基于AT89C51單片機的音樂噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計解讀

1、青晦理工人學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）摘要隨看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，介紹了一個以AT89C51單片機為核心的小型 音樂噴泉控制系統(tǒng)。給出了一個簡潔的單片機控制電路，分析了輸出地址，描述 了不同類型的輸岀電路和輸入電路：介紹了從特定構(gòu)造的噴池中獲得決定噴池動 作的噴池數(shù)據(jù)的原理：給出了主程序框圖和看門狗子程序。采用程序控制來控制 花型。音頻信號還影響燈光色彩和燈光光線明略的變化。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)鍵詞：音樂噴泉；單片

2、機：單片機控制：噴池數(shù)據(jù)青島理工人學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）ABSTRACTWith the improvement of peoples living standard and yearn for building green city, music fountain is more and more popular for it s unique charm and special function large numbers of music fountain is increasingly built.According to the present situation of music fo

3、untain now, control system of mini type music Fountain based on AT89C51 SCM was introduced. A succinct SCM control circuit was preto obtain data from a specific fountain pool . Was elaborated which will affect actions of the pOOl Finally, the structure drawing of main program and the watchdog progra

4、m were put forward The flower shapes are controlled by program controlling or man-made keystroke cont rolling electromagnetic valves The color, the 1 ight 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 music s rhythm when

5、 music is played.Key Words: music fountain； SCM： SCM control: watchdog program青島理工人學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）目錄 TOC o 1-5 h z 摘要1ABSTRACT2第1章緒論41.1課題背景41.2音樂噴泉的發(fā)展和現(xiàn)狀4第2章音樂噴泉控制系統(tǒng)硬件設(shè)計62.1控制系統(tǒng)硬件總體設(shè)計方案62.2咅樂信號的采集62.2.1音頻放大電路的設(shè)計62.2.2采樣定理82.3單片機電路92.3.1單片機的概述92.3.2時鐘電路的設(shè)計102.4 AD轉(zhuǎn)換電路102.4.1 ADC0809與單片機89C51的連接112.4.2輸入電路

6、122.5潛水泵調(diào)速硬件方案設(shè)計132.6燈光硬件方案設(shè)計142.7解決系統(tǒng)時間滯后硬件電路設(shè)計14第3章噴泉控制系統(tǒng)軟件設(shè)計163.1噴池數(shù)據(jù)163.2主程序框圖173.3控制潛水泵軟件設(shè)計模塊173.3.1潛水泵開關(guān)調(diào)速的原理183.3.2潛水泵開關(guān)調(diào)速的軟件設(shè)計193.4控制電磁閥軟件設(shè)計模塊203.5歌曲存儲模塊203.5.1音頻脈沖的產(chǎn)生203.5.2音樂程序223.6燈光控制模塊253.7看門狗子程序253.8實驗仿真26結(jié)論28致謝29參考文獻30附錄31附錄131附錄232青島理工人學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第1章緒論1.1課題背景隨看人們生活水平的提高，人們對環(huán)境的要求越來越高，城市

7、環(huán)境建設(shè)口益 為人們所重視。噴泉作為一種觀賞性較高的藝術(shù)水景,不斷的出現(xiàn)在城市的廣場、 公園及其它公共場所，早些的噴泉都是固定不可調(diào)的，顯得有些單調(diào)，隨著科技 的發(fā)展咅樂噴泉也進入了我們的城市。音樂噴泉是現(xiàn)代科技與藝術(shù)的綜合，音樂 噴泉將噴水圖形、彩色燈光及音樂旋律構(gòu)成一個有機的整體，隨著樂曲旋律和節(jié) 奏的變化，各種不同的噴水花形相應(yīng)的配合變換，在五彩絢麗的變幻燈光照耀下, 構(gòu)成一幅幅奇妙無比的景觀、令人賞心悅目，嘆為觀止，在視聽上獲得極大的亨 受。音樂噴泉的起源于1930年，徳國人首先帶出噴泉的概念，此后經(jīng)過多年的 發(fā)展，其音樂噴泉的設(shè)計及構(gòu)造已變得更大型及復(fù)雜。隨著我國改革開放政策的 不斷

8、實施，80年代中，我國也相繼引進和自行設(shè)計建造了多座音樂噴泉，為美 化環(huán)境，活躍人民的文化生活起了良好的作用。通過學(xué)習和引進國外先進技術(shù)， 加上門行研究和開發(fā)，噴泉的面貌不斷更新，各種新水型層出不窮，音樂噴泉還 可以同水幕電影、激光表演和舞臺表演相結(jié)合，產(chǎn)生令人難忘的藝術(shù)效果。我國 現(xiàn)有上百家噴泉水景設(shè)備制造廠，經(jīng)過市場競爭、優(yōu)勝劣汰，我國已經(jīng)出現(xiàn)了兒 家綜合實力較強的大型噴泉水景工程公司，能夠獨立建設(shè)投資上萬元的特大型 噴泉水景工程，并創(chuàng)造了一些世界之最的新記錄?？傮w上說，我國的噴泉水景技 術(shù)已經(jīng)達到了國際先進水平，其建設(shè)規(guī)模和市場需求更是其他國家所難以相比 的。1.2音樂噴泉的發(fā)展和現(xiàn)狀北

9、京石景山古城公園的音樂噴泉，在悠揚動聽的音樂聲中，噴水可產(chǎn)生五六 種變化，時而轉(zhuǎn)動如銀傘，時而飄忽如玉帶，時而如金蛇壯舞，時而旋轉(zhuǎn)飛濺 出的花形有曇花、菊花、扶?；?、白合花和曼陀羅花，這是在80年代初期中國 較早建設(shè)的一個音樂噴泉。南昌的秋水廣場是由“落霞與孤鷲齊飛，秋水共長天一色”的意境得名，秋 水廣場就是以噴泉為主題，集旅游、觀光、購物的大型休閑廣場。他的音樂噴泉 最吸引人注目，是國內(nèi)最大的音樂噴泉群，泉水面積1.2萬平方米，主噴高達128 米，是南昌的一俏麗景觀，人們可以一邊欣賞音樂，一邊觀看滕王閣的美景。青島理工人學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）新加坡圣淘沙旅游區(qū)的音樂的設(shè)計與效果也是值得參考的，它

