音樂(lè)彩燈控制器(完整版)

1、音樂(lè)彩燈控制器摘要 電力電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)作為當(dāng)代高新技術(shù)尤其是信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的接口，在 國(guó)民經(jīng)濟(jì)中扮演著越來(lái)越重要的角色。此設(shè)計(jì)論述了彩燈的總體控制，彩燈將會(huì) 隨著音樂(lè)的節(jié)奏閃亮，大大的改善了人們的娛樂(lè)環(huán)境，人們將在音樂(lè)和燈光當(dāng)中 消除工作一天的疲憊，并且彩燈的控制不需要人為的操作控制，將會(huì)完全自動(dòng)的 運(yùn)行，使人們感受到了娛樂(lè)場(chǎng)所的智能化，人性化。此設(shè)計(jì)采用了平時(shí)常用的集 成電路，包括時(shí)鐘電路、階梯波電路、濾波器等等，將會(huì)很清晰的呈現(xiàn)出它的工 作原理，它是電子技術(shù)的實(shí)例應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：電子技術(shù) 音樂(lè) 彩燈 集成電路。II Abstract As the joint between the

2、present hi-Tech industry especiallythe informationtechnology industry and tradition industry, power electronics industry has been playing amore and more important role in the country economy. Although this industry in Chinahas made someprogress through developing more than 30 years, compared with th

3、edeveloped countries the gap is still quite big. This industry can"t meet the demands of thecountry economy development in china. Constituting a series of systemic and scientificdeveloping strategy to speed this industry is the purpose of this paper. The importanteffects of this industry on cou

4、ntry economy are discussed, the shaping and developingcondition of this industry is analyzed, and the advantages and disadvantages of thisindustry in China are pointed in this paper. On the basis of referring the advancedexperience of developed countries.keyword: electronic technique music illuminat

5、ion unicircuit目 錄一、設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介 03 設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)要求、軟件學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)原理圖、電力系統(tǒng)概述、試驗(yàn)結(jié)構(gòu)分塊二、設(shè)計(jì)條件及主要參數(shù)表 07 電源電路、語(yǔ)音信號(hào)的輸入、放大部分、濾波選頻部分、整流器的工作原理與設(shè)計(jì)、階梯波與同步脈沖實(shí)現(xiàn)幅度控制、輸出顯示部分三、設(shè)計(jì)主要參數(shù)計(jì)算 15 音樂(lè)彩燈控制器原理電路圖四、設(shè)計(jì)結(jié)果 16仿真電路圖及仿真結(jié)果五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 17 實(shí)驗(yàn)工作原理六、設(shè)計(jì)評(píng)述 19 心得體會(huì)七、參考文獻(xiàn) 20一、設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介音樂(lè)彩燈控制器是用音樂(lè)信號(hào)控制多組顏色的彩燈，利用其亮度變化反映音樂(lè)信號(hào)的強(qiáng)弱，從而使燈的變化規(guī)律與音頻信號(hào)的規(guī)律及點(diǎn)評(píng)大小相對(duì)應(yīng)，是一種

6、將聽信號(hào)轉(zhuǎn)換為是信號(hào)的裝置，用來(lái)調(diào)節(jié)聽眾欣賞音樂(lè)時(shí)候的氣氛和情緒。1、設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)一臺(tái)音樂(lè)聲響與彩燈燈光相互組合的彩燈控制電路。要求電路把輸入的音樂(lè)信號(hào)分成高、中、低三個(gè)頻段，并分別控制三種顏色的燈。每組彩燈的亮度隨各自輸入音樂(lè)信號(hào)大小分八個(gè)等級(jí)。輸入信號(hào)最大時(shí)彩燈最亮。當(dāng)輸入信號(hào)的幅度小于10mV時(shí)，要求彩燈全亮。2、設(shè)計(jì)要求   高頻段20004000Hz,控制藍(lán)燈；  中頻段5001200Hz,控制綠燈；低頻段50250Hz,控制紅燈；電源電壓交流220V，輸入音樂(lè)信號(hào)10mV.。3、PROTEL軟件學(xué)習(xí)：（1）首先建立一個(gè)專用文件夾，用以集中存放相關(guān)電路設(shè)

7、計(jì)文件，便于管理；（2）當(dāng)直接雙擊“PROTEL99SE”圖標(biāo)后，進(jìn)入第一層“Design Explorer”設(shè)計(jì)管理器窗口； （3）在這個(gè)窗口中，可對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)建立等操作，首先要建立一個(gè)新的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)。點(diǎn)擊File/New命令出現(xiàn)建立新的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)路徑對(duì)話框；（4）建立設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)后，就要建立需要的各種電路設(shè)計(jì)文件。在進(jìn)入一個(gè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)后，執(zhí)行File/New命令后彈出新文檔對(duì)話框，選擇要增加文件類型后單擊OK，新建電路設(shè)計(jì)文件及添加到了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中。（5）文件的操作。在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理窗口中，在選擇電路設(shè)計(jì)文件上單擊右鍵后，彈出快捷菜單，可對(duì)其文件進(jìn)行操作。（6）當(dāng)建立電路文件后可對(duì)其進(jìn)行電路設(shè)

