基于單片機(jī)的音樂噴泉

1結(jié)論設(shè)計(jì)背景德國(guó)發(fā)明家奧圖皮士特先生在1930年提出噴泉的相關(guān)理論，隨后他在百貨商店和餐館前建造小型的噴泉。經(jīng)過(guò)多年來(lái)的發(fā)展，音樂噴泉的設(shè)計(jì)變的多樣化，構(gòu)造變得復(fù)雜化。在1952年的夏天，在西柏林的工業(yè)展覽中，一個(gè)美國(guó)人看到了奧圖皮士特先生音樂噴泉的表演，并把它帶回紐到。1953年1月15日音樂噴泉在美國(guó)首次表演，表演期間超過(guò)150萬(wàn)人觀看。在音樂噴泉走向全世界的同時(shí)，各抻新技術(shù)也不斷地運(yùn)用在音樂噴泉上，使其表演變得復(fù)雜和美麗,給人們帶來(lái)無(wú)限的樂趣，提高了人們的生活質(zhì)量。為了使控制簡(jiǎn)單可靠，適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)的市場(chǎng)需求，各種形式的噴泉層出不窮，并逐步轉(zhuǎn)向小型和營(yíng)業(yè)性較強(qiáng)的方向發(fā)展。其音樂噴泉的控制也變得靈活多樣,如單片機(jī)、PLC、DSP等都在音樂噴泉中有所運(yùn)用，當(dāng)然也具有優(yōu)缺點(diǎn)。本課題針對(duì)旅'流景點(diǎn)內(nèi)設(shè)計(jì)了觀賞性的小型“音樂噴泉”。選用單片機(jī)作為此次音樂噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制核心，主要是為了實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的放音，并控制多個(gè)電磁眼的開閉動(dòng)作和水泵的動(dòng)作，解決系統(tǒng)中信號(hào)的同步性問題。音樂噴泉的現(xiàn)狀和發(fā)展北京石景山古城公園的音樂噴泉，在悠揚(yáng)動(dòng)聽的音樂聲中，噴水可產(chǎn)生五大神變化,時(shí)而轉(zhuǎn)動(dòng)如銀傘，時(shí)而飄忽如玉帶，時(shí)而如金蛇在舞，時(shí)而旋轉(zhuǎn)飛也……噴出的花形有曇花、菊花、扶桑花、百合花和曼帕羅花，這是在80年代初期中國(guó)較早修建的一個(gè)音樂噴泉。南昌的秋水廣場(chǎng)是由“落霞與孤雁齊飛，秋水共長(zhǎng)天一色”的意境而得名，秋水廣場(chǎng)就是以噴泉為主題，集旅游、觀光、購(gòu)物的大型休閑廣場(chǎng)。他的音樂噴泉最吸引人注目，是國(guó)內(nèi)最大的音樂噴泉群，泉水面積1.2萬(wàn)平方米，主噴高達(dá)128米，是南昌的一倩麗景觀，人們可以一邊取賞音樂，一邊觀看滕王閣的美景。新加坡圣陶沙旅游區(qū)的音樂噴泉的設(shè)計(jì)與效果也是值得參考的，它布置在一個(gè)空曠而略有坡度的空間，面積很大，與圣陶沙車站前的長(zhǎng)形噴水池共同組成為一個(gè)長(zhǎng)達(dá)數(shù)百米的綜合系列噴泉，音樂噴泉位于系列噴泉的頂端。舞臺(tái)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M的噴泉桿與3層水池形成一處動(dòng)靜結(jié)合的較為文雅悠揚(yáng)的水景園，人夜則有五光十色，優(yōu)美動(dòng)聽的噴泉景觀，整個(gè)舞臺(tái)區(qū)域東西面同近百米，南北深度為40m,成為目前亞洲最大的音樂噴泉之一。表現(xiàn)出壯闊、絹麗的水景之美。以上幾處音樂噴泉從建筑形式、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)，但是那屬于大型的音樂噴泉，其控制系統(tǒng)也多采用PLC遺相編程控制，造價(jià)高,流量需求大，一般為專門的定量設(shè)it。即使這樣，國(guó)內(nèi)外的音樂噴泉控制系統(tǒng)設(shè)it均巳達(dá)到成熟的水平，而且還有專門的生產(chǎn)設(shè)計(jì)廠家，提供設(shè)計(jì)、噴泉設(shè)備及安裝等服務(wù)。目前，國(guó)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(duì)噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。噴泉的物理原理噴泉的原理是個(gè)動(dòng)量守恒，從大半徑管道到小半徑管道，產(chǎn)生一個(gè)速度的變化，沖向背離地面的方向。大半徑的速度由泵帶動(dòng)，小半徑中的速度是原來(lái)速度，與動(dòng)量轉(zhuǎn)化速度。需要選擇一個(gè)微元it算動(dòng)量守恒，這樣能求出一個(gè)速度，這個(gè)速度是出口速度，然后就是一個(gè)上腦運(yùn)動(dòng)了，這個(gè)是理想的情況，沒有摩擦，沒有腳。本課題設(shè)計(jì)內(nèi)容音樂噴泉的工作原理為：根據(jù)播放的音樂來(lái)控制噴泉的花形大小變化和水柱的高度變化，以使水柱高度的變化及花形大小的變仇與音樂的節(jié)奏同步，噴泉管珞中的水流由水泵調(diào)節(jié)，而水泵是由三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的。因此只要控制了三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,就可以可能控制管珞中的流量，當(dāng)給三相異步電動(dòng)機(jī)通人工頻電源時(shí)，則轉(zhuǎn)速是不變化的；當(dāng)采用變顓器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)，可以使管路中的流量發(fā)生柔性變化，這樣噴泉運(yùn)行時(shí)花形變化就更靈活。隨著音樂噴泉的使用越來(lái)越廣廷，涉及到的控制方式也就越多,變顓器，單片機(jī)，上位機(jī)，觸摸扉等，于是噴泉的控制涵蓋了自動(dòng)化的各個(gè)學(xué)科，并且形象直觀。