10、布置在一個空 曠而略有坡度的空間，面積很大，與圣淘沙車站前的長形噴水池共同組成為一個 長達數(shù)白米的綜合系列噴泉，音樂噴泉位于系列噴泉的頂端。舞臺為一假山堆疊 的西洋式半圓柱廊組成，共分3層。白天，假山瀑布及兩側(cè)的噴泉群與3層水池 形成一處動靜結(jié)合的較為文雅悠揚的水最園，入夜則有五光十色，優(yōu)美動聽的噴 泉景觀，整個舞臺區(qū)域東西而闊近百米，南北深度約40m,成為目前亞洲最大的 音樂噴泉Z。表現(xiàn)出壯闊、絢麗的水景Z美。以上兒處音樂噴泉從建筑形勢、音樂曲調(diào)及水舞表演的角度展現(xiàn)了音樂噴泉 的美麗姿態(tài)，但是都屬于大型的音樂噴泉，其控制系統(tǒng)也多采用PLC邏輯編程 控制，造價高，流量需求大，一般為專門的定量設(shè)

11、計。即使這樣，國內(nèi)外的音樂 噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計均以達到成熟的水平，而且還有專門的生產(chǎn)設(shè)計廠家，提供設(shè) 計、噴泉設(shè)備及安裝等服務(wù)。目前，國內(nèi)的音樂噴泉逐漸向智能化、分散化、綜 合化、多樣化的方向發(fā)展，于是對噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)計也提出了更高的要求。青島理工人學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)第2章 音樂噴泉控制系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1控制系統(tǒng)硬件總體設(shè)計方案該音樂噴泉控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖2.1所示，由音樂輸入系統(tǒng)、數(shù)模轉(zhuǎn)換 系統(tǒng)、單片機控制系統(tǒng)和輸出控制系統(tǒng)等組成。圖2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖22音樂信號的采集前而己經(jīng)介紹過，本文的研究針對的是采用外部音源的噴泉系統(tǒng)，因此在對咅樂信號進行特征識別前首先要完成對模擬音樂信號的采

12、集。音樂信號的采 集主要包括音頻放大和A/D轉(zhuǎn)換兩個過程，下面分別進行分析。2. 2.1音頻放大電路的設(shè)計外部音源信號的幅度一般較弱，因此必須要對原信號進行放大處理后才能送 入A/D轉(zhuǎn)換器。本文選擇了 LM386芯片設(shè)計音頻放大電路。LM386是美國國家 半導(dǎo)體公司(NS)推出的系列功率放大集成電路的一種，LM386具有功耗低、工 作電壓范圍寬、所需外幣元件少等特點，在電子設(shè)備的音頻放大電路設(shè)計中應(yīng)用 非常廣泛，它使用了 10只晶體管構(gòu)成了輸入級、電壓增益和電流驅(qū)動級。其中 TPT6組成PNP型復(fù)合差分放大器，T5、T6為鏡像恒流源，作為T3、T4的有青需理工人學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）源負載，使輸入

13、級有穩(wěn)定的增益。電床增益級由接成共發(fā)射極狀態(tài)的T7承擔， 其負載也使用了恒流源，整個集成功放的開環(huán)增益主要由該級決定。T8、T9 5 合為一個PNP管，和T10共同組成互補對稱射極輸出電路，以供給負載以足夠 的電流。DI、D2提供了 T8、T9、T10所需的偏置，使末級偏置在甲乙類狀態(tài)。 R5R7構(gòu)成內(nèi)部反饋環(huán)路。從圖3.2.1可以看出，LM386采用雙列8腳封裝結(jié) 構(gòu)，它的工作電壓范圍為412V,靜態(tài)電流4mA,最大輸出功率660mW,最大電 壓增益46dB,增益帶寬300kHz,諧波失真0.2%。R2 | |GAINGAIN-INPUTBYPASS+INPUTVsGNDVoutLM386圖

14、2. 2. 1 LM386封裝形式及引腳定義在LM386的Datasheet上，提供了兩種典型放大電路的設(shè)計方案。一種是 在LM386的1腳和8腳之間不接其他元件，此時放大電路的增益僅由內(nèi)部電 阻R5R7決定，為20倍數(shù)（26dB），這種方式外部電路元件最少，也最為經(jīng)濟。 另一種通過在1腳和8腳之間串接不同的阻容元件，改變放大電路的交流反饋最，從而改變放大電路的閉環(huán)增益。音樂信號的放大采集如圖2. 2.2所示。外部咅源（聲卡、CD機等）的模擬音樂信號分左、右聲道分別進入放大電路，經(jīng)過信號放大后，得到幅值放大后的音頻信號。從圖3.2.2可以看出放大電路的具體設(shè)計。在LM386的1腳和8腳之間串接

15、一個10微法的電容C4,使內(nèi)部電阻R6被交流旁路，放大電路的增益能達到最大值，200倍數(shù)（46dB）。再對音頻放大電路的外圍電路進行設(shè)計，電路中電容Cl、C6作為隔直電容，電位器P1用于調(diào)節(jié)音量的大小，元件R2、C5有助于旁路高頻噪音和改善輸出的音質(zhì)。電容C3作為去耦電容，一方而是本集成電路的蓄能電容，另一方而旁路掉該器件的高頻噪聲。電容C2則是作為旁路電容，將信號的中高頻噪?yún)鹋月返降?。?jīng)過放大電路的咅頻信號就送入A/D轉(zhuǎn)換器進行采樣，這里A/D轉(zhuǎn)換器要設(shè)置為雙極青島理工人學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）性，即能接收負信號。2. 2. 2采樣定理采樣是指用一較高頻率的開關(guān)脈沖對模擬信號進行取樣，取出脈沖到來

