单片机的音乐喷泉控制系统设计(附件)【字数：7963】
本课题研究的是家用小型音乐喷泉，根据所播放的音乐闪烁不同强度的灯光，并喷射出高低起伏的水柱，主导芯片是STC89C52。整个系统主要分为单片机模块、音频模块、A/D转换模块、彩灯模块和潜水泵模块。手动启动该音乐喷泉系统，首先由音频模块负责捕捉音乐信号，分别送往扬声器和A/D转换模块，随后由A/D转换模块将模拟信号变成数字信号并送给单片机，单片机接收信号后分别送给彩灯模块和潜水泵模块，控制着彩灯的闪烁和水泵的喷射，至此完成了一系列喷泉动作。本系统主要优点是小巧灵活、操作简单、并且造价便宜。
目录
引言 1
一、系统整体设计 2
（一）功能要求 2
（二）方案论证与选择 2
1. 音乐喷泉控制系统的方案选择 2
2. 潜水泵调速方案的选择 2
（三）系统结构图 3
二、系统硬件设计 3
（一）单片机电路设计 3
1.STC89C52芯片概述 3
2.最小系统电路设计 4
（二）音乐信号采集电路设计 5
1. 音频放大电路 5
2. A/D转换电路 7
（三）潜水泵调速方案设计 9
（四）灯光方案设计 9
三、系统软件设计 10
（一）主程序框图 10
（二）潜水泵模块 11
（三）灯光控制模块 12
四、系统调试与结果 13
（一）硬件调试 13
（二）软件调试 14
五、实物制作与安装 14
总结 19
致谢 20
参考文献 21
附录 22
（一） 原理图 22
（二） PCB图 23
（三） 元件列表 24
（四） 实物图 25
（五） 源程序 26
引言
音乐喷泉最初是由德国先提出的，起初音乐喷泉只是出现在饭店里，由简单的小喷池和音乐组成，没有太多的花样，简简单单的只是供客人欣赏和聆听音乐。音乐喷泉也在之后的几年慢慢的发展了起来，花样也逐渐增多，规模也越来越大，也 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
受到了越来越多人的欣赏，最多的时候是在美国首次表演，当时慕名观看的人数更是超过了一百五十万人。随后音乐喷泉被更多人了解并推广，也得到了多安面的改进和完善，使得可欣赏度大大提高。随着电脑技术的不断提高，人们也开始结合音乐喷泉和电脑，使得喷泉的花样更是丰富多彩。随后在80年代时也开始陆续引进到我国，大多喷泉也是作为了风景区式的存在，使得人们的业余生活更加的丰富。在此基础上，我国通过不断学习和改善，使得喷泉的面貌多姿多彩，同时音乐喷泉也和激光、水幕电影等结合在一起，更是达到了赏心悦目的效果。
目前国内出现了很多著名的音乐喷泉，例如青岛世园会音乐喷泉、深圳海上世界音乐喷泉、大雁塔音乐喷泉和苏州金鸡湖音乐喷泉等等。就金鸡湖音乐喷泉来说，它位于江苏省苏州市苏州中心金鸡湖，目前算是华东地区最大的音乐喷泉了。整个喷泉坐落在金鸡湖中，大约有一百三十多米长，可喷射的喷泉高达几十米，离岸边几十米的距离，游客站在岸边就可以很清晰直观的欣赏这一美景。喷泉结合了激光表演、音乐和灯光为一体，伴随着音乐喷射的水型层出不穷，配合上各种灯光秀使得游客在各个角度都能有很好的视觉效果，使得游览者无不陶醉其中。