雖然噴泉的抻類繁多，如廣場(chǎng)噴泉、景點(diǎn)噴泉、旱泉、胞泉、激光噴泉、層流噴泉、趣味噴泉、水幕電影等等，這些噴泉噴水時(shí)的花形邵具有千姿百態(tài)的效果，但邵有一個(gè)共同的特點(diǎn)：即形成水形的基本通路都是由水泵、管道、闊n和噴頭組成。因此，音樂噴泉工程中無(wú)疑也會(huì)安裝大量的電磁網(wǎng)口、彩燈、水泵和產(chǎn)生其它機(jī)械動(dòng)作的電機(jī)。除個(gè)別變顓水泵需要用模機(jī)信號(hào)來(lái)連續(xù)調(diào)節(jié)水在高度、實(shí)現(xiàn)特定的藝術(shù)效果之外，其它部件基本是通過(guò)開關(guān)量進(jìn)行控制。這些開關(guān)信號(hào)驅(qū)動(dòng)閥門、部燈、水泵施著音樂進(jìn)行不同的組合，從而產(chǎn)生各抻水形和燈光變換效果。為了達(dá)到聽覺、視覺的和諧統(tǒng)一，控制系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)音樂的節(jié)奏、旃律和感情色彩輸出，產(chǎn)生各種不同的狀態(tài)組合來(lái)控制水形和燈光實(shí)時(shí)變化，這也是音樂噴泉的控制不同于工業(yè)控制的主要特點(diǎn)。針對(duì)不同水形要求有不同的控制方法，從噴泉的控制來(lái)看基本可分為四類：第一類水形，啟動(dòng)水泵直接向管道和噴頭加壓，效果是噴頭的水柱在啟動(dòng)和停止時(shí)有一過(guò)渡的升降過(guò)程；第二類水形，需要通過(guò)變頻器控制水泵轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)一種水柱連續(xù)升降的效果;第三類水形，在加壓噴水時(shí)啟動(dòng)傳動(dòng)電機(jī)控制噴頭搖擺，達(dá)到一種花型變換；第四類水形，需要在直接啟動(dòng)水泵向管道加壓后，通過(guò)控制器快速地控制大量的電磁閥門的開閉,使噴嘴以各種方式進(jìn)行點(diǎn)射，形成所謂的胞泉和跣泉效果。通過(guò)上述分析，本課題將同時(shí)采用第二類水形和第四類水形，即控制系統(tǒng)須控制變頻器的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵特速控制，讓噴泉在運(yùn)行時(shí)，可以看到水柱的連續(xù)升降和花型的大小變仇效果；為了在噴泉運(yùn)行過(guò)程中，陵音樂的節(jié)奏變化，可以在不同的腕時(shí)獲得不同的花形，系統(tǒng)將設(shè)有一定數(shù)量的電磁隔，系統(tǒng)將根據(jù)音樂節(jié)奏的快慢或信號(hào)的強(qiáng)弱,控制相應(yīng)的電磁隅開閉狀態(tài)，就可以得到不同的花形。由于涉及到變頻器、水泵、電磁陽(yáng)、噴頭的選擇，故需進(jìn)行噴泉造型系統(tǒng)的管網(wǎng)進(jìn)行設(shè)itit算（流量it算、損失it算等）,這將作為變頻器、水泵、電磁陽(yáng)、噴頭選擇的依據(jù)；同時(shí)要進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)it）,是為了實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的放音、花形變仇、燈光變化，以及音樂信號(hào)和花形的同步性處理。2音樂噴泉造型系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1造型方案設(shè)計(jì)及選擇方案：設(shè)置了十六個(gè)噴頭，分內(nèi)外兩圈布置，在水池的中心還設(shè)置了一個(gè)花柱噴頭，噴泉造型如圖2.1所示。本方案采用十字形供水方式，將水泵設(shè)置在噴池中央，同樣是為了讓水流迅速流至每個(gè)噴頭，當(dāng)然也可以采用在外圈或內(nèi)圈安裝水泵，用一短直管將內(nèi)外兩圈的水管連接起來(lái)，就可以向各個(gè)噴頭供水了，但是這種方式使距離水泵較遠(yuǎn)的噴頭的水柱高度變化會(huì)滯后于抽離水泵較近的同性質(zhì)的噴水高度變仇，產(chǎn)生的滯后效應(yīng)較十字形供水方式的滯后效應(yīng)大。同時(shí)，本方案具有花形控制靈活，花形變仇類型多，而且觀賞效果好，可以從各個(gè)方向上都能明看到同樣的花形，作為旅游景點(diǎn)內(nèi)觀賞用的音樂噴泉是較佳的選擇。選擇此方案作為本次設(shè)it的花形造型方案。由于噴泉設(shè)置在旅游景點(diǎn)內(nèi)，為了取得較好的視距效果。因此，噴泉所占據(jù)的空間位置，需根據(jù)人眼視域的生理特征以及周圍的景物來(lái)確定，經(jīng)查相關(guān)資料，由以下兩個(gè)指標(biāo)確定，即垂直視域和水平視域。當(dāng)垂直視角在30度、水平視角在45度的范圍內(nèi)，有良好的視域⑴。當(dāng)垂直視角為30度時(shí)，其合適視他為2D[=cota(H-h)in0=cot式(2.1)=3.7(//-/?)式中以一合適視距H一景物高h(yuǎn)一人眼高根據(jù)旅游景點(diǎn)內(nèi)的特征，取水平合適視距為2.5m左右較為合適，因此由式(2.3)可得噴水池的寬度為式(2.4)式(2.4)IV=-^=——?2.1/771.21.2由于小型噴泉的垂直合適視距約為噴水高的3倍，噴泉景物合適的視距為為景物寬度的1.2倍，因此噴泉的噴水高度按最大為2m高的水柱進(jìn)行設(shè)計(jì)，寬度也按2m進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1一花柱噴頭2、3、4、5、61一花柱噴頭7、9、11、13、15—月向直流噴頭 8、10、12、14、16—扁嘴噴頭圖2.1噴泉造型平面圖2.2噴泉的管網(wǎng)設(shè)計(jì)噴泉的水力計(jì)算①水平射程和噴水高度影響噴頭水平射程的因素很多，但主要因數(shù)是工作壓力，噴嘴直徑和噴射角度,射流曲線凱述的幾個(gè)主要參數(shù)見圖2.2。圖2.2超斜射流曲線就述圖中：口一射流上升部分的水平投影(m)

