換時間為100s左右。當(dāng)adc0809用于at89c51單片機系統(tǒng)時，若at89c51采用6mhz的晶振，則adc0809的時鐘信號可以由at89c51的ale經(jīng)過一個二分頻電路獲取。這時adc0809的時鐘頻率為500khz，a/d轉(zhuǎn)換時間為130s。a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束后，a/d轉(zhuǎn)換的結(jié)果（8位數(shù)字量）送到三態(tài)鎖存輸出緩存器，此時a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果還沒有出現(xiàn)在db0 db7八條數(shù)字量輸出線上，單片機不能獲取

38、之。單片機要想讀到a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果，必須使adc0809的允許輸出控制端enable由信號和地址信號相或非后產(chǎn)生。eoc為轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出信號。在a/d轉(zhuǎn)換期間，eoc維持低電平，當(dāng)a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束時，eoc變成高電平。需要注意的是，adc0809的start端收到下降沿后，并沒有立即進行a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束時，eoc=1而是延遲10s后，才開始a/d轉(zhuǎn)換，eoc變?yōu)榈碗娖?。eoc與單片機的連接方法取決于單片機讀取a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果的方法6。單片機讀取a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果的方法有三種：延遲法：單片機啟動adc0809后，延時130s以上，可以讀到正確的a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果，此時eoc懸空。查詢法：eoc必須接到at89c5

39、1的一條i/o線上。單片機啟動adc0809后，延遲10s，檢測eoc；若eoc=0則a/d轉(zhuǎn)換沒有結(jié)束，繼續(xù)檢測eoc，直到eoc=1。當(dāng)eoc=1時，a/d轉(zhuǎn)換已結(jié)束，單片機讀取a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果。中斷法：eoc必須經(jīng)過非門接到at89c51的中斷請求輸入線int0或int1上，89c51的中斷觸發(fā)方式為下降沿觸發(fā)。單片機啟動a/d轉(zhuǎn)換后可以做其他工作，當(dāng)a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束時，eoc由0變1經(jīng)過非門傳到int端，at89c51收到中斷請求信號，若at89c51開著中斷，則進入中斷服務(wù)程序，在中斷服務(wù)程序中單片機讀取a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果6。adc0809的讀、寫、啟動以及a/d轉(zhuǎn)換的時序如圖7所示：ale

40、cba輸入模擬量starteocoe10s 數(shù) 據(jù)data圖7 adc0809的時序圖2.6.1 8路數(shù)據(jù)采集流程開始初始化啟動a/d轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換結(jié)束？讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果保存轉(zhuǎn)換結(jié)果修改參數(shù)8路采集完？返回nn圖8 8路數(shù)據(jù)采集流程圖由流程圖8可以看到，數(shù)據(jù)采集分為3個步驟：首先啟動某通道的a/d轉(zhuǎn)換，然后判別a/d轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，若a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束則讀取a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果，并保存之；若a/d轉(zhuǎn)換未結(jié)束則等待。2.6.2 單片機at89c51與adc0809接口連接圖：圖9 at89c51與adc0809接口連接圖2.7系統(tǒng)輸入的信號極性變換及a/d轉(zhuǎn)換一般來說,從傳感器送來的電信號經(jīng)預(yù)處理（包括隔離、濾波、放

41、大等）后,還要根據(jù)信號極性、a/d轉(zhuǎn)換器允許的輸入范圍等來分析信號是否可直接進入。若信號為雙極性,a/d轉(zhuǎn)換器為單極性輸入,則須對信號進行極性變換。2.7.1信號的雙極性 單極性變換vccviina/dr1r2r3當(dāng)信號不滿足a/d轉(zhuǎn)換器信號輸入范圍要求時,信號須經(jīng)一線性網(wǎng)絡(luò)變換。線性網(wǎng)絡(luò)的具體形式可以根據(jù)信號的具體情況來設(shè)計。以雙極性信號轉(zhuǎn)變?yōu)閱螛O性信號為例,可以用圖10所示的線性網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。圖10 雙極性轉(zhuǎn)變?yōu)閱螛O性信號根據(jù)迭加定理,當(dāng)只有 vcc作用時 ,a/d轉(zhuǎn)換器的輸入信號為： （1）當(dāng)只有輸入信號vi作用時 ,a/d轉(zhuǎn)換器的輸入信號為: （2）由此可知 ,a/d轉(zhuǎn)換器信號輸入端的實