8、計(jì)（編輯）工作，即雙擊電路原理圖文件就進(jìn)入了電路原理圖編輯窗口；（7）放置元件。在電路原理圖編輯窗口放置電子元件。首先要裝入需要的數(shù)據(jù)元件庫(kù)，操作方法：?jiǎn)螕粼O(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理窗口中的Browse Sch中的 Libraris命令進(jìn)入元件庫(kù)和元件管理器，然后單擊 Add/Remove按鈕，選擇Design Explorer 99SELibrarySch路徑，再選擇所用的元件庫(kù)文件，單擊Add按鈕增加到元件庫(kù)管理器，單擊OK，就可以看到選擇的元件庫(kù)已裝到元件庫(kù)管理器窗口中。（8）當(dāng)元件管理器裝入元件庫(kù)后就可以放置元件，在元件瀏覽區(qū)中，用鼠標(biāo)左鍵單擊要放置的元件，然后單擊元件瀏覽區(qū)中的Place按鈕，鼠標(biāo)

9、上便附加了光標(biāo)和浮動(dòng)的被選中元件。把光標(biāo)移動(dòng)到要放置的位置后，單擊左鍵，這個(gè)元件就放置好了。在放置元件的過(guò)程如要轉(zhuǎn)動(dòng)元件方向，按一次空格鍵元件就逆時(shí)針轉(zhuǎn)90°。（9）布線。選擇所需要的連線工具將電路連接起來(lái)。（10）編輯元件的屬性（元件名、封裝、參數(shù)等），鼠標(biāo)左鍵雙擊要編輯元件，就彈出選中元件屬性設(shè)置對(duì)話窗口，根據(jù)需要對(duì)元件屬性進(jìn)行設(shè)置。（11）電器規(guī)則檢查，主要是檢查元件之間的相互連接。單擊菜單Tool/ERC,啟動(dòng)電氣規(guī)則檢查設(shè)置對(duì)話框窗口，單擊OK按鈕就開始進(jìn)行檢查。（12）元件報(bào)告表的產(chǎn)生，點(diǎn)擊菜單Report/Bill of Material，啟動(dòng)元件生成表，點(diǎn)擊Next系

10、統(tǒng)將生成元件報(bào)告表文件 。（13）生成網(wǎng)絡(luò)表。啟動(dòng)建立網(wǎng)絡(luò)表菜單Design/Create Netlist后出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)表設(shè)置對(duì)話框窗口，設(shè)置好后點(diǎn)擊OK，即生成網(wǎng)絡(luò)表格文件。4、實(shí)驗(yàn)原理圖具體框圖：高頻段通道中頻段通道低頻段通道放大器放大器放大器整流整流整流耦合驅(qū)動(dòng)器耦合驅(qū)動(dòng)器耦合驅(qū)動(dòng)器音樂(lè)信號(hào)雙向晶閘管藍(lán)燈雙向晶閘管雙向晶閘管綠燈紅燈5、電路系統(tǒng)概述：（1）聲音信號(hào)要分為三個(gè)頻段，所以第一步要通過(guò)濾波器進(jìn)行濾波，將音頻信號(hào)按要求分為三個(gè)頻段。 （2）經(jīng)過(guò)放大器把毫伏級(jí)的聲音信號(hào)放大為與比較信號(hào)可比的信號(hào)。由于直流信號(hào)才可比較，所以在進(jìn)入比較器前先進(jìn)行整流。 （3）同步脈沖通過(guò)簡(jiǎn)易的數(shù)模轉(zhuǎn)換產(chǎn)生

11、階梯波，放大后的信號(hào)與其比較產(chǎn)生高低電平，在和同步脈沖相遇產(chǎn)生個(gè)數(shù)不同的脈沖觸發(fā)三極管，有觸發(fā)脈沖的個(gè)數(shù)決定彩燈的亮度。 （4）如果音樂(lè)信號(hào)小于10mV，用比較器產(chǎn)生高電平使或門的輸出總為高電平，產(chǎn)生的高電平與1HZ的脈沖信號(hào)進(jìn)行與，從而使燈亮暗閃爍。6、實(shí)驗(yàn)電路結(jié)構(gòu)及分塊原理由于本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求可將實(shí)驗(yàn)電路基本分為七個(gè)組成部分，即 電壓轉(zhuǎn)換部分 語(yǔ)音信號(hào)的輸入部分 基本信號(hào)的放大部分 濾波選頻部分 幅度控制部分 輸出顯示部分 10mV比較擴(kuò)展部分二、設(shè)計(jì)條件及主要參數(shù)表下面分別從以上幾個(gè)分塊電路說(shuō)明該彩燈控制器的設(shè)計(jì)原理與過(guò)程。1、電源電路由于實(shí)驗(yàn)給出電源為220V交流電，而實(shí)驗(yàn)所需芯片的工作