L2一射流下降部分的水平投影(m)R一水平射程(m)

h一射流高度(m)。一超斜射流的？角(8)表2.1噴泉中各噴頭的型號(hào)及參數(shù)表噴頭型號(hào)WX-117HZ-112BZ-305SB-219水壓(KPa)43-67705055Si(m7h)0.6—0.85—742.5畸高(m)1.6—3.51.2—2.00.8—1.51.2噴酒直徑DN(mm)0.21.5—旌接管直徑15252520連接形式內(nèi)操線內(nèi)照墳內(nèi)蝶坡內(nèi)舞紋安裝尺寸A(mm)70100150140安裝尺寸B(mm)40605010數(shù)量(個(gè))5155圖片阮助老②流量計(jì)算噴頭的流量可量下列公式it算:式(2.27)式(2.35)e=式(2.27)式(2.35)式中。一噴頭的流量〃一噴頭的流量系數(shù)/一噴嘴的過(guò)水面積g一重力加速度由此可it算出主管道總流量為:Q總=〃◎+&2+%2+&2=5x1.35x10-4加/5+5x9.26x10-5m3/s

+5x1.7x10-5〃//s+ix3.38xlO-5〃//s?1.26xl0-3w23/5?4.52m3//?配水管網(wǎng)的計(jì)算配水管網(wǎng)的it算主要是確定管徑和水頭損失。①管徑的計(jì)算由水力學(xué)公式得知。=4?匕而4=/斤，將其代人上式，稱項(xiàng)得飛4D據(jù) 式（2.36）式中D一管位Q——流量A—水管的過(guò)水?dāng)嗝骅祝ㄍ髅骅祝┤咭粓A周率V-流速查標(biāo)準(zhǔn)管道直徑系列無(wú)48mm的管徑，因此需對(duì)其修正，查標(biāo)準(zhǔn)管徑系列取D=50mm.②水頭損失計(jì)算噴泉中使用的管道那是壓力管道，水流經(jīng)管道時(shí)能量損失叫水頭損失。因此，總水頭損失等于沿程水頭損失與局部水頭損失之和%即h總二注沿+Zh同 式（2.38）式中h一總水頭損失Eh--—程水頭損失之和Xh局——局部水頭損失之和噴泉的管道布置、管材及附件選擇噴泉的管道布置噴泉的管道主要由輸水管、配水管、補(bǔ)給水管、漪水管和泄水管等組成?，F(xiàn)將其布置要點(diǎn)簡(jiǎn)述如下：①大型噴泉中，管道多且復(fù)雜時(shí)，應(yīng)將主管道敷設(shè)在渠道中，在噴泉底座下設(shè)槍查井，為了使噴水獲得等高的射流，對(duì)于環(huán)行配水管網(wǎng)，多采用十字形供水。②由于蒸發(fā)等原因,造成噴水池內(nèi)水量的損失，另外水泵運(yùn)行前需要充水，.此噴水池需設(shè)補(bǔ)充供水管。③為了池水上漲造成涌流應(yīng)設(shè)溢水管，為了便于清洗在水池底部應(yīng)設(shè)泄水管。④連接噴頭的水管不能有急劇的變化，直管的長(zhǎng)度不小于噴頭直徑的20-50倍，以保持射流的穩(wěn)定。⑤噴泉所有管道的接頭應(yīng)嚴(yán)格密封，安裝完畢后，均應(yīng)進(jìn)行水壓試臉。管材的選用按表2.2選擇噴泉主管道為公稱通徑為50mm,外徑為60mm的物管，管蝶紋連接方式（圓柱形管螺紋），其螺紋長(zhǎng)度為24mm,基面處大徑為49.616mm。管道附件選擇在噴泉的管道中，除開直管、噴頭外，還有管道的連接件，控制件、過(guò)'源器等附件。①連接管件煙管的連接方式有螺紋連接，焊接和法蘭連接三種。由于在管徑計(jì)算時(shí)所得管位為50mm,同時(shí)為使安裝方便，極選螺紋連接％表2.2噴泉管道材料選擇表管材類別和名稱產(chǎn)品將征優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)管單根容許工1s蜜初：耐力大，抗震佳，彎切1、易生誘：理在土中易金水債徑長(zhǎng)度作壓力易腐蝕，其壽命為20~屬煤鋅(m)(kg/2、薄輕：壁薄，質(zhì)輕，耗料少30年。管氣制mcm2)3、不植：內(nèi)壁較光滑，水力條件2、價(jià)昂管m好3、白綱管比黑鐵管垂3~管4、易裝：連接方便（白鐵管的短6%,因?yàn)橛形珍\層，白W10普辭層能保護(hù)管和稅的色味不不宜岸接。鐵6~4~9通管銹損）管155W16M厚管②控制管件在噴泉管路中常用的周門主要由閘隔，截止聚逆止W,電磁來(lái)其驅(qū)動(dòng)方式一般為手動(dòng)。連接型式有內(nèi)螺紋和法蘭兩神，公杯壓力一般在10kg/c〃/以下。止回10叫單向陽(yáng)，它是用來(lái)限制水流朝一個(gè)方向流動(dòng)，用于水泵出水管和水源進(jìn)水管等處，以防止水的倒流。浮球閥是依靠水位變化而自動(dòng)控制水流的開關(guān)。來(lái)保持水位以便自動(dòng)供水。SLDF系列電磁眼是是使水柱的變化隨音樂的節(jié)奏而變化得到不同的花蟹，達(dá)到花型效果。各抻控制管件的選擇列于表2.3。球圈:安裝在電磁附和管道之間，使用它的目的是為了,再安裝調(diào)試時(shí)，便于調(diào)節(jié)噴頭內(nèi)的水流量，以便到達(dá)用戶想要的噴水高度和噴水花形大小。手動(dòng)截止閥:安裝在排水管處，相當(dāng)于閘閥使用，條件不足時(shí)，可以用球閥代替,以便水池的清洗和換水。

直通式管接頭：用于球陽(yáng)、電磁心和噴頭之間的連接。表2.3噴泉系統(tǒng)各控制器件選擇表數(shù)\球N電磁網(wǎng)止回附手動(dòng)截止附直通管接頭型號(hào)JL-Q11F-25C（6個(gè)）JL-Q11F-20C（5個(gè)）JL-Q11F-15C（5個(gè)）SLDF系列〈下水〉專用電盛附H12WJL-J/L11WJL-JT-11D流量孔徑①10mm-①50mm①15mm-①150mm①50mm①50mm①10mm-①50mm數(shù)量16個(gè)（D15mm（5個(gè)）中25mm（6個(gè)）中20mm（5個(gè)）2個(gè)1個(gè)32個(gè)工作壓力10MPa4>50H下0?0.6MPa?650.06?0.5MPa6-16MpaPNC1.6Mpa10MPa圖片昌0咻■■③噴泉照明燈具的選擇彩色低壓水下燈：水下照明燈一般配置在水面下5?10厘米處。經(jīng)查文獻(xiàn)[7]選擇水下燈具如表2.4。表2.4水下燈具選擇表型號(hào)直徑切率電H數(shù)量ifi照射高度圖片SXLEDI-24100mm5W24V8只紅/黃/綠/藍(lán)1.5-3m說(shuō)明：燈具SXLEDI-24具有如下特點(diǎn):1）高節(jié)能；2）壽命長(zhǎng);3）多變幻;4）和環(huán)保;5）高新尖。水泵及電機(jī)的選擇潛水泵泵體可以完全浸于水中工作，其電動(dòng)機(jī)和水泵的運(yùn)動(dòng)部件都是利用水來(lái)涮滑，所以不會(huì)產(chǎn)生過(guò)高的水溫，效率較高，既減少了機(jī)械損失又減少了水頭損失。SJB/T8092-1996標(biāo)準(zhǔn)閭選擇潛水泵的型號(hào)列于表2.5。表2.5潛水泵的主要技術(shù)參數(shù)表型號(hào)額定流l(m3/h)額定揚(yáng)程(m)額定功率(kw)額’定轉(zhuǎn)速(R/min)額定電流(A)薊匯電壓(V)E管內(nèi)徑(mm)QSP12.5-40-312.540328607.5438050噴水池的設(shè)計(jì)噴水池的組成噴水池由池底、池壁、噴水供水管、吸水管、溢水管、泄水管、補(bǔ)充劑水管等組成。如圖2.3所示：噴水池的尺寸確定由于噴泉的噴水范圍為直徑2m,為使水滴不落到池外，在該范圍的基砒上，將其周圍留250mm的余量空間,于是得噴水池的尺寸為的圓形水池2.5m,池壁高出地面0.4m,水深0.35m。由此可以計(jì)算出水池的最大蓄水量為：