本课题设计制作出的音乐喷泉是运用芯片STC89C52为主导控制传输转换的芯片。相比大型湖泊式音乐喷泉来说，它是一个小型化的音乐喷泉，优点是小巧灵活且容易操作。它由软件编程和硬件模块的搭建两部分构造。通过学习在校期间的专业课程，对电子元器件的线路搭建和焊接的手工操作，对故障的检测知识的学习和摸索，并在此设计里结合自己的想法设计一个可以放在宿舍或卧室里的音乐喷泉。电路先是通过音频电路捕捉到音频信号，然后送到A/D转换模块，将数字信号送到STC89C52芯片中，最后通过步进电机喷嘴喷射出的水柱以及伴随着的灯光表现出来。
一、系统整体设计
（一）功能要求
本设计是一个音乐喷泉系统，可以实现对音频信号的采集、声音信号的A/D转换、彩灯的闪亮和进步电机的控制。首先由音频电路对外界音频信号完成采集，一部分送到系统的扬声器部分用于放大音乐声，采集到的另一部分模拟信号经过放大信号后进行A/D转换，把转换好的数字信号分别作为彩灯电路和步进电机电路的输入信号，完成彩灯的节奏闪亮和水泵喷出水柱的高低起伏。喷泉和彩灯的工作是根据捕捉到音频信号后随即开始工作。因此可以选择手动输入音频信号，如手机或者电脑选取一段音乐作为输入信号，用来启停喷泉。当音乐开始响起，该系统会伴随着高低起伏的喷泉和光彩夺目的彩灯。
（二）方案论证与选择
1. 音乐喷泉控制系统的方案选择
方案一：基于硬件电路采样的前馈补偿音乐喷泉控制系统
当音频电路捕捉到音乐信号时，会同时流向扬声器和单片机，并带动水泵喷射。但这种设计会出现响应滞后问题。因为扬声器收到音频信号时可以快速做出响应，而水泵工作需要经过潜水泵调速这一环节，所以喷泉出来是会比起扬声器播放有所延误。因此可以采用前馈补偿音乐喷泉的设计，利用计算机对音频信号做事先处理，把潜水泵的控制信号设置优先于扬声器的音乐信号，解决喷泉响应滞后的问题。但利用计算机操作起来难度系数比较高，相对难以实施。
方案二：基于单片机的音乐喷泉控制系统
采用STC89C52单片机为核心，本身具有低功耗、高性能且可以灵活的按照系统需要进行程序设计，且能简单方便的控制潜水泵电路，让喷泉正确配合乐曲完成相应动作，并达到乐曲、灯光和喷泉共同完美完成一系列工作。综上STC89C52单片机更适合本设计，因此选用方案二。
目录
引言 1
一、系统整体设计 2
（一）功能要求 2
（二）方案论证与选择 2
1. 音乐喷泉控制系统的方案选择 2
2. 潜水泵调速方案的选择 2
（三）系统结构图 3
二、系统硬件设计 3
（一）单片机电路设计 3
1.STC89C52芯片概述 3
2.最小系统电路设计 4
（二）音乐信号采集电路设计 5
1. 音频放大电路 5
2. A/D转换电路 7
（三）潜水泵调速方案设计 9
（四）灯光方案设计 9
三、系统软件设计 10
（一）主程序框图 10
（二）潜水泵模块 11
（三）灯光控制模块 12
四、系统调试与结果 13
（一）硬件调试 13
（二）软件调试 14
五、实物制作与安装 14
总结 19
致谢 20
参考文献 21
附录 22
（一） 原理图 22
（二） PCB图 23
（三） 元件列表 24
（四） 实物图 25
（五） 源程序 26
引言
音乐喷泉最初是由德国先提出的，起初音乐喷泉只是出现在饭店里，由简单的小喷池和音乐组成，没有太多的花样，简简单单的只是供客人欣赏和聆听音乐。音乐喷泉也在之后的几年慢慢的发展了起来，花样也逐渐增多，规模也越来越大，也 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
