微控制器控制系統下的音樂噴泉設計研究論文

摘要：伴隨現在我國城市環境建設和發展， 音樂噴泉作為一種高雅性的藝術景觀被廣泛的使用在各大廣場和小區中， 因此設計一種新型音樂噴泉具有很重要的意義。本文設計一種基於微控制器的簡易音樂噴泉， 通過ADC0832將音訊資訊採集， 通過訊號轉換， 然後傳送給微控制器處理後， 根據不同的樂譜讓LED燈顯示和水泵噴泉， 同時通過LM386功率放大器讓揚聲器來播放音訊資訊。本音樂噴泉設計融入現代科技與藝術。音樂噴泉是由噴水圖案、彩燈和音樂旋律組成的有機整體。它令視聽觀眾有極大的樂趣。

關鍵詞：音樂噴泉； ADC0832模組； LM386功率放大器；

音樂噴泉從建築情況出發， 展現瑰麗的美感特徵。並以水上音樂曲調的角度來表現音樂噴泉的優美姿態， 但是這些大型音樂噴泉， 控制系統採用PLC可程式設計邏輯控制， 成本高， 一般定量設計特別。國內外音樂噴泉控制系統的設計還處於成長階段， 也有專門的生產和設計廠家， 提供設計、噴泉裝置和安裝服務。目前， 在中國的音樂噴泉是向智慧化方向發展， 分權化、綜合化、多樣化。因此， 對音樂噴泉控制系統的設計也提出了更高的要求。本文就是基於微控制器設計的一種音樂噴泉。

1、設計思想

基於微控制器的音樂噴泉主要是由六部分組成：主要由STC89C52微控制器電路作為主控制電路；ADC0832採集電路主要是把音訊訊號採集後傳輸給微控制器進行處理 （採集介面主要是通過一個3.5的音訊線與外部播放裝置相連線） ;水泵控制電路、LM386功率放大器電路、LED燈顯示電路主要用來顯示音樂噴泉的效果；5V電源電路 （主要通過一個USB資料線和外部電源相連） 主要給系統供電。

2、硬體設計

2.1 音訊採集模組

ADC0832是一個8位解析度的A/D轉換晶片， 具有高達256的水平最大解析度， 可適應一般的模擬量轉換要求。內部電源的輸入和參考電壓的重複使用， 使晶片的模擬電壓在0~5V之間， 晶片的轉換時間僅為32μs, 資料輸出可作為資料校驗， 減少資料誤差， 轉換速度快， 穩定性強。獨立的晶片可以輸入， 使得多個裝置的連線和處理器控制更加方便。通過DI資料輸入， 可以方便地實現通道功能的選擇。在本設計中， ADC0832採用一個3管腳的輸入通道CH0採集從LM386上得到的模擬訊號， 將數字訊號通過5、6管腳傳輸給微控制器處理， 的作用是將輸出的模擬訊號到數字訊號的粉塵感測器。然後將訊號送入微控制器進行處理， 管腳7為與微控制器相連線的時鐘輸入， 管腳1為與微控制器相互連線， 為低電平時開始工作。

2.2 放大模組

揚聲器放大器電路LM386晶片選擇放大， LM386是美國國家半導體公司生產的音訊功率放大器， 是一種整合的音訊功率放大器， 低功耗功率放大器， 更新鏈增益可調、電源電壓範圍、外圍元件少、體積小的總諧波失真， 廣泛應用於錄音機和收音機。輸入端為位置基準， 輸出端自動偏置至電源電壓的一半。LM386的包裝是塑料製成的密封鉛8雙線和斑塊型別。

2.3 狀態輸出模組

狀態輸出模組主要包括髮光二極體和水泵。LED燈也稱為發光二極體， 它具體單向導電性， 把電能轉化成光能。其具體電路原理圖如下圖10所示。在電路中， 電阻的作用是限流， 保護LED燈。只要微控制器的控制引腳拉低， 則LED燈亮， 否則， LED燈不亮。

水泵是一種輸送液體或增壓液體的機器。在這個系統中， 5V泵是用來噴水的， 因為泵是一種大功率的裝置。微控制器無法直接驅動， 故選擇三極體9012來實現對水泵的控制。當微控制器引腳是低電位水泵正常工作。否則， 水泵不工作。極性電容EC4作用是濾波， 讓水泵更穩定的.工作。

3、軟體設計

本系統的設計主要採用Keil軟體編寫和除錯程式。程式語言是用一種更可讀、更可移植的C語言編寫的。先初始化與定義各I/O口的功能， 然後判斷是否有音訊採集， 如果有音訊採集則進行音訊採集同時進行模擬訊號轉換為數字訊號傳送給微控制器， 微控制器把數字訊號依次傳給LED燈和水泵， 系統執行流程圖如下圖所示。

4、總結

基於微控制器的音樂噴泉設計從系統方案的設計， 元件的選擇， 硬體電路設計， 軟體的設計， 到最後的系統模擬和軟硬體除錯， 最終達到了設計要求。實現了以微控制器STC89C52作為系統控制晶片， 通過ADC0832模組採集到音訊資訊進行數模轉換， 最後通過LED燈和水泵以及揚聲器輸出最後的效果。

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