16、時刻所對應(yīng)的模擬信號的幅度，這樣就可以得到一連串幅度變化的離散脈沖。用這些離散脈沖序列代替原來時間上連續(xù)的信號，也就是在時間上將模擬信號離散化。如圖3.2.2所示，在對音樂信號進行放大處理后，就要通過A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號采集進計算機，這就是音樂信號的采樣。我們在對一個連續(xù)的音樂信號進行采樣時，為了使采樣后的樣本斥列能夠包含足夠的信息以使其能夠較正確地重現(xiàn)原來的模擬信號，在采樣時應(yīng)當使采樣頻率滿足采樣定理的要求。采樣定理的描述為“對一個模擬信號進行離散化時，只要滿足采樣頻率fs大于或等于被采樣信號的最高頻率fm的2倍，就可以通過理想的任通濾波器，從樣本值庠列信號中無失真地恢復(fù)出原始模擬信號”，這

17、里的fm稱為香農(nóng)頻率，這個采樣定理乂稱為香農(nóng)采樣定理。實際應(yīng)用中為了較好的防止頻譜混栓失真，采樣頻率一般要稍大青島理工人學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）于信號最高頻率的2倍。比如樂曲的音域頻段如果在50Hz4000Hz內(nèi)，就要將A/D轉(zhuǎn)換器的采樣頻率選定為10kHz,才能滿足香農(nóng)采樣定理的要求。2. 3單片機電路單片機要采集音樂信號，并據(jù)此調(diào)節(jié)I/O 口的輸出來控制水泵和彩燈。主芯 片選用AT89C51單片機oAT89C51單片機是一個低功耗，高性能的51內(nèi)核的CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8K空間的可反復(fù)擦寫1030次的Flash只讀存儲器，具有 256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）, 32個I/

18、O 口，1個看門狗定時器，3 個16位可編程定時器，具有ISP功能，能夠滿足設(shè)計要求。使用簡單且價格非 常低廉。故系統(tǒng)的主控制器采用此方案。圖2. 3 89C51芯片2. 3.1單片機的概述AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi) 禽4K bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程用存儲器（PEROM）和128 bytes的隨機存取 數(shù)據(jù)存取器（RAM）,器件采用ATMEL公司的ATMEL公司的高密度、非易失性存儲 技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和 Flash存儲單元。AT89C51提供一下標準功能：4K字節(jié)Flash閃速

19、存儲器，128 字節(jié)內(nèi)部RAM, 32個I/O 口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向屋兩級中斷結(jié) 構(gòu)，一個雙全工串行通信口，片內(nèi)震蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz青島理工人學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工 作，但允許RAM,定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保 存FAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù) 位。單片機有四個數(shù)據(jù)輸出端口，POD、Pl 口、P2 口、P3 口。由于P3 口還有 許多特殊功能，如讀寫控制、串行通信、外部中斷等功能，所以P3 口不用作數(shù) 據(jù)輸入輸出

20、端口。P0 口具有很強的帶負載的能力，除了用作地址總線低八位以 外，還兼作訪問外接擴展程序內(nèi)存時數(shù)據(jù)總線以及與A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809L連接 的資料線。P1 口、P2 口帶負載能力相對比教弱，而P2 口需要用作訪問外接內(nèi)存 的高八位地址線，因此P2 口也不作為數(shù)據(jù)輸入輸出口，剩下的P1 口作為資料輸 出口。2. 3.2時鐘電路的設(shè)計AT89C51芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反相放大器 的輸入端為XTAL1,輸出端為XTAL2兩端跨接石英晶體及兩個電容就可以構(gòu)成穩(wěn) 定的自激振蕩器，如圖2-13所示：2.4 AD轉(zhuǎn)換電路輸入的電壓為交流模擬量，不能直接送入單片機進行處理。因此

21、苗先采用全 橋整流，濾波。使其成為直流信號，再采用全橋整流，濾波。使其成為直流信號, 再采用了 ADC電路。其中AD芯片為ADC0832o ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯 片，其最高分辨可達256級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入 與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在0鴿V之間。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為 32 s,據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定 性強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變得更加方便。通過 DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。串行通信節(jié)約單片機I/O資10青晦理工人學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)源。ADC0809各引腳功

22、能：ADC0809采用雙列直插式封裝，共有28條引腳。INOIN7(8條)INOIN7為8路模擬電壓輸入線，用于輸入被轉(zhuǎn)換的 模擬電壓；地址輸入和控制(4條)ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當 ALE線為高電平時，ADDA、ADDB和ADDC三條地址線上的地址信號得以鎖存，經(jīng) 譯碼后控制8路模擬開關(guān)工作，ADDA、ADDB和ADDC為地址輸入線，用于選擇 IN0-IN7上的哪一路模擬電壓送給比較器進行A/D轉(zhuǎn)換。數(shù)字量輸出及控制線(11條)“START”為“啟動脈沖”輸入線,該線 上的正脈沖由CPU送來，寬度應(yīng)大于100ns,上升沿清零SAR,下降沿啟動ADC 匸作。E0C為轉(zhuǎn)換結(jié)束輸