42、際輸入信號為: （3）由式3可知 ,當(dāng)vcc=5v、r1=r3=2r2時 ,可將-10v+10v的輸入信號轉(zhuǎn)變?yōu)?+5v的信號;當(dāng)vcc=5v,r1=r2,而r3開始時,可將-5v+5v信號轉(zhuǎn)換為0+5v的信號,改變r1,r2和r3之間的比例關(guān)系,可以允許vi輸入不同范圍的雙極性信號19。2.7.2單片機內(nèi)部的信號變換微機檢測模擬信號時,采集到的是經(jīng)過傳感器變換并由a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成的二進制信號,并不是被測的物理信號本身,因而必須把采集到的二進制信號進行標(biāo)度變換,才能進行控制或輸出（例如顯示、打印等）。設(shè)傳感器輸出信號x和被測物理量y之間關(guān)系如圖11所示ym為被測物理量的最大值 ,a/d轉(zhuǎn)換器

43、輸入信號范圍為0xm,對應(yīng)的輸出數(shù)字信號范圍為0nm,則可推導(dǎo)出a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果n與實際物理量y之間的標(biāo)度變換表達式。yxyxx0ymxm圖11根據(jù)圖11可知，由此可得 （4）忽略a/d轉(zhuǎn)換器的非線性因素,則輸出結(jié)果n與x之間有如下關(guān)系：，即 （5）將式（5）代入式（4） （6）式中式（6）描述了被測物理量y與a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果x之間的數(shù)學(xué)關(guān)系,為被測物理量的顯示、打印提供了標(biāo)度變換依據(jù)19。2.8輸出電路qiledfubcrcr1r2+9vac 220vlnrl1/7 2003a圖12 輸出電路輸出電路是指接于圖9中74hc373各qi端的電路。圖12為使用雙向可控硅bcr的輸出電路。由于74hc

44、373的輸出電流遠(yuǎn)小于bcr所需的觸發(fā)電流，故加入外圍驅(qū)動電路uln2003a的一個單元。其輸入端所接的led用于指示電路狀態(tài), 使用高亮度3紅led，當(dāng)qi為高電平+5v時led能正常發(fā)光，實測電流為0.8ma多，足以使2003a輸出端飽和而吸收近30ma的觸發(fā)bcr的電流。圖10中產(chǎn)生觸發(fā)電流的+9v電源來自+5v穩(wěn)壓電源的未穩(wěn)壓端，以減輕穩(wěn)壓塊的負(fù)擔(dān)。圖中rl為電磁閥的線圈，用以控制水泵電機的接觸器線圈10。3 調(diào)試結(jié)果模擬信號是一種不僅再時間上連續(xù)、數(shù)值上也連續(xù)的物理量；數(shù)字波形是邏輯電平對時間的圖形表示。在數(shù)字電路中用數(shù)字0、1的編碼來表示一個模擬量，這里的編碼所指的是數(shù)字0、1的字

45、符串。圖13 模擬信號與數(shù)字信號的比較主程序框圖：開始測速flag=1轉(zhuǎn)速為0？flag=0，根據(jù)非同步采集設(shè)置產(chǎn)生ad觸發(fā)脈沖轉(zhuǎn)速為0？選擇內(nèi)部ad出發(fā)脈沖設(shè)定i/o口開ad中斷采集波形關(guān)ad中斷結(jié)束選擇外部ad出發(fā)脈沖等待零位脈沖yynn圖14 主程序框圖下面通過圖15的圖示來了解用數(shù)字表示模擬信號的過程：圖15 模擬信號的數(shù)字表示圖（a）模擬信號的三個取樣點的數(shù)字表示。（b）3v模擬電壓轉(zhuǎn)換為以0、1表示的數(shù)字電壓。取其中、個取樣點。以點為例，該點的模擬電壓為3v，將其送入一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器后可得到以數(shù)字、表示的數(shù)字電壓。圖16是歌曲往事如風(fēng)的波形圖：圖16 歌曲的波形圖經(jīng)過系統(tǒng)處理后得到的