12、電壓大致在5-12V，故需要首先設(shè)計(jì)一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換部分，將220V的交流電轉(zhuǎn)換成5V，12V，相當(dāng)于一個(gè)直流穩(wěn)壓源，以供數(shù)字和模擬芯片正常工作。其轉(zhuǎn)換電路如下： 變壓器變壓，在經(jīng)過(guò)全波整流電路和濾波電容的+12V和-12V直流電壓作為運(yùn)算放大器的電源。+12經(jīng)過(guò)W7805（穩(wěn)壓管）穩(wěn)壓后得到+5V的電壓，供TTL數(shù)字集成電路使用。2、語(yǔ)音信號(hào)的輸入部分本實(shí)驗(yàn)中，音樂(lè)信號(hào)的輸入由MP3音樂(lè)信號(hào)實(shí)現(xiàn)，考慮到外界因素的干擾，同時(shí)為了使頻率和幅度都能達(dá)到理想的要求，我們采用MP3音樂(lè)信號(hào)直接輸入的方法。3、放大部分由于音樂(lè)信號(hào)的幅度十分有限，僅為十幾毫伏，為了驅(qū)動(dòng)后面的電路，必將輸入信號(hào)放大后再經(jīng)過(guò)選頻

13、等一系列處理。放大電路可以采用很多的形式，由于無(wú)特殊要求，故本實(shí)驗(yàn)只選用普通的反相放大器即可。4、濾波選頻部分濾波部分是本實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)，選頻的結(jié)果將直接影響彩燈的最終顯示效果，但參數(shù)的設(shè)計(jì)也是本實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)所在，理想狀態(tài)下的濾波器是不存在的。在理想條件下，選頻可通過(guò)窄帶濾波器實(shí)現(xiàn)。滿足設(shè)定頻率的信號(hào)部分可以通過(guò)濾波器控制后面的信號(hào)，不滿足的部分則被濾波，信號(hào)大大得到衰減。常用的濾波器有巴特沃斯濾波器，切比雪夫?yàn)V波器，壓控電壓源濾波器，無(wú)限增益濾波器等多種。本實(shí)驗(yàn)采用的是低通濾波器，通過(guò)帶通濾波器選擇出低頻段信號(hào)，如圖：低頻濾波器選擇出低頻段信號(hào) 輸入信號(hào)為10Hz的幅度輸入信號(hào)為250Hz的幅度實(shí)

14、際搭接電路與理論值有差距，將兩個(gè)電阻分別改為2.7K和4.3K，實(shí)現(xiàn)了截頻為290Hz的低通濾波。中低頻段和高頻段的電路：中頻段：5001.2KHZ高頻段：20004000HZ頻段R1=R2R5=R6R3=R7R4=R8C3=C4C1=C2高頻8K4010K10K1uF0.01uF中頻32K1.3K15K15K0.1uF0.01uF輸入模擬正弦波時(shí)，輸出波形基本不是真，但由于階數(shù)較低，過(guò)渡帶比較寬，阻帶衰減比較緩慢，但由于語(yǔ)音信號(hào)頻率都相對(duì)較低，所以對(duì)于高通濾波器的要求可以降低一些，因此該濾波器基本實(shí)現(xiàn)要求的功能。5、整流器的工作原理與設(shè)計(jì) 由于只有直流信號(hào)才可比較，因而信號(hào)在進(jìn)入比較器之前需

15、進(jìn)行整流，將交流音樂(lè)信號(hào)轉(zhuǎn)為直流信號(hào)進(jìn)行比較。由于考慮到實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜度及效果影響，本實(shí)驗(yàn)我們采用了全波橋式整流來(lái)實(shí)現(xiàn)。6、階梯波與同步脈沖實(shí)現(xiàn)幅度控制設(shè)計(jì)要求根據(jù)音樂(lè)信號(hào)的大小控制彩燈的亮度。因而想到用一節(jié)梯度發(fā)生器產(chǎn)生8個(gè)階梯，作為參考電壓與音樂(lè)信號(hào)進(jìn)行比較，從而決定了比較器輸出的高電平的個(gè)數(shù)，最終由平均電壓大小來(lái)控制燈的亮度。每次不同的個(gè)數(shù)，將燈的亮度分為8個(gè)程度，滿足設(shè)計(jì)要求。（1）階梯波電路及其產(chǎn)生波形。電路圖如下：具體數(shù)據(jù)為：R5R6R7阻值43K22K10K 產(chǎn)生的階梯波幅值分8個(gè)狀態(tài)，分別為：5V、4.26V、3.55V、2.84V、2.13V、1.42V、071V、0V（2）55