23、出線，該線上的高電平表示A/D轉(zhuǎn)換已結(jié)束，數(shù)字量已 鎖入三態(tài)輸出鎖存器”。0E為“輸出允許”線。電源線及其他(5條)CLOCK為時鐘輸入線，用于為ADC0809提供逐次 比較所需的時鐘脈沖序列。VCC為+5電源輸入線,GND為地線oVREF(+)和VREF(-) 為參考電壓輸入線，用于給電阻階梯網(wǎng)絡(luò)供給標準電斥。VREF(+)常與VCC相連 VREF (-)常接地或負電源電床o2.4. 1 ADC0809與單片機89C51的連接ADC0809的時鐘信號來自單片機89C51的ALE信號,89C51采用12MHz時鐘 頻率，ALE為2MHz,經(jīng)四分頻后為500KHz作為ADC0809的時鐘頻率。用

24、P2. 7 控制A/D轉(zhuǎn)換的啟動與轉(zhuǎn)換結(jié)束后數(shù)字量的讀取。ADC0809的地址鎖存允許管腳 (ALE) H和啟動管腳(START)相連。由P2. 7和WR信號經(jīng)或非門提供的信號使 P0. 2-P0. 0提供的3位通道地址送入ADC0809進行鎖存，用以選収通道號。轉(zhuǎn) 換結(jié)束信號EOC作為查詢信號。具體接口電路如圖2-4所示11青島理工人學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）26NOIN-1IN-2IN-3IN-4IN，IN6IN-716II12VC(Uisb2-1222-3272-52 527 lsb28EOCADDA ADD-BALErW)ref(+)ENABLE START CLOCKADCX)8O921/2

25、0P0.019P011SP0.2IT1A18P0.315P0.4SiE14P0.5/17P0.6P0.7ImiRE7z725PA024P/U-AP272.3PA222U112Z9WR61rV1I10J圖 2-4ADC08092.4.2輸入電路在這里，輸入電路是指能對樂曲啟停、樂曲節(jié)奏和聲音強弱等進行檢測并將 檢到的信號以電半、脈沖或數(shù)字形式送至單片機的電路。為說明簡單計，這里僅 介紹能反映樂曲啟停的奏曲信號電路。因為有了它，音樂己不再僅是背景音樂， 咅樂已用來控制整個噴池的動作與否，因而已達到了音樂噴泉的最基本要求。奏曲信號電路的框圖如圖2. 4. 2所示。左右兩路立體聲信號經(jīng)混合后送限幅 放

26、大電路放大，這樣即使是極弱的樂曲信號也能有足夠強度媳信號輸岀。幣流濾 波電路用以將信號轉(zhuǎn)為單向信號。電壓比較器用以將大于基準電壓的單向信號變 換成低電平有效的奏曲信號由之端輸出。通過調(diào)整基準電壓，可使電路既不受干 擾的影響乂靈敏度最大。奏曲信號電路的輸出經(jīng)R3送至光耦4N35在單片機P1.5 引腳產(chǎn)生一低電平信號。電源 12V樂曲 信號圖2. 4. 2奏曲信號電路框圖青島理工人學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）2. 5潛水泵調(diào)速硬件方案設(shè)計方案一：釆用變頻器，調(diào)速方便、容易，只要控制口電流范圍為4到20毫 安就可以，精度髙，缺點價格偏貴。方案二：采用步進電機調(diào)速電路，這樣會增加電路復(fù)雜性，控制精度偏低， 優(yōu)點

27、是價格偏低。本系統(tǒng)成本問題必須考慮，控制精度要求不是很高，步進電機 調(diào)速電路就可以滿足要求。本系統(tǒng)采用可控硅調(diào)相的方法控制噴泉水泵的轉(zhuǎn)速。電路如圖2. 5所示，由 單片機的I/O 口輸出矩形波，通過光耦控制可控硅的導(dǎo)通角，進而控制水泵電機 的轉(zhuǎn)速，調(diào)整噴泉的輸出高度。選用單相可控硅BT169控制220V的雙向交流電。 交流通過二極管1N4OO7（耐壓值1000V）組成的整流橋后變?yōu)?00Hz脈動的直流, 由單片機P0. 4依據(jù)音樂采樣結(jié)果輸出矩形波，通過光耦控制可控硅的通斷，以 達到調(diào)相的目的。采用這種方法關(guān)鍵要保證矩形波與100Hz脈動直流保持同相，由AD采樣的 結(jié)果決定100Hz脈動直流的

28、每一個周期有多長時間是導(dǎo)通的。所以將100Hz脈動 直流分壓后作為單片機內(nèi)部比較器的一個輸入端，另一個輸入端接一個由5V分 來的周定電床。當比較器的輸出結(jié)果發(fā)生變化時，由定時器定一段時間，這樣就13青島理工人學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）找到了每個周期的起點，然后再根據(jù)AD采樣決定不等的延時來輸出矩形波導(dǎo)通 可控硅。AD采樣結(jié)果大，每個周期的延時短，可控硅導(dǎo)通的時間長，水泵電機 轉(zhuǎn)速快，反之亦然。2. 6燈光硬件方案設(shè)計方案一：使用大功率，不同顏色的發(fā)光二極管。方案二：使用LED水下低壓彩燈。LED-水下彩燈系列除廣泛使用于噴泉，瀑 布水下照明外，還可用于假山，橋梁等投光照明。水下彩燈均采用著爼荷蘭菲 利

29、蒲公司產(chǎn)品，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理，色彩鮮艷，并進一步改進了其密封、防護和接線 方式，廣泛適合于各種噴泉。本次設(shè)計采用水下照明和閃光彩燈，水下照明采用LED水下低壓彩燈兩個， 閃光彩燈采用不同顏色的發(fā)光二極管。2. 7解決系統(tǒng)時間滯后硬件電路設(shè)計由于單片機采集數(shù)據(jù)并處理需要一定的時間，加上電機響應(yīng)和水柱顯示也需 要一定的時間。電機由一種轉(zhuǎn)速到另一種轉(zhuǎn)速的響應(yīng)時間可以查電機參數(shù)得到， 電動機的響應(yīng)時間為0. 04S,單片機采集處理數(shù)據(jù)程序約為100句，約為0.6ms, 水柱的顯示延時可以通過水閘效應(yīng)計算出來，經(jīng)計算總延時約為0.2S。提出兩 種解決方案。方案一：采用預(yù)處理，即把要控制的音樂元素提前編輯好，