46、數(shù)字信號：圖17 理論上可以得到的結(jié)果 圖18仿真得到的結(jié)果q3、q4分別接到輸出口的電路上，以控制噴泉中不同組的噴泉水泵。這樣就實現(xiàn)了噴泉的花型變化。圖17是理論上可以得到的時序圖，圖18是仿真所得到的時序圖。圖19 q3、q4端輸出情況圖19是通過proteus軟件對本系統(tǒng)進行防真時得到的q3、q4口的輸出情況。圖20 仿真時p0口的輸出情況圖21仿真時p2口的輸出情況圖22 仿真時p3口的輸出情況圖20、圖21、圖22為單片機仿真時p1、p2、p3口的輸出電位情況。通過對p1、p2、p3口的輸出情況分析和圖19可以看出，本系統(tǒng)可以實現(xiàn)預(yù)計功能，能夠達到基本要求。4 結(jié)語單片機控制系統(tǒng)是性

47、價比比較高的一種控制系統(tǒng)。其功能比較強大，能夠滿足大部分要求不是很高的控制系統(tǒng)的要求。本文嘗試借助計算機軟件proteus對單片機控制系統(tǒng)做了仿真探討。利用cool edit軟件對音樂文件取了一段音頻信號，并對其進行了轉(zhuǎn)換來做為本系統(tǒng)的輸入信號，著重分析了模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換的結(jié)果輸送到噴泉的控制開關(guān)中，分析結(jié)果與其他相關(guān)文獻得到了很好的吻合。但本文還有很多缺陷，如：程序調(diào)試過于復(fù)雜，系統(tǒng)若用于大型的音樂噴泉中實現(xiàn)有些困難等。這次我所做的研究只是單片機的最基本的應(yīng)用，單片機還有許多實用的功能，還有待于更多的電子愛好者和專家進行更深一步的研究。參考文獻1 何立民單片機技術(shù)的現(xiàn)狀與未

48、來j中國計算機報19952 曹明揚單片機發(fā)展動向及市場預(yù)測j計算機世界19963 彭志剛利用單片機改進交通燈控制系統(tǒng)j湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報2003.34 宋浩，田豐單片機原理及應(yīng)用m清華大學(xué)出版社5 張洪潤，易濤單片機應(yīng)用技術(shù)教程m清華大學(xué)出版社6 韓飛鵬單片機的開發(fā)方式j(luò)中國計算機報19957 劉洋音樂噴泉與變頻調(diào)速技術(shù)j考試周刊2007年第29期8 王宗和，童一帆單片機實驗與綜合訓(xùn)練m高等教育出版社2005.129 蔣燕君基于at89c2051的步進電機精確控制系統(tǒng)的實現(xiàn)j浙江樹人大學(xué)學(xué)報2006.610 陳文輝單片機在音樂噴泉中的應(yīng)用職教與成教j福建省僑興輕工學(xué)校2007.211 王

49、連濤音樂噴泉的單片機控制j電子世界2005.512 賀玉凱單片機在步進電機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用j錦州師范學(xué)院學(xué)報2003.213 叢福建，吳軍輝，田夢倩用mcs51單片機制作的音樂噴泉控制器j南京農(nóng)專學(xué)報（第17卷第4期）2001.214 袁啟昌，王宏宇單片機應(yīng)用實訓(xùn)教程m科學(xué)出版社2006.215 張毅剛，彭喜元，董繼成單片機原理及應(yīng)用m高等教育出版社2005.1216 郝吉，李充寧，夏方林用mcs51單片機制作的音樂噴泉控制器j 現(xiàn)代電子技術(shù)199917 胡鍵，劉玉賓，朱煥立單片機原理及接口技術(shù)實踐教程m機械工業(yè)出版社18 曹明揚單片機發(fā)展動向及市場預(yù)測j計算機世界199619 李鴻單片機測控系統(tǒng)中的信號變換m吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報 自然科學(xué)版2007.720 intel corporation mcs-51 microcontroller family users manulmusa1994.2致 謝本文的研究工作是在我的導(dǎo)師郭仿軍副教授的精心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下完成的，在