式（式（2.44） "72團(tuán)43控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)圖3.1控制原理圖方案：控制系統(tǒng)是由單片機(jī)、延遲放大電！8、光電隔離電路及電磁閥和變獨(dú)器組成，其控制結(jié)構(gòu)形式如圖3.1所示。該控制方案是通過(guò)對(duì)音樂信號(hào)的處理，將其轉(zhuǎn)換成匯編程序存入單片機(jī)，使單片機(jī)唱歌，而且再改程序之中還加入其他控制語(yǔ)句。由控制原理圖可以看出。單片機(jī)還需噴泉中的電磁附和變頻器的動(dòng)作及燈光的變化，其中電磁陽(yáng)對(duì)噴頭控制思想是：預(yù)先是根據(jù)設(shè)it的花形神類和變化方式，通過(guò)對(duì)電磁閥的開閉進(jìn)行組合，編制不同的控制字制成表存入單片機(jī)，當(dāng)單片機(jī)執(zhí)行程序時(shí)，通過(guò)查表的方式去取不同的花形，以達(dá)到預(yù)想的花形變化，這樣花形的變仇就施音樂的節(jié)奏而變化。同樣，單片機(jī)對(duì)變顓器的控制也與之類HL只不過(guò)控制字的編制是根據(jù)音樂的顓率進(jìn)行編制的，而且查表的方式也有所不同，這將在后面的內(nèi)容中進(jìn)行附述；因而變顓器根據(jù)所接受的信號(hào)，輸出不同的顓率值，以控制水泵的特速，進(jìn)而達(dá)到控制噴泉管珞中的流量，就可以控制水柱的高度和花形大小了。燈光和音響是由同一個(gè)I/O口經(jīng)延遲放大電路后，使它們達(dá)到同步動(dòng)作，而燈光之前須接一個(gè)固態(tài)繼電器，以電動(dòng)燈具，并使之與單片機(jī)隔離O單片機(jī)型號(hào)選擇確定單片機(jī)型號(hào)經(jīng)查INTER公司主要單片機(jī)微處理器系列MCS-48,MCS-51.RUPI-44.MCS-96等，考慮到本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，需要將程用預(yù)先寫入程序存儲(chǔ)器，只有選擇具有可擦除功能的程序存儲(chǔ)器2因此，本次設(shè)計(jì)選擇MCS-51系列的8751芯片作為控制核心?？刂葡到y(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)組成法硬件電路的核心是8751單片機(jī)，其片內(nèi)具有4KB的EPROM,無(wú)須外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器；該系統(tǒng)中控制的對(duì)象，沒有大量的運(yùn)算和暫存數(shù)據(jù)，片內(nèi)的128B的RAM已足以滿足容量要求,故不必進(jìn)行片外的RAM護(hù)展。為了控制操作方便，在P1口增加了第一曲、第二曲、循環(huán)等選擇功能?？紤]到本系統(tǒng)的控制特點(diǎn)：主要的數(shù)據(jù)處理時(shí)進(jìn)行放音處理，如何將存入單片機(jī)中的音樂幡放出來(lái)，這是一個(gè)關(guān)鍵,需要硬件和軟件的協(xié)同工作。因?yàn)镻1口可以進(jìn)行位尋址，用P1.7口作為音樂和燈光輸出口，當(dāng)定時(shí)器TO的計(jì)數(shù)值到后，就對(duì)P17口取反，即產(chǎn)生相應(yīng)獨(dú)率的方波。由于系統(tǒng)中的電磁閥數(shù)量較多，且每個(gè)電磁附都需要一個(gè)控制信號(hào)，同時(shí)還有變頻器的控制，所以單片機(jī)的輸出口點(diǎn)數(shù)不砥，故需進(jìn)行輸出口的擴(kuò)展，以便電磁眼和變頻器的控制，也方便今后其它控制動(dòng)作改造。此處選擇8155芯片作為擴(kuò)展控制芯片，因?yàn)?155芯片內(nèi)具有256個(gè)字節(jié)的RAM,兩個(gè)8位、一個(gè)6位的可編程I/O口和一個(gè)14位的計(jì)數(shù)器，與MCS-51接口筒單，并將PA、PB、PC口作為輸出接口入為了使音響和花形變化同步，系統(tǒng)采用了硬件韭時(shí)電路，其電潞設(shè)計(jì)將在后面進(jìn)行；為了實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電與弱電之間隔離，采用了光電隔離電路。系統(tǒng)中還選用了SSR（Solidstatereleys）作為水下燈的驅(qū)動(dòng)和單片機(jī)之間的隔離,它是一神無(wú)觸點(diǎn)通航的電子開關(guān)，為四瑞有源器件。其中兩個(gè)端子為輸入控制端，另外兩端為輸出受控瑞，中間采用光電隔離，作為輸入輸出之間電氣隔離（浮空）。在輸入瑞加上直流或脈沖信號(hào)，輸出端就能從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變成導(dǎo)通狀態(tài)（無(wú)信號(hào)時(shí)呈阻斷狀態(tài)）,從而控制較大負(fù)裁。整個(gè)器件無(wú)可動(dòng)部件及觸點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)常用的機(jī)械式電磁繼電器一樣的功能。由于固態(tài)繼電器是由固體元件組成的無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)元件，所以與電磁繼電器相比具有工作可靠、壽命長(zhǎng)、對(duì)外界干擾小、能與遺輯電珞兼容、抗干擾能力強(qiáng)、開關(guān)速度快和使用方便等一系列優(yōu)點(diǎn)。因而具有很寬的應(yīng)用領(lǐng)域，有逐步取代傳統(tǒng)電磁繼電器之勢(shì)，并且可以進(jìn)一步擴(kuò)展到傳統(tǒng)電磁繼電器無(wú)法應(yīng)用的it算機(jī)等領(lǐng)班％根據(jù)以上敘述，現(xiàn)將方案一轉(zhuǎn)換成硬件電路接口圖，即成為本設(shè)it的音樂噴泉控制系統(tǒng)原理圖，應(yīng)用電子CAD繪出其圖形見附錄A所示。8155的初始化將8155的地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線AD°~AP與8751單片機(jī)的P0口相連,作為數(shù)據(jù)的內(nèi)外傳遞，使片選信號(hào)CE接地，讓芯片始終被選中。I/O口、存儲(chǔ)器RAM選擇信號(hào)（I0/M）與P2.0相連作為地址選通信號(hào)，低電平有效,即選擇I/O口作為輸出

□oRESET與P2.1口相連，即采用軟件復(fù)位，以減少?gòu)?fù)位電路，節(jié)約設(shè)計(jì)成本,其他引腳連接如硬件原理圖附錄A所示。；8155MEPB□：0102H命令字:OFH于是根據(jù)下面兩個(gè)表可以寫出8155的RAM和各端口地址及命令字。HII：