30、提前控制。14青晦理工人學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）方案二：采用把音樂延時播放，即在音樂源與音響間加延時電路，調(diào)節(jié)參數(shù), 使音樂與水柱的變化同步。音樂元索提前預(yù)處理一般使用在工控機等數(shù)字處理能力非常強的控制系統(tǒng)中，使用單片 機一般實現(xiàn)不了這個預(yù)處理目標。因此采用延時電路把音樂延時播放，選擇方案二。15青島理工人學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第3章 噴泉控制系統(tǒng)軟件設(shè)計程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，所有用到的常數(shù)或數(shù)組都用EQU或DATA或DB偽指 令定義與命名，以使程丿宇易于修改、調(diào)試和升級。本系統(tǒng)將TO溢出中斷用于軟 件看門狗。3. 1噴池數(shù)據(jù)噴池數(shù)據(jù)是用以對噴池內(nèi)的水泵、電磁閥和彩燈等進行開與關(guān)控制的數(shù)據(jù)。 一組可循環(huán)使

31、用的這種數(shù)據(jù)，就決定了噴泉和彩燈的一個特定的變化形態(tài)。這組 噴池數(shù)據(jù)可稱為花樣數(shù)據(jù)。對一個特定構(gòu)造的噴池，這種花樣數(shù)據(jù)可編寫出很多。下面以圖3. 1為例說明花樣數(shù)據(jù)的編排方法。假設(shè)希卑外圈噴頭每隔一定時 間順次增噴2個噴頭，且從2個經(jīng)4步順時針增至8個后，再順次以同樣的方向 同樣的速度每次減噴2個噴頭，即從8個噴頭經(jīng)4步減至0。以后不斷按上述規(guī) 律循環(huán)變化。在這期間，里圈和中心噴頭一直不噴。在不考慮其它控制的情況下, 圖4. 1噴池只需2個輸出寄存器，其各位控制噴頭定義如下：8654321XXX1312111095圖3. 1噴頭布局例以上各位若為1時相應(yīng)的噴頭噴水，為0時不噴水，則外圈噴頭數(shù)據(jù)

32、應(yīng)為:0000 0011Boooo hubooii hub16青晦理工人學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）mi hub1111 iioob1111 oooob1100 OOOOB0000 0000B若該花樣數(shù)據(jù)定義為HYSJ01則數(shù)據(jù)定義如下：HYSJ01：DB 03H, OFH, 3FH, OFFH, OFCH, OFOH, 3C0H, 00H：外圈噴頭數(shù)據(jù)DB 0,0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 ；里圈和中心噴頭數(shù)據(jù)每次將花樣數(shù)據(jù)輸出時都是順次取一列輸出的，且可循環(huán)取用。顯然這樣的 花樣數(shù)據(jù)可以編不少，還可將兩個以上的數(shù)據(jù)搭配起來，組成新的更復(fù)雜一些的 花樣數(shù)據(jù)。3. 2主程序框圖程序重新設(shè)置后，

33、進入0000H開始的主程序，其流程圖如圖3. 2所示?？梢?看出：P1. 4上的開關(guān)K決定是否測試輸出通道；樂曲是否演奏決定了噴池是否 有動作，即Pl5的電平；拔碼開關(guān)的設(shè)定值決定了延時多少倍的01秒時間, 即噴池動作改變的時間間隔：奏曲每停一次（大多數(shù)樂曲奏曲中間不會停），下次 再奏曲就換一組花樣數(shù)據(jù)，若用完了最后一組，以后就從頭再取。也就是多個樂 曲依次輪流循環(huán)使用編制好的噴池花樣數(shù)據(jù).3. 3控制潛水泵軟件設(shè)計模塊目前，潛水泵結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，控制方便，只有一種轉(zhuǎn)速。要控制潛水 泵的流量變化，就必須使?jié)撍玫霓D(zhuǎn)速發(fā)生變化。我們使用無觸點開關(guān)分時接通的方法提高潛水泵的轉(zhuǎn)速檔次，在硬件電路

34、基 本不變的條件下，使?jié)撍镁哂惺藱n轉(zhuǎn)速的調(diào)速能力和更好的節(jié)能效果，這種 方法無需增加較多的硬件，僅在控制器中采用新的調(diào)速程序，即可達到提高潛水 泵轉(zhuǎn)速檔次和節(jié)能的目的。17青島理工人學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)3. 3.1潛水泵開關(guān)調(diào)速的原理潛水泵調(diào)速電路中，L、M、H分別為單相潛水泵的低速抽頭、中速抽頭和 高速抽頭，單相潛水泵采用電容運行方式，三個抽頭與電源的連接由三個雙向晶 閘管TL、TM、TH來控制，當TL導(dǎo)通時潛水泵的低速抽頭與電源連接，潛水泵低 速運轉(zhuǎn)，同樣，TM導(dǎo)通時潛水泵中速運轉(zhuǎn)，TH導(dǎo)通時潛水泵高速運轉(zhuǎn)。我們采 用分時接通L、M、H的方法，可以調(diào)節(jié)潛水泵的轉(zhuǎn)速，使?jié)撍毛@得十八檔轉(zhuǎn)速