16、5晶振產(chǎn)生的同步脈沖該同步脈沖由555晶振電路產(chǎn)生。具體電路為：矩形波振蕩周期TW的近似計(jì)算公式為TW tH + tL0.7(R1+2R2)C矩形波振蕩頻率f的近似計(jì)算公式為                            R1R2C1Hz470ohm1.6k1uF400Hz10k82k10uF7、輸出顯示部分根據(jù)設(shè)計(jì)要求

17、，不同幅值的音樂(lè)信號(hào)對(duì)應(yīng)著彩燈的不通亮度?？赏ㄟ^(guò)音樂(lè)信號(hào)與階梯波的比較去控制。本實(shí)驗(yàn)，我們利用集成運(yùn)放和三極管組成電壓比較器和同步脈沖控制電路，電路圖如下：三、設(shè)計(jì)主要參數(shù)計(jì)算音樂(lè)彩燈控制器原理電路圖四、設(shè)計(jì)結(jié)果仿真電路圖及仿真結(jié)果； 仿真電路圖該圖是利用Multisim軟件設(shè)計(jì)的電路原理圖。仿真結(jié)果五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析當(dāng)輸入信號(hào)大于10毫伏時(shí)，藍(lán)綠紅三路燈分別受三路濾波器的控制而發(fā)亮，當(dāng)輸入信號(hào)頻率在20004000Hz時(shí)，高頻濾波器被選通，相應(yīng)藍(lán)燈點(diǎn)亮；同理，當(dāng)輸入信號(hào)頻率在5001200Hz時(shí)，中頻濾波器被選通，相應(yīng)綠燈被點(diǎn)亮；而當(dāng)輸入信號(hào)頻率在50250Hz之間時(shí)，紅燈被點(diǎn)亮，于是實(shí)現(xiàn)了彩

18、燈隨著信號(hào)頻率的變化而變化。該部分主要受濾波器的控制，因而對(duì)濾波器的精度要求比較高。較好的濾波器可以更精確的實(shí)現(xiàn)彩燈的控制。音樂(lè)信號(hào)通過(guò)濾波器后，進(jìn)行幅度選擇，音樂(lè)信號(hào)按幅度大小分為八個(gè)亮度段，當(dāng)輸入音樂(lè)聲音大時(shí)，電信號(hào)幅度也會(huì)相應(yīng)增大，燈的亮度也增加；反之，當(dāng)輸入音樂(lè)信號(hào)聲音較小時(shí)，電信號(hào)幅度也相應(yīng)減小，燈的亮度減小。六、設(shè)計(jì)評(píng)述 在實(shí)踐中掌握理論 記課程設(shè)計(jì)心得體會(huì) 課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程.回顧起此次課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，在短短的兩個(gè)星期的日

19、子里，可以說(shuō)得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次數(shù)電課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，這畢竟第一次做數(shù)電課程設(shè)計(jì)，難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。 這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多問(wèn)題，最后在指導(dǎo)老師的辛勤指導(dǎo)下，終于迎刃而

20、解。同時(shí)，在老師的身上我學(xué)得到很多實(shí)用的知識(shí)。總體來(lái)說(shuō),這次實(shí)習(xí)我受益匪淺.在摸索該如何設(shè)計(jì)程序使之實(shí)現(xiàn)所需功能的過(guò)程中,特別有趣,培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)思維,增加了實(shí)際操作能力.在讓我體會(huì)到了設(shè)計(jì)的艱辛的同時(shí),更讓我體會(huì)到成功的喜悅和快樂(lè). 這次課程設(shè)計(jì),雖然短暫但是讓我得到多方面的提高：1、提高了我們的邏輯思維能力，使我們?cè)谶壿嬰娐返姆治雠c設(shè)計(jì)上有了很大的進(jìn)步。加深了我們對(duì)組合邏輯電路與時(shí)序邏輯電路的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步增進(jìn)了對(duì)一些常見邏輯器件的了解。另外，我們還更加充分的認(rèn)識(shí)到，數(shù)字電路這門課程在科學(xué)發(fā)展中的至關(guān)重要性2，查閱參考書的獨(dú)立思考的能力以及培養(yǎng)非常重要，我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)，遇到很多不理解的東西，有的我們通過(guò)查閱參考書弄明白，有的通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查到，但由于時(shí)間和資料有限我們更多的還是獨(dú)立思考。3，相互討論共同研究也是很重要的，經(jīng)常出現(xiàn)一些問(wèn)題，比如電