RAM；8155MEPB□：0102H命令字:OFHPAQ:0101HPC□：0103H8155的初始化程序如下:CLRP2.1SETBP2.1CLRP2.1SETBP2.0MOVDPTR,#100H□)SETBP2.0MOVDPTR,#100H□)MOVA,#0FHMOVXDPTR,A;命令/狀態(tài)寄存器地址100H（指向命令;設(shè)定命令/狀態(tài)寄存器PA,PB,PC為輸出;寫人命令字表3.18155端口地址表IO□命令口PAPBPCP2.70000P2.60000P2.50000P2.40000P2.30000P2.20000P2.10000P2.01111P0.70000P0.60000P0.50000P0.40000P0.30000P0.20000P0.10011P0.00101十六進(jìn)制數(shù)0100H0101H0102H0103H表3.28155命令字表TM2TM-IEBIEAPC2PC-PBPA命令字00001111OFH3.3.3變頻器的選擇①變顓器工作控制的原理根據(jù)設(shè)it要求，浪花與音樂要保持同團(tuán)在此提出了以下3點(diǎn)問題：1）怎樣實(shí)現(xiàn)噴泉與音樂的同步；2）變獨(dú)器能否腑時(shí)響應(yīng)；3）整套設(shè)備的調(diào)試和絕緣安全性。為此根據(jù)要求對(duì)同步控制的可行性進(jìn)行分析如下：利用音樂的音顓信號(hào)對(duì)變頻器進(jìn)行控制，音樂的音顓信號(hào)本身是一個(gè)功率很小的交流電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)整流'源波穩(wěn)壓可以輸出一個(gè)相對(duì)應(yīng)的直流電壓信號(hào)，相對(duì)來(lái)講該信號(hào)很微弱，再經(jīng)過(guò)對(duì)該信號(hào)進(jìn)行功率放大，可以輸出0-5V的標(biāo)準(zhǔn)直流電壓信號(hào)，即可以實(shí)現(xiàn)音頻信號(hào)對(duì)變頻器的控制，即對(duì)水泵浪花的控制，從而實(shí)現(xiàn)音樂對(duì)噴泉浪花的控制。為了達(dá)到這一控制原理，下面對(duì)通用性的變顓器的工作原理進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹：_)k Jk)1 2 31一整流部分2一'源波部分3一逆變部分4一控制部分5—負(fù)載

圖3.2通用變顓器基本電路通用變頻器的基本電珞如圖3.2所示，它由4個(gè)主要部分組成，分別是:1一整流部分，把交流電壓變?yōu)橹绷麟妷海?一濾波部分，把脈動(dòng)較大的交流電進(jìn)行德波變成比較平滑的直流電；3一逆變部分，把直流電又轉(zhuǎn)換成三相交流電，這神逆變電路一般是利用功率開關(guān)元件按照控制電路的驅(qū)動(dòng)、輸出脈沖寬度被調(diào)制的PWM波，或者正弦脈寬調(diào)制SPWM波，當(dāng)這神波形的電壓加到負(fù)我上時(shí)，由于負(fù)載電感作用，使電流連續(xù)化，變成接近正弦形波的電流波形；4一控制電M是用來(lái)產(chǎn)生輸出逆變橋所需要的各驅(qū)動(dòng)信號(hào),這些信號(hào)是受外部指令決定的，有頻率、頻率上升下降速率、外部通航控制以及變顓器內(nèi)部各種各樣的保護(hù)和反饋信號(hào)的綜合控制等。通用變頻器對(duì)負(fù)裁的輸出波形都是雙極性SPWM波，這抻波形可以大幅度提高變頻器的效率，但同時(shí)這抻波形使變顓器的輸出區(qū)別于正常正弦源產(chǎn)生了變頻器很多特殊之處。雙極性SPWM波如圖3.3所示,其中圖3.3(a)是三角形的裁波與正弦形信號(hào)進(jìn)行比較的情形,圖3.3(b)是比較后獲的SPWM波形。圖3.3雙極性SPWM調(diào)制器因此,為了控制噴泉管道中的流量，使花形變化柔性化，即使花形的高度和大小能夠很好地跟隨音樂節(jié)奏的變化,這樣選擇變頻器就可以控制潛水泵的轉(zhuǎn)速,當(dāng)潛水泵的轉(zhuǎn)速的改變就直接改變了管道中的流量。由于變顓器有數(shù)字輸入和模批輸入的信號(hào)類型。因?yàn)閱纹瑱C(jī)輸出的是數(shù)字信號(hào)，若要選擇模機(jī)輸入信號(hào)的變頻器，就必須進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換電JS設(shè)計(jì),本身變顓器的價(jià)格就比較昂貴了，在加入—個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換電珞，無(wú)疑是增加產(chǎn)品和設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)成本。故直接選擇具有數(shù)字輸入的變頻器，但是一般的變顓器不能直接與單片機(jī)相連，需要進(jìn)行強(qiáng)用電的隔離處So為了不單獨(dú)選擇或設(shè)計(jì)隔離電路，經(jīng)查閱大量資料，有帶隔離數(shù)字輸入的變頻器，因此可直接選用這抻變顓器，目的可使硬件電珞結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，減少各硬件電路之間的干擾和時(shí)間延遲，以保證音樂放音和花形及流量的同步控制動(dòng)作。根據(jù)變顓器的選用原則：變頻器的輸出功率和電流選擇必須等于或大于被驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)的功率和電流。由于變頻的過(guò)載能力沒有電機(jī)過(guò)莪能力強(qiáng)，一旦電機(jī)

有過(guò)莪，損壞的首先是變顓器（如果變顓器的保護(hù)功能不完善的話）；又如果設(shè)備上巳選用的電機(jī)功率大于實(shí)際機(jī)械負(fù)載功率，但是有可能用戶會(huì)將把機(jī)械功率調(diào)節(jié)到達(dá)到電機(jī)輸出功率，此時(shí)，變頻器一定要可以勝任，也就是說(shuō)變顓器的功率選用一定要等于或大于電機(jī)功率。個(gè)別電機(jī)額定電流值較特殊，不在常用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格附近，又有的電機(jī)額定電壓低，額定電流偏大，此時(shí)要求變頻器的額定電流必須等于或大于電機(jī)額定電流四。因此變顓器的選擇主要是對(duì)變顓器容量的選擇，而變獨(dú)器的容量又由很多因素決定，如電動(dòng)機(jī)容量、電動(dòng)機(jī)DII速時(shí)間（即反應(yīng)時(shí)間）等，其中，最主要的是電動(dòng)機(jī)的額定電流。②變顓器的容量計(jì)算⑼由于變頻器只電動(dòng)一臺(tái)電機(jī)，而對(duì)于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的變獨(dú)器必須滿足下列3項(xiàng)計(jì)算公式:滿足負(fù)莪要求輸出：P〉旦式（3.1）式（式（3.1）式（3.2）式（3.3）1.05x3 4= q4.47K1640.82x0.86滿足電動(dòng)機(jī)容量:Pcxt之道義I。-'KUeL：A=JJx10-3X1.05X380X7.54、5.21KVA滿足電動(dòng)機(jī)電流:32KIe=1.05x7.54^7.924式中：Pcm是變顓器的容量、Pm負(fù)莪要求的電動(dòng)機(jī)軸輸出功率、￡是電動(dòng)機(jī)的額定電壓、Ie電動(dòng)機(jī)的額定電流、T）是電動(dòng)機(jī)的效率、COS①電動(dòng)機(jī)功率因素、K是電流波形補(bǔ)償系數(shù)，由于變顓器的輸出波形不是完全的正弦，而含有高次諧波的成分，其電流應(yīng)有所增加。對(duì)于PWM控制方式的變顓器，K的取值為1.05~1.1。根據(jù)以上條件可選擇成那中南實(shí)業(yè)有限公司提供的西口子全新一代標(biāo)準(zhǔn)變顓器，變頻器型號(hào)為MICROMASTE440通用型的變顓器。其相關(guān)參數(shù)如表3.3,接線端子如圖3.4所示。對(duì)于表3.3中加、減速時(shí)間，本設(shè)計(jì)中設(shè)定設(shè)定為0.1s,這樣設(shè)定的目的是為了提高變獨(dú)器的反應(yīng)時(shí)間，使之與音樂的各個(gè)音符之間的最小間隔時(shí)間相匹配；如果該時(shí)間設(shè)定值過(guò)大，當(dāng)音符由上一個(gè)變化至下一個(gè)音符時(shí)，變顓器的反應(yīng)就