35、 的變速能力。設(shè)電源頻率為50H乙 其周期為0. O2S,取調(diào)速周期Ts二6T (T為電 源周期)，低速調(diào)速時，調(diào)速周期內(nèi)不接通任何一個晶閘管，則潛水泵的轉(zhuǎn)速0, 調(diào)速周期內(nèi)全接通晶閘管TL,則潛水泵低速運轉(zhuǎn)，但如果在6個電源周期內(nèi)，N 個周期接通晶閘管TL (0WNW6),其他時間不接通，那么，在潛水泵的低速下 可獲得6檔更低的轉(zhuǎn)速。同樣，中速調(diào)速時，調(diào)速周期內(nèi)全接通晶閘管TL,則 潛水泵低速運轉(zhuǎn)，全接通晶閘管TM,則潛水泵中速運轉(zhuǎn)，如果在6個電源周期 內(nèi)N個周期接通晶閘管TM, (6-N)個周期接通TL,那么在潛水泵的低速和中速is青島理工人學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）之間可獲得6檔轉(zhuǎn)速。同樣道理，

36、在中速和高速間乂可獲得6檔轉(zhuǎn)速。由此可見 采用分時接通的方法，可以使?jié)撍镁哂惺藱n轉(zhuǎn)速的調(diào)速能力。3. 3. 2潛水泵開關(guān)調(diào)速的軟件設(shè)計單相潛水泵采用單片機AT89C51控制，單片機的輸出端口 P2. 0、P2. 1、P2. 2 經(jīng)反相器與晶閘管TL、TM、TH的控制極連接，當P2.0=“0”時，晶閘管導(dǎo)通， 潛水泵可低速運轉(zhuǎn)，反之，P2.0二“1”時，晶閘管截止，潛水泵停轉(zhuǎn)，即由P2.0 輸出電位控制潛水泵的低速檔；同樣，由P2.1輸出電位控制潛水泵的中速檔， P2.2控制潛水泵的高速檔。采集的音樂信號經(jīng)過傅立葉變換再去査幅值對應(yīng)的 分貝轉(zhuǎn)速表直接得到轉(zhuǎn)速代碼，這樣就可以控制潛水泵的轉(zhuǎn)速，

37、再此只以生I快 樂音樂程序為例，控制潛水泵轉(zhuǎn)速的方法如下：每個音符對應(yīng)一種轉(zhuǎn)速代碼，潛水泵的轉(zhuǎn)速隨音符改變而改變。調(diào)速程序必 須經(jīng)過一個最小時間1/4拍才能輸出一個轉(zhuǎn)速代碼的轉(zhuǎn)速，在調(diào)速程序中，采用 一個存儲單元（90H）作為轉(zhuǎn)速輸入單元，另一個存儲單元（95H）記錄晶閘管導(dǎo) 通時間，并通過延時程序來實現(xiàn)。在調(diào)速程仔中，我們采用8位數(shù)據(jù)記錄電機的轉(zhuǎn)速代碼，其中低3位（bbb） 表示接通比例N,第4、5位（bb）表示接通檔次，高3位（btxbs）不用。接通 檔次表示調(diào)速為低速調(diào)速、中速調(diào)速還是高速調(diào)速，其值為bb二00B, 01B, 10B, 11B,當接通檔次為00B時，在轉(zhuǎn)速代碼設(shè)定的接通比

38、例內(nèi)接通晶閘管TL,接 通比例外不接通晶閘管；當接通檔次為01B時，在轉(zhuǎn)速代碼設(shè)定的接通比例內(nèi)接 通晶閘管TM,接通比例外接通晶閘管TL,當接通檔次為10B時，在轉(zhuǎn)速代碼設(shè) 定的接通比例內(nèi)接通晶閘管TH,接通比例外接通晶閘管TM：當接通檔次為11B 時，接通比例只有00H種，這時在整個調(diào)速周期內(nèi)接通晶閘管TH,潛水泵高 速運轉(zhuǎn)。接通比例的取值范闈000B-110B,由此可知，轉(zhuǎn)速代碼的取值范圍為 00H-06H, 09H-0EH, 11H-16H總共十八個代碼，其中00H-06H為低速檔代碼, 09H-0EH為中速檔代碼，11H-16H為高速檔代碼。所以潛水泵除零速外共有十八 檔轉(zhuǎn)速。上述方法

39、可以使?jié)撍镁邆涫藱n轉(zhuǎn)速的調(diào)速能力，但這個方法也有一些缺 點，主要是：潛水泵的轉(zhuǎn)矩是脈動的，使?jié)撍玫臋C械噪聲增大，在此我采取防止轉(zhuǎn) 子軸向運動的措施減少噪聲，把潛水泵和水管固定。低速檔接通比例較低時，潛水泵主軸出現(xiàn)蠕行，不能正常工作，必須限 制最小轉(zhuǎn)速代碼。可去掉低速檔轉(zhuǎn)速代碼中最低接通比例的三個代碼，保留轉(zhuǎn)速19青島理工人學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）較高的十五檔轉(zhuǎn)速。采用改進的控制位波形和限制最小轉(zhuǎn)速代碼之后，潛水泵在 應(yīng)用中取得較好的調(diào)速和調(diào)節(jié)流量的效果。3. 4控制電磁閥軟件設(shè)計模塊控制閥主要是控制噴池花型，由J：采用PAO到PA7, PBO到PB4 口控制電磁閥, 除去相同的花型噴頭，所以噴

40、池花型只有1到256種。可以人匸按鍵選擇，其噴 池花型值通過LED數(shù)碼管顯示出來，即第兒號花型，選擇了噴池花型值就使相應(yīng)的電磁閥通電，高電平口使電磁閥有電。高電平口使電磁閥有電，電磁閥編號與PA、PB 口的編號對應(yīng),則PA、PB 口的噴頭數(shù)據(jù)一樣。DIAN：MOVA, 31H；求出花型數(shù)據(jù)ADDA, 32HADDCA, 33HMOV34H, A；保存起來MOVDPTR,#OF7OOH；指向1#8155命令口MOVA,#3H：設(shè)置命令字MOVXDPTR,AINCDPTR：指向IttPA 口MOVA, 34HMOVXDPTR,A；高電平口使電磁閥有電INCDPTR：指向ltfPB 口MOVA, R

