音樂(lè)彩燈控制器

1、 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark0 o Current Document 一、設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介 02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 HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 二、設(shè)計(jì)條件及主要參數(shù)表 05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 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 三、設(shè)計(jì)主要參數(shù)計(jì)算 13音樂(lè)彩燈控制器原理電路圖 HYPERLINK l book

2、mark8 o Current Document 四、設(shè)計(jì)結(jié)果14仿真電路圖及仿真結(jié)果 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析15實(shí)驗(yàn)工作原理 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 六、設(shè)計(jì)評(píng)述 16心得體會(huì) HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 七、參考文獻(xiàn) 18一、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)，是一種將聽(tīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為是信號(hào)的

3、裝置，用來(lái)調(diào)節(jié)聽(tīng)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 mie。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)三 10mV.o3、PROTEK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)計(jì)文件， 便于管理；(2)當(dāng)直接雙擊“ PROTE

4、L99SE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。 當(dāng)建立電路文件后可對(duì)其進(jìn)行電路設(shè)計(jì)(編輯)工作，即雙 擊電路原理圖文件

5、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?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)上便附加了光標(biāo)和浮動(dòng)的被選中

6、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/ERQB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(kāi)始進(jìn) 行檢查。(12)元件報(bào)告表的廣生，點(diǎn)擊采單 Report/Bill of Material ,啟動(dòng)元 件生成表，點(diǎn)擊Next系統(tǒng)將生成元件報(bào)告表文

7、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)原理圖整 流中頻段通道紅 燈雙向 晶閘管耦合 驅(qū)動(dòng)器低頻段通道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)科比的 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

8、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(mén)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F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

9、，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

10、。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)際搭接電路與理論值有差距，將兩個(gè)電阻分別改為和，實(shí)現(xiàn) 了截頻為290Hz的低通

11、濾波。中低頻段和高頻段的電路：16kOhm中頻段：500高頻段：20004000HZ頻段R1=R2R5=R6R3=R7R4=R8C3=C4C1=C2局頻8K4010K10K1uF中頻32K15K15K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

12、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:產(chǎn)生的波形Ua, Ub, Uc, Ud, Ue, Uf如下圖: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、071V、0V(2) 555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T(mén)w tH

13、+ tL= (R-2F2)C矩形波振蕩頻率f的近似計(jì)算公式為111=而 ”+2R2)C 弧 +2R?)C根據(jù)設(shè)計(jì)要求，不同幅值的音樂(lè)信號(hào)對(duì)應(yīng)著彩燈的不通亮度。 可通過(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:ffl萼立施Ki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VJnTTL 力fr卦15k-t四、設(shè)計(jì)結(jié)果仿真電路圖及仿真結(jié)果;- -,c4,nhmR1R2I 口 hckhmt picahm山 PAUFJSrjIRTP：MP/T_守舊:TUALFA.MP.sir.Yifirnjfi.優(yōu)31.ohn:如 LiIlLiE VIRfl

14、UM01aUkolimWQkUhrFn、 . er口無(wú)味 ViftTuL -CPAfJ-pJOlRIUALI SCI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 2000-4000Hz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50- 250Hz之間時(shí)，紅燈被點(diǎn)亮，于是實(shí)現(xiàn)了彩燈隨著信號(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

15、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)

16、，而且學(xué)到了很多在書(shū)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，終于迎刃而解。同時(shí)，在老師的身上我 學(xué)得到很多實(shí)用的知識(shí)?？傮w來(lái)說(shuō)，這次實(shí)習(xí)我受益匪淺.

17、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?分析與設(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(jiàn)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(mén)課程在科學(xué)發(fā)展中的至關(guān)重要 性2,查閱參考書(shū)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(shū)弄明白， 有的通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查到，但由于時(shí)

18、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 電路設(shè)計(jì)中的選頻器的設(shè)計(jì)，開(kāi)始并不理解選頻器的原理，但是和其 他的同學(xué)討論后，理解了選頻器的基本原理后，很快的設(shè)計(jì)了電路原 理圖。通過(guò)本次學(xué)習(xí)和上機(jī)實(shí)踐，我們初步掌握了相關(guān)軟件的使用，學(xué) 會(huì)了軟件中的一些基本操作和利用電路設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)一些簡(jiǎn)單的電 路；同時(shí)，我們還通過(guò)查閱相關(guān)資料、請(qǐng)教指導(dǎo)老師和小組討論等方 式，對(duì)設(shè)計(jì)電路進(jìn)行性能考證。最后，利用Protel軟件和Multisim軟 件將設(shè)計(jì)好的電路圖在計(jì)算機(jī)上畫(huà)出來(lái)， 并對(duì)其進(jìn)行仿真，得到仿真 正確結(jié)果。此次課程設(shè)計(jì)讓我們學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的 內(nèi)容，上機(jī)操作能力也得到了提高，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，真正學(xué)到了知識(shí)；在這次課程設(shè)計(jì)中，我們充分發(fā)揮了團(tuán)隊(duì)合作精神。我們堅(jiān)信， 在這樣一個(gè)飛速發(fā)展的時(shí)代，沒(méi)有優(yōu)秀的個(gè)人，只有優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)。同 時(shí)，在設(shè)計(jì)中我