不迅速了，這是因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)電路原理圖中的延遲電路是Dll在音響和燈光之前的,而沒有在變頻器之前加延遲電路，故不能直接對(duì)變顓器進(jìn)行延時(shí)處理，所以，變頻器的設(shè)定值取較小值為宜。表3.3相關(guān)變顓器參數(shù)變頻器型號(hào)MICROMASTE440變頻器輸出最大適用電機(jī)功率（KW）3.7額定容量（KVA）6.6額定電流（A）9.6輸入信號(hào)數(shù)字設(shè)定接收三位數(shù)字信號(hào)輸出信號(hào)報(bào)警輸出DC28V0.3A加減速時(shí)間0.1~9999sM加、藏速時(shí)間獨(dú)立設(shè)定）外接制動(dòng)單元外接制動(dòng)電阻RSTMICROMASTE44009WL模擬輸入。?1OV0?20mA4?RSTMICROMASTE44009WL模擬輸入。?1OV0?20mA4?20mAttwHFDRRSTFREEXIX2X3CDMM口>VGHGGNDMMFF

rcTITCITAI繼電器輸出1TBlTC2TAE繼電器輸出2TB2Y2Y1開集電器輸出COM— -頻率輸出電流輸iiW|反饋電壓反饋圖3.4變演器接線端子③變顓器的顓率設(shè)定根據(jù)前面控制功能分析可知變頻器要實(shí)現(xiàn)八抻電機(jī)速度，由于最高轉(zhuǎn)速時(shí)為2860r/min,而在噴泉的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就以最高速設(shè)it的。那么最高速時(shí)電機(jī)接受正常的供電顓率為50Hz；最低特速時(shí)為357.5r/min,那么變頻器輸出頻率就為6.25Hz；由于考慮到制動(dòng)的原因，制動(dòng)前應(yīng)把速度臧到較低的速度，可設(shè)置這個(gè)頻率為6.25Hzo變顓器通過(guò)外部給定方式，外部數(shù)字量給定，由外部端子輸入，因此電機(jī)轉(zhuǎn)速可通過(guò)MICROMASTE440通用型的變頻器的數(shù)字輸入端口X1、X2、X3的電平高低組成的速度控制字進(jìn)行設(shè)定。設(shè)PC口輸出的控制信號(hào)中，0代表變顓器輸入口處于通電狀態(tài)，1代表變頻器輸入口處于斷電狀態(tài)。速度設(shè)定單元為變顓器的A11、A12、A3、A14、A15、A16、A17、A18八個(gè)單元,其設(shè)定值(頻率)見表3.4。表3.4變頻器速度設(shè)定表速度控制字智能端子電平高低速度設(shè)定單元速度段定B/Hz端子X3(PC2)端子X2(PC1)端子X1(PC0)F8H000A116.25F9H001A1212.5FAH010A1318.75FBH011A1425FCH100A1531.25FDH101A1637.5FEH110A1743.75FFH111A18503.3.4硬件延遲電路①延遲時(shí)間的it算延遲時(shí)間的it算的目的是保證音樂放音時(shí)與噴頭噴水時(shí)到達(dá)同步動(dòng)作，但并不能完全同步，只能盡量減小視覺和聽覺上的差異。于是，延遲時(shí)間的it算是非常重要的，將直接影響延遲電路或編制延遲程序時(shí)的延遲時(shí)間設(shè)定。由前面的計(jì)算過(guò)程可以知道，水流經(jīng)管道流到噴頭處時(shí)，不但存在沿程損失,而且會(huì)產(chǎn)生沖擊，不管是電磁陽(yáng)的啟動(dòng)還是關(guān)閉時(shí)，由于管中有水，當(dāng)水泵啟動(dòng)時(shí)，便對(duì)水產(chǎn)生壓力，水流就會(huì)對(duì)電磁網(wǎng)和球網(wǎng)產(chǎn)生沖擊,當(dāng)電磁隅突然關(guān)時(shí),管道中仍然會(huì)產(chǎn)生壓力沖擊，即液體的突然停止運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致動(dòng)能向壓力能得腑間轉(zhuǎn)變。故理論上到達(dá)的時(shí)間與實(shí)際到達(dá)的時(shí)間有一定的滯后，且滯后的時(shí)間就是產(chǎn)生沖擊的時(shí)間，故需要進(jìn)行延遲計(jì)算。從前面的設(shè)計(jì)過(guò)程可知，產(chǎn)生時(shí)間延遲的部分包括：變顓器(%)和水泵的反應(yīng)時(shí)間(tb),電磁閥的開閉反應(yīng)時(shí)間阪及產(chǎn)生沖擊的時(shí)間(&)。因此總的延遲時(shí)間為:

=0.1+0.1+0.1+0.057 式(3.4)=0.357s即硬件延遲電路的總延遲時(shí)間為:0.357s。②硬件延遲電路設(shè)計(jì)硬件延遲電路的設(shè)計(jì)目的是為了使音樂放音和變頻器的控制動(dòng)作與花形實(shí)現(xiàn)同步動(dòng)作，這是因?yàn)橛蒙鸭刂撇荒苓_(dá)到的原因。⑻圖3.5硬件延遲電路硬件延遲電路圖3.5（a）中的延遲電路為一般的延遲電路，其中電路的負(fù)教為繼電器或電磁鐵的線圈，也可以是信號(hào)燈等顯示和報(bào)警器件。但接通電源開關(guān)時(shí)運(yùn)算放大器的反相輸入端（-）加分壓值U-而同相輸入瑞（+）由于電容Ci尚未充電，故其電壓為負(fù)值。該電路的技術(shù)參數(shù)見表3.5O對(duì)于像圖（a）中一般的延遲電路，通常要借助電解電容器或高阻杭電路，而且這類延時(shí)電路的穩(wěn)定性較差，延時(shí)的精度也不高。于是給出了圖3.5（b）所示的數(shù)字式長(zhǎng)延時(shí)電路，它完全掘棄了電解電容和高阻抗電路，延時(shí)精度高。電路的核心是集成塊MC14521B,這是一個(gè)24級(jí)分頻電路，內(nèi)含可構(gòu)成振蕩電路的例相器。如果將觸發(fā)輸入端接地或不加信號(hào)，則電路進(jìn)入延時(shí)狀態(tài)，延時(shí)時(shí)間由范圍開關(guān)Xfll100KO電位器來(lái)調(diào)整。若X與點(diǎn)A相接，延時(shí)為1分40秒至18分30秒，而X與B相接，過(guò)時(shí)為13分20秒至2小時(shí)28分。當(dāng)X與C相接時(shí)，延時(shí)為1小時(shí)47分至20小時(shí)。具體韭時(shí)時(shí)間由100KO電位器調(diào)定。若要進(jìn)行較短或更長(zhǎng)的延時(shí)，則可用較小的或較大電容代替39nF電容。這時(shí)延時(shí)小到0.01s或長(zhǎng)達(dá)一周以上的時(shí)間。在觸發(fā)輸出端陽(yáng)正信號(hào)，則4521B內(nèi)的分頻器復(fù)位。要使延時(shí)穩(wěn)定可靠,一般采用6~15V的穩(wěn)壓電源供電。在此選擇數(shù)字延時(shí)電路，由總的韭遲時(shí)間的計(jì)算如，該電路的延遲時(shí)間為0.357s,所以應(yīng)將39nF的電容換成13nFo表3.5一般延遲電珞的技術(shù)參數(shù)工作電壓延遲時(shí)間重復(fù)動(dòng)作時(shí)間開關(guān)功率Ub=12V±12%tv約260s%到12s120W-3.5KW3.3.5系統(tǒng)工作流程本控制系統(tǒng)具備以下功能:①樂曲播放：將存入單片機(jī)的音樂控制碼，經(jīng)軟件處理后，輸出至外圍的延遲放大電路后，再送至音響描放樂曲。由于燈光和音響水并聯(lián)的，所以，此時(shí)燈光將同時(shí)變化，而水下燈SXLED是通過(guò)固態(tài)繼電器SSR驅(qū)動(dòng)。②按鍵功能：采用了點(diǎn)動(dòng)觸發(fā)按鈕，&（系統(tǒng)復(fù)位鍵）、S2（系統(tǒng)啟動(dòng)/停止鍵）、S3（第一曲按鯉）、&（第二曲按鯉）、S5（循環(huán)技鍵）。從硬件電路原理圖如，當(dāng)按下按HS3、S,、S5時(shí)為高電平觸發(fā)方式。③花形變化:花形的變化包括兩部分控制,一是控制花形的大?。欢腔ㄐ涡螤畹淖兂?。其工作過(guò)程如下:當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入自檢狀態(tài)，等待按鯉命令；若為正常按鍵（一個(gè)腕時(shí)只有一個(gè)按摧），則進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。除此為非正常按摧，則發(fā)出警報(bào)。侍

自檢完成后，依次執(zhí)行軟件程序的動(dòng)作，當(dāng)按下停止或復(fù)位命令時(shí)，系毓結(jié)束所有動(dòng)作。3.4控制系統(tǒng)的裳件設(shè)計(jì)3.4.1系統(tǒng)資源分配為了便于程序編寫，先對(duì)系統(tǒng)的資源分配加以說(shuō)明。①定時(shí)器：利用8751的內(nèi)部定時(shí)器使其工作計(jì)數(shù)器模式（M0DE1）下，改變計(jì)數(shù)值THO及TLO以產(chǎn)生不同顓率的方法產(chǎn)生不同音階。②片內(nèi)RAM及標(biāo)志位的分配與定義如表3.9所示。表3.9音樂噴泉控制兼件片內(nèi)RAM及標(biāo)志分配表地址功能初始化值20H~2FH數(shù)據(jù)緩存操作區(qū)00H5CH用于筒于碼值存儲(chǔ)區(qū)00H60H~7FH堆我區(qū)07H（復(fù)位時(shí)的值）PSW中斷狀態(tài)保護(hù)（恢復(fù)）03.4.2音樂控制碼的編制①音樂選擇本系統(tǒng)選擇以下一首歌曲：1）河北南皮民戢《茉莉花》;『C2/4 茉莉花6%Q135C5G|15處5■??1712好他）一朵——I：■??1712好他）一朵——I： .'3565615615 - -=-=茉莉花，53滿55535（怎幻&彳658、332彳223.532筆L231那也）花岫嗡比（啕不過(guò) 它。

1-廣星 “廿苜 胡適同1-C4 二花早 佚名Jlh銀霞演唱(。話6?專臺(tái)io326抗1361。翅。2i立$aI3---|?■?]???35656- 53212? r- 23215|6 --)1 ■, ? 23215|6 --)1666666666? 5種在校園I1朝朝頻顧惟83333?■我從山中來(lái)轉(zhuǎn)眼秋天到Ip217g帶著絲以草移蘭人暖厲355U3

』4 ?■?希里花開早

夜夜不相忘

36653?一日看苫回期待春花開

12176

MWWWiwr F■看得花時(shí)過(guò)

能將宿愿償-II0000-II00003117”花卻依然滿庭花簇僦

2?1756

=￡~~r?苞齒無(wú)一個(gè)