41、7MOVXDPTR,ARET控制電磁閥子程仔模塊3. 5歌曲存儲模塊3. 5.1音頻脈沖的產(chǎn)生若要產(chǎn)生音頻脈沖，只要算出某一音頻的周期（1/頻率），再將此周期除以2,即為半周期的時間。利用定時器計時半周期時間，每當計時終上后就將I/O 反相，然后兎復(fù)計時再反相。就可在I/O引腳上得到此頻率的脈沖。利用單片機 的內(nèi)部定時器使其工作計數(shù)器模式（M0DE1）下，改變計數(shù)值THO及TLO以產(chǎn)生20青晦理工人學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）不同頻率的方法產(chǎn)生不同音階，例如，頻率為523Hz,其周期T=l/523 = 1912p s, 因此只要令計數(shù)器計時956p s/lp s = 956,每計數(shù)956次時將I/O反相

42、，就可 得到中音DO （523Hz）o表3.1 C調(diào)各音符頻率與計數(shù)值T的對照表音符頻率Hz簡譜碼（T值）音符頻率Hz簡譜碼（T值）低1D026263628#4FA#74064860#D0#27763731中5S078464898低2RE29463835#5S0#83164934#2RE#31163928中6LA88064968低3M33064021#693264994低1FA34964103中7SI98865030#1FA#37064185高1D0104665058低5S039264260#1DO#110965085#5S0#41564331咼2RE117565110低6LA44064400

43、#2RE#124565134#646664463高3M131865157低7SI49464524高4FA139765178中1D052364580#1FA#148065198#1DO#55464633咼5 S0156865217中2RE58764684#5S0#166165235#2RE#62264732咼6 LA176065252中3M65964777#6186565268中1FA69864820高7SI196765283每個音符使用一個字節(jié)，字節(jié)的高4位代表音符的高低，低4位代表音符的 節(jié)拍，表3. 2節(jié)拍與節(jié)拍碼的對照。如果1拍為0.4秒，1/4拍是0.1秒，只要 設(shè)定延遲時間就可求得節(jié)

44、拍的時間。假設(shè)1/4拍的節(jié)拍時間為DELAY,則1拍應(yīng) 為4DELAY,以此類推。所以只要求得1/4拍的DELAY時間，其余的節(jié)抬就是它 的倍數(shù)，如表3. 3為1/4和1/8節(jié)拍的時間設(shè)定。表3. 2節(jié)拍與節(jié)拍碼的對照節(jié)拍碼節(jié)拍數(shù)節(jié)拍碼節(jié)拍數(shù)11/4拍11/8拍22/4拍21/4拍33/4拍33/8拍41拍41/2拍21青島理工人學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）51又1/4拍55/8拍61又1/2拍63/4拍82拍81拍A2又1/2拍A1又1/4拍C3柏C1又1/2拍F3又3/4拍表3. 3齊調(diào)1/4節(jié)拍的時間設(shè)定曲調(diào)值DELAY曲調(diào)值DELAY調(diào)4/4125亳秒調(diào)4/462亳秒調(diào)3/4187亳秒調(diào)3/49

45、4亳秒調(diào)2/4250毫秒調(diào)2/4125毫秒表3. 4簡譜對應(yīng)的簡譜碼、T值簡譜發(fā)音T值簡譜碼簡譜發(fā)音簡譜碼T值5低音6426016中音9649686低音6440027中音A650307低音6152431高音B650581中音6458042高音C651102中音6468453高音D651573中音6477764高音E651784中音6482075高音F652175中音648988高音03. 5. 2音樂程序先根據(jù)樂譜的咅符按表3. 1建立T值表的順用，把T值表建立在TABLE1, 構(gòu)成發(fā)音符的計數(shù)值放在TABLE中；簡譜碼（音符，參照表3.4）為高4位，節(jié) 拍（節(jié)拍數(shù)，參照表3.2）為低4位，音

46、符節(jié)拍碼放在程序的“TABLE”處。音樂程序模塊START-MU：START：0RG00H；主程序起始地址JMPSTART；跳至主程序0RGOBH ；TIMERO中斷起始地址JMPTIMO；跳至TIMERO中斷子程MOVTMOD, #01H；設(shè) TIMERO 在 M0DE1青島理工人學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）MOVIE,#82H：中斷使能STARTO：MOV3OH,#OOH；取簡譜碼指針NEXT：MOVA,30H :簡譜碼指針載入AMOVDPTR,STABLE：至TABLE収簡譜碼MOVCA,A+DPTRM0VR2,A：取到的簡譜碼暫存于R2JZENDO；是否取到00 （結(jié)束碼）？ANLA,#OFH：

47、不是，則取低4位（節(jié)拍碼）MOV90H,A；為調(diào)速保存數(shù)據(jù)MOVR5,A；將節(jié)拍碼存入R5MOVA,R2：將取到的簡譜碼再載入ASWAPA：高低4位交換ANLA,#OFH；取低4位（音符碼）MOV90H,A：保存音符碼，為調(diào)速做準備JNZSING：取到的音符碼是否為0?CLRTRO：是，則不發(fā)音JMPDI；跳至D1SING：DECA：取到的音符碼減1 （不含0）MOV22H,A；存入(22H)RLA：乘2MOVDPTR,ttTABLEl；至TABLE1取相對的高位字節(jié)計數(shù)值MOVCA,A+DPRTMOVTHO,A：取到的高位字節(jié)存入THOMOV21H,A；取到的島位字節(jié)存入（21H）MOVA,