受到了越来越多人的欣赏，最多的时候是在美国首次表演，当时慕名观看的人数更是超过了一百五十万人。随后音乐喷泉被更多人了解并推广，也得到了多安面的改进和完善，使得可欣赏度大大提高。随着电脑技术的不断提高，人们也开始结合音乐喷泉和电脑，使得喷泉的花样更是丰富多彩。随后在80年代时也开始陆续引进到我国，大多喷泉也是作为了风景区式的存在，使得人们的业余生活更加的丰富。在此基础上，我国通过不断学习和改善，使得喷泉的面貌多姿多彩，同时音乐喷泉也和激光、水幕电影等结合在一起，更是达到了赏心悦目的效果。
目前国内出现了很多著名的音乐喷泉，例如青岛世园会音乐喷泉、深圳海上世界音乐喷泉、大雁塔音乐喷泉和苏州金鸡湖音乐喷泉等等。就金鸡湖音乐喷泉来说，它位于江苏省苏州市苏州中心金鸡湖，目前算是华东地区最大的音乐喷泉了。整个喷泉坐落在金鸡湖中，大约有一百三十多米长，可喷射的喷泉高达几十米，离岸边几十米的距离，游客站在岸边就可以很清晰直观的欣赏这一美景。喷泉结合了激光表演、音乐和灯光为一体，伴随着音乐喷射的水型层出不穷，配合上各种灯光秀使得游客在各个角度都能有很好的视觉效果，使得游览者无不陶醉其中。
本课题设计制作出的音乐喷泉是运用芯片STC89C52为主导控制传输转换的芯片。相比大型湖泊式音乐喷泉来说，它是一个小型化的音乐喷泉，优点是小巧灵活且容易操作。它由软件编程和硬件模块的搭建两部分构造。通过学习在校期间的专业课程，对电子元器件的线路搭建和焊接的手工操作，对故障的检测知识的学习和摸索，并在此设计里结合自己的想法设计一个可以放在宿舍或卧室里的音乐喷泉。电路先是通过音频电路捕捉到音频信号，然后送到A/D转换模块，将数字信号送到STC89C52芯片中，最后通过步进电机喷嘴喷射出的水柱以及伴随着的灯光表现出来。
一、系统整体设计
（一）功能要求
本设计是一个音乐喷泉系统，可以实现对音频信号的采集、声音信号的A/D转换、彩灯的闪亮和进步电机的控制。首先由音频电路对外界音频信号完成采集，一部分送到系统的扬声器部分用于放大音乐声，采集到的另一部分模拟信号经过放大信号后进行A/D转换，把转换好的数字信号分别作为彩灯电路和步进电机电路的输入信号，完成彩灯的节奏闪亮和水泵喷出水柱的高低起伏。喷泉和彩灯的工作是根据捕捉到音频信号后随即开始工作。因此可以选择手动输入音频信号，如手机或者电脑选取一段音乐作为输入信号，用来启停喷泉。当音乐开始响起，该系统会伴随着高低起伏的喷泉和光彩夺目的彩灯。
（二）方案论证与选择
1. 音乐喷泉控制系统的方案选择
方案一：基于硬件电路采样的前馈补偿音乐喷泉控制系统
当音频电路捕捉到音乐信号时，会同时流向扬声器和单片机，并带动水泵喷射。但这种设计会出现响应滞后问题。因为扬声器收到音频信号时可以快速做出响应，而水泵工作需要经过潜水泵调速这一环节，所以喷泉出来是会比起扬声器播放有所延误。因此可以采用前馈补偿音乐喷泉的设计，利用计算机对音频信号做事先处理，把潜水泵的控制信号设置优先于扬声器的音乐信号，解决喷泉响应滞后的问题。但利用计算机操作起来难度系数比较高，相对难以实施。
方案二：基于单片机的音乐喷泉控制系统
采用STC89C52单片机为核心，本身具有低功耗、高性能且可以灵活的按照系统需要进行程序设计，且能简单方便的控制潜水泵电路，让喷泉正确配合乐曲完成相应动作，并达到乐曲、灯光和喷泉共同完美完成一系列工作。综上STC89C52单片机更适合本设计，因此选用方案二。
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