添得許多香②音顓脈沖的產(chǎn)生若要產(chǎn)生音頻脈沖，只要算出某一音顓的周期("顓率)，再將此周期除以2,即為半周期的時(shí)間。利用定時(shí)器計(jì)時(shí)半周期時(shí)間，每當(dāng)計(jì)時(shí)終止后就將P1.7反相,然后重復(fù)計(jì)時(shí)再反相。就可在P1.7引腳上得到此頻率的脈沖。利用8751的內(nèi)部定時(shí)器使其工作計(jì)數(shù)器模式(M0DE1)下，改變it數(shù)值THO及TLO以產(chǎn)生不同頻率的方法產(chǎn)生不同音階，例如，顓率為523Hz,其周期T=1/523=1912ns,因此只要令計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)956us/1hs=956,每計(jì)數(shù)956次時(shí)將P1.7反相，就可得到中音DO(523Hz)2C調(diào)各音符頻率與率與初值T對(duì)照如表3.6所示。表表3.6C調(diào)各音符頻率與計(jì)數(shù)值T的對(duì)照表音符頻率(Hz)簡(jiǎn)請(qǐng)周〕值)瑜率(Hz)簡(jiǎn)漕碼1值)Itt1DO26263628#4FA#74064860#DO#27763731中5SO78464898低2RE29463835#5SO#83164934#2RE#31163928中6LA88064968低3Mi33064021#693264994IK4FA34964103中7SI98865030#4FA#37064185高1DO104665058IK5SO39264260#1DO#110965085#5SO#41564331高2RE117565110IK6LA44064400#2RE#124565134#646664463高3M131865157IK7SI49464524高4FA139765178中1DO52364580#4FA#148065198#1DO#55464633高5SO156865217中2RE58764684#5SO#166165235#2RE#62264732高6LA176065252中3M65964777#6186565268中4FA69864820高7sl196765283每個(gè)音符使用一個(gè)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3.7為節(jié)拍與節(jié)拍碼的對(duì)照。如果1柏為0.4秒，1/4柏是0.1秒，只要設(shè)定延遲時(shí)間就可求得節(jié)拍的時(shí)間。假設(shè)1ftDELAY,用應(yīng)為4DELAY,以此類推。所以只要求得1/4用的DELAY時(shí)間，其余的節(jié)拍就是它的倍數(shù)，如表3.8為1/4和1/8節(jié)拍的時(shí)間設(shè)定。表3.7位節(jié)拍與節(jié)拍碼的對(duì)服節(jié)拍碼節(jié)拍數(shù)節(jié)拍碼節(jié)招數(shù)11/4相11/8?22/4相21/4ffi33/4柏33/8ffi41柏41/2柏51Q1/4相55/8ffi6151/2ft63/4ft82拍81柏A2Q1/2相A141/4柏C3柏C141/2柏F3J3/4拍表3.8各調(diào)1/4節(jié)拍的時(shí)間設(shè)定各調(diào)1/8節(jié)拍的時(shí)間設(shè)定曲調(diào)值DELAY曲調(diào)值DELAY調(diào)4/4125亳秒調(diào)4/462毫秒調(diào)3/4187亳8調(diào)3/494毫秒調(diào)2/4250亳秒調(diào)2/4125毫秒③建立音樂控制圖表先根據(jù)樂措的音符報(bào)表3.6建立T值表的額序如表3.9所示，把T值表建立在TABLE1,構(gòu)成發(fā)音符的計(jì)數(shù)值放在TABLE中；簡(jiǎn)僧碼（音符）為高4位，節(jié)抽（節(jié)柏?cái)?shù)）為低4位,音符節(jié)拍科放在程序的“TABLE”處。軟件流程根據(jù)硬件的工作流程，軟件設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)功能模塊：①主程序：初始化與按捱監(jiān)控（即進(jìn)行自檢，是否有相應(yīng)的按鍵操作，以便程序正常執(zhí)行）o②取花形：獲颯花形控制字，輸出到PA、PB口，控制電磁陽(yáng)的動(dòng)作。其中花形的變化采用楣環(huán)程序，每5s左右變化一次。由于每個(gè)音符之間的間隔時(shí)間為（即為一個(gè)節(jié)拍時(shí)間）0.4s,因此，大約每13個(gè)音符就改變一次花形，于是可以計(jì)數(shù)音符數(shù)，當(dāng)計(jì)滿13時(shí)，就調(diào)用花形子程序。其花形控制字是通過(guò)改變各個(gè)電磁網(wǎng)的通斷狀態(tài)來(lái)編制的。根據(jù)控制系統(tǒng)原理圖設(shè)置PA、PB各口的狀態(tài)，獲得了以下的花形控制字。

表3.9簡(jiǎn)措對(duì)應(yīng)的簡(jiǎn)措碼、T值、節(jié)拍數(shù)簡(jiǎn)請(qǐng)發(fā)音簡(jiǎn)諾周Tffi節(jié)拍周節(jié)招數(shù)5低音SO16426011/4ffi6低音LA26440022/4柏7低音TI36452433/4柏1中音DO46458041柏2中音RE56468451J1/4ffi3中音Ml6647776151/2#4中音FA76482082柏5中音SO864898A2J1/2ffi6中音LA994968C3柏7中音TIA65030F333/4拍1高音DOB650682高音REC651103高音MlD651574高音FAE651785高音SOF65217不發(fā)音0開始初始化取行拍常數(shù)調(diào)花形子程序―取簡(jiǎn)譜碼指針啟動(dòng)TOqo清零o5S?查表取常數(shù)。清零0，指針+1圖3.6主程序流程圖圖3.7中斷子程序流程圖系統(tǒng)控制程序控制程序：;程序起始地址;主程序進(jìn)入點(diǎn);程序起始地址;主程序進(jìn)入點(diǎn);定時(shí)中斷TO人口地址；跳至TIMERO中斷子程序AJMPCSHORGOOOBHLJMPTIMO************10.8155、P1口初始仇************ORG0030HCSH：MOVRO,#7FH ；內(nèi)部RAM(OOH~7FH)清零CSH1：MOVRO,#00HDJNZRO,CSH1

MOVSP,#60HMOVTMOD,#01H器CLRTC0N.1SETBIE.1SETBPTOCLRP2.1SETBP2.1CLRP2.1SETBP2.0MOVDPTR,#100HMOVA,#OFHMOVXDPTR,A;移開堆枝指針SP；設(shè)TIMERO在M0DE1作16;移開堆枝指針SP；設(shè)TIMERO在M0DE1作16位計(jì)數(shù);TO禁止動(dòng)作;TO允許中斷;TO中斷優(yōu)先;8155復(fù)位;8155IO/M=1選擇使用在輸入輸出口;命令/狀態(tài)寄存器地址;設(shè)定命令/狀態(tài)寄存器地址PA,PB,;PC為輸出WAIT:NOPMOVJNBJNBJNBMOVAJMPJPZZ1：MOVMOVSETBAJMPJPZZ2：MOVMOVSETBAJMPP1,#OFHP1.0,JPZZ1P1.1,JPZZ2P1.2,XUNHUAN5CH,#00HMAIN5CH,#00H20H,P1.0P1.0MAIN5CH,#57H20H,P1.1P1.1MAIN;P1口初始化（低四位為輸入、高四位輸出口）;P1.0口為0放第一曲;P1.1口為0放第二曲;P1.2口為0執(zhí)行楣環(huán);P1.2口為1順序執(zhí)行一次結(jié)束;放第一首歌曲;取第一首歌的簡(jiǎn)謂指針;將P1.0口的值暫存于20H單元;恢復(fù)P1.0的初值;執(zhí)行循環(huán);取第二首歌的簡(jiǎn)謂指針;將P1.1口的值暫存于20H單元;恢復(fù)P1.1的初值;執(zhí)行循環(huán)XUNHUAN：MOV5CH,#00HMOV21H,P1.2SETBP1.2AJMPMAIN;將P1.2口的值暫存于MOV21H,P1.2SETBP1.2AJMPMAIN;將P1.2口的值暫存于21H單元;恢復(fù)P1.2的初值;執(zhí)行循環(huán)***************主程用MAIN:MAIN0：MSD：MOV22H/00HLCALLDCFMOVA,5CHMOVDPTR,HABLEMOVCA,A+DPTRMOVR5,AJZEND1ANLA,#OFHMOV R6,AMOV A,R5SWAPAANLA,#OFHJNZBQYUCLRTROAJMPD1;調(diào)用花形子程序;簡(jiǎn)僧碼指針裝入A;至TABLE（簡(jiǎn)碼表）取簡(jiǎn)碼;取到的簡(jiǎn)碼存入R5;是否取到00（結(jié)束碼）?;不是，艮I取低四位（節(jié)柏利）;將節(jié)拍碼存入R6;將取到的簡(jiǎn)科再裝入R5;高低四位交換;取低四位（音符利）;取到的音符碼是否為0?;是，則不發(fā)音;跳到D1結(jié)論本文設(shè)it的音樂噴泉控制系統(tǒng)是旅游景點(diǎn)內(nèi)用的小型音樂噴泉，具有造型優(yōu)美、營(yíng)業(yè)性強(qiáng)、控制簡(jiǎn)單可靠的特點(diǎn)，充分體現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性的原則，并且噴泉的安裝方便、維護(hù)簡(jiǎn)單，能