48、22H：再載入取到的音符碼RL A：乘2INCA：加1MOVCA,A+DPRT：至TABLE1取相對的低位字節(jié)計數(shù)值MOVTLO,A；取到的低位字節(jié)存入TLOMOV2OH,A：取到的低位字節(jié)存入（20H）SETBTBO；啟動TIMEROD1：CALLCHULIKOU；調(diào)用以1/4拍為基本單位時間的調(diào)速子程序23青島理工人學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）INCJMP30H；NEXT；取簡譜碼指針加1取下一個碼ENDO：CLRTRO：停止TIMEROJMPSTARTO：重復(fù)循環(huán)TIMO：PUSHACC；將A的值暫存于堆棧PUSHPSW：將PSW的值暫存于堆棧MOVTLO, 20H：重設(shè)計數(shù)值MOVTHO, 21

49、HCPL Pl. 0；將P1.0位反相POP PSW；至堆棧取回PSW的值POPACC：至堆棧取回A的值RETI；返回主程序TABLE1：DW64260,64400,65524,64580DW64684,64777,64820,64898DW64968,65030,65058,65110DW65157,65178,65217TABLE：;1DB 82H, 01H, 81H, 94H, 84HDB OB1H, OA4H, 04HDB 82H, O1H, 81H, 94H, 84HDB 0C4H, OB4H, 04H； 2DB 82H, 01H, 81H, OF4H, OD4HDB OB4H, O

50、A4H, 94HDB OE2H, O1H, OE1H, OD4H, 0B4HDB 0C4H, OB4H, 04H;3DB 82H, O1H, 81H, 94H, 84HDB 0B4H, 0A4H, 04HDB 82H, O1H, 81H, 94H, 84HDB OC1H, OB1H, 04H；4DB82H, 01H, 81H, 0F4H. 0D4H24青島理工人學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）DB0B4H, 0A4H, 94HDB0E2H, 01H, 0E1H, 0D1H, 0B1HDBC4H, 0B4H, 04HDB00TABLE2： DB04H, 05H, 06HDB09H, OAH, OBH, OCH

51、, ODH, OEHDB11H, 12H, 13H, 14H, 15H,16HEND3. 6燈光控制模塊LC182是音頻調(diào)制彩燈控制專用芯片，其內(nèi)部分配器頻率的高低受音頻信號 大小的調(diào)制，特別適用于聲光咅響控制場合，可直接驅(qū)動驅(qū)動眾多發(fā)光二極管閃 光，也可驅(qū)動交流彩色電燈作循環(huán)閃光。LC182為四路驅(qū)動輸出。他們的內(nèi)部均 有信號整流電路。斥控振蕩器，脈沖分配器。在本系統(tǒng)中，單片機便開啟LC182 時，LC182四路輸出依次變?yōu)楦唠娖?，其循環(huán)頻率約為0.51HZ, 有音樂信號 的輸入，彩燈的循環(huán)頻率隨咅頻信號的大小而變化，其最高循環(huán)頻率為15HZ。燈光控制子程序LUMP：MOVDPTR,ttOE

52、FOOH :MOVA,fflHMOVXDPTR,AINCDPTRINCDPTR：MOVA,#01HMOVXDPTR,ARET初始化248155, PA 口為基本輸出口PB 口為基本輸出口，PC 口輸入口指向 2#8155PC 口3. 7看門狗子程序軟件看門狗由“喂狗”子程序和（看門狗定時器）T0溢出子程序組成?！拔构贰?子程序如下：DOG：MOV THO, #0H；模式1定時器，在6MHZ晶振時，定時約130MS25青島理工人學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）MOV TLO.拌 0HRET此子程仔應(yīng)在系統(tǒng)程M的若干處調(diào)用，保證在程序正常執(zhí)行時TO總不溢出。 當受到某種干擾程斥跑飛時，“喂狗”子程序得不到執(zhí)行，

53、經(jīng)13OMS后TO溢出中 斷，就會執(zhí)行如下的（看門狗定時器）T。溢出子程序：TOINT：POP YR1 :舍去無用棧頂內(nèi)容POP YR1 ； YRD和YR1是兩個RAM單元名MOV YRO, #49H : 0049H是本程序設(shè)定起始噴池花樣序號指令的存放地址MOV YR1 樣 0PUSH YRO :使棧頂內(nèi)容為0049HPUSH YR1RETI ；執(zhí)行RETI時PC值=0049H,即從0號噴池花樣開始演出當執(zhí)行從中斷返回指令RETI時，棧頂內(nèi)容0049H就會彈出至程序計數(shù)器PC,從而重新設(shè)定起始噴池花樣序號后，再進行樂曲控制初始化,噴池繼續(xù)正常動作。3. 8實驗仿真仿真是利用計算機對實際額屋里

54、模型或數(shù)學(xué)模型進行試驗（虛擬儀器的虛擬 實驗），通過這樣的模型試驗來隨一個實際系統(tǒng)的性能和工作狀態(tài)進行分析和研 究。近年來計算機仿真技術(shù)取得了快速的發(fā)展，同時推動了單片機仿真技術(shù)的進 步。目前，用于單片機仿真的工具很多，有些主要用于軟件仿真，側(cè)重于算法的 驗證；有些用于硬件仿真的工具對CPU的仿真能力有限，至于對CPU外圍的硬件 仿真更是無能為力。Proteus在單片機CPU和外圍器件方而表現(xiàn)出卓越的仿真能 力使其成為目前最好的仿真工具之一。Proteus的顯苕特點如下：（1）全部滿足單片機軟件仿真系統(tǒng)的標準，并在同類產(chǎn)品中有明顯優(yōu)勢；（2）具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及外圍電路組成的系統(tǒng)仿真 的功能：（3）目前支持的單片機類型有：68000系列、51系列、AAVR系列等：（4）支持大量的存儲器和外圍設(shè)備。由于實驗室條件原因本設(shè)計仿