基于51單片機(jī)的音樂噴泉設(shè)計(jì)

蒙啟熟 廣西城市職業(yè)大學(xué)

1 音樂噴泉控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要圍繞單片機(jī)展開的單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以STC89C51RC為控制核心，LM386 作為設(shè)計(jì)音頻放大電路芯片核心，ADC0832作為轉(zhuǎn)換模塊核心，加上音樂輸入系統(tǒng)和輸出控制系統(tǒng)等組成的一個(gè)整體。

2 音樂噴泉硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要由音樂輸入系統(tǒng)、數(shù)模轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、單片機(jī)控制系統(tǒng)和輸出控制系統(tǒng)等組成。本章節(jié)主要對音頻放大電路、單片機(jī)電路、硬件部件的設(shè)計(jì)介紹，對個(gè)硬件功能的選用以及電路板的制作。

2.1 音樂信號的采集

本次設(shè)計(jì)是使用外部音源的噴泉系統(tǒng)，第一步對模擬音樂信號的采集，再對音樂信號進(jìn)行特征識別。音頻信號的采集主要包括兩個(gè)過程，一是音頻放大和，二是進(jìn)行A/D 的轉(zhuǎn)換，下面分別進(jìn)行分析。

2.2 單片機(jī)電路

單片機(jī)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STC89C51RC單片機(jī)。STC89C51RC單片機(jī)是一個(gè)低功耗，高性能的51內(nèi)核的CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8K空間的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀存儲器，具有256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個(gè)I/O口，1個(gè)看門狗定時(shí)器，3個(gè)16位可編程定時(shí)器，具有ISP功能，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。使用簡單且價(jià)格非常低廉。故系統(tǒng)的主控制器采用此方案。

STC89C51RC是 采 用8051核 的ISP（In System Programming）在系統(tǒng)可編程芯片，最高工作 時(shí)鐘頻率為80MHz，片內(nèi)含8K Bytes的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀 程序存儲器，器件兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51 指令系統(tǒng)及80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位 中央處理器和ISP Flash 存儲單元，具有在系統(tǒng)可編程（ISP）特性，配合PC端的控制程序即可將用戶的程序代碼下載進(jìn)單片機(jī)內(nèi)部，省去了購買通用編程器，而且速度更快。STC89C51RC系列 單片機(jī)是單時(shí)鐘/ 機(jī)器周期(1T)的兼容8051 內(nèi)核單片機(jī)，是高速/低功耗的新一代8051 單片機(jī)，全新的流水線/ 精簡指令集結(jié)構(gòu)，內(nèi)部集成MAX810 專用復(fù)位電路。

2.3 ADC0832與單片機(jī)89C51的連接

ADC0832的時(shí)鐘信號來自單片機(jī)89C51的ALE信號，89C51采用12MHz時(shí)鐘頻率，ALE為2MHz，經(jīng)四分頻后為500KHz作為ADC0832的時(shí)鐘頻率。用P2.7控制A/D轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)與轉(zhuǎn)換結(jié)束后數(shù)字量的讀取。ADC0832的地址鎖存允許管腳（ALE）H和啟動(dòng)管腳（START）相連。

3 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

主程序流程：音樂流水燈設(shè)計(jì)采用C語言進(jìn)行編程，通過模塊化編程，從數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理，到驅(qū)動(dòng)電路都需要單片機(jī)系統(tǒng)里的程序去操作，執(zhí)行。所以需編寫一個(gè)程序?qū)﹄娐愤M(jìn)行控制。主程序?qū)崿F(xiàn)原理：點(diǎn)亮第一支燈，讀取A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)所反映的模擬信號的大小來控制從第一支燈點(diǎn)亮到下一支等所需要的時(shí)間。將數(shù)字信號分為4個(gè)大小段00H~3FH，40H~7FH，80~BFH，C0H~FFH。分別對應(yīng)4個(gè)間隔時(shí)間調(diào)用4個(gè)延時(shí)子程序0.01S，0.O2S，0.03S，0.04S。延時(shí)結(jié)束就可以點(diǎn)亮下一支燈了，然后再讀取一次A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)，再延時(shí)再點(diǎn)亮，一直這樣執(zhí)行下去。直到點(diǎn)亮8支燈，又從第一支開始。

4 結(jié)論

在本文設(shè)計(jì)的音樂噴泉模擬形小型音樂噴泉，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，運(yùn)用流體力學(xué)理論設(shè)計(jì)了噴泉的管路系統(tǒng)；運(yùn)用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了樂曲播放和流量及花型控制。不足之處在于：系統(tǒng)利用的是單片機(jī)產(chǎn)生方波信號控制揚(yáng)聲器發(fā)音，所以播放的只能是音樂的曲調(diào)，而不是真人真唱的歌曲，不過在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中自己也懂得了許多東西，也培養(yǎng)了獨(dú)立思考和設(shè)計(jì)的能力，樹立了對知識應(yīng)用的信心，發(fā)現(xiàn)自己越來越喜歡科技的東西，同時(shí)發(fā)現(xiàn)血的知識只有不斷的使用才會(huì)記得更清晰，用了才知道自己那些明白了，那些是自己薄弱的地方，學(xué)的越多的發(fā)現(xiàn)自己不知道的越多，漸漸的卻知道的越多，學(xué)習(xí)使自己充分體會(huì)到了設(shè)計(jì)過程中的喜悅。