基于HT单片机的多模式音乐IC设计创意书

2010年“盛群杯”重庆大学生单片机应用设计竞赛参赛编号：20100054作品名称：基于HT单片机的多模式音乐IC设计学校名称：重庆科创职业学院科系名称：机械与电子工程指导老师：陈帅华参赛学生1：杨伟参赛学生2：杨光文参赛学生3：代义根参赛学生4：黄志荣公元2010年3月10日作品创意书一、摘要本作品提出了一种基于HT46单片机的音乐IC控制方案。由单片机检测音频信号的脉宽，经单片机处理和控制使LED随着音频信号的变化而变化，实现对LED彩灯快、慢、柔等多模式的控制。其硬件电路简单，亮灯模式主要由软件编程控制完成。与普通LED彩灯相比，具有体积小、价格低、低能耗等优点。二、作品介绍随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到彩色霓虹灯。LED彩灯由于其丰富的灯光色彩，便宜的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用，用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。但目前市场上各式样的LED彩灯控制器大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂、功率损耗大等缺点。此外从功能效果上看，亮灯模式少而且样式单调，缺乏用户可操作性。该作品以HT46单片机为核心，单片机外接检测麦克风音频输入和音频信号直接输入电路，模式转换电路，循环选择控制，三支发光二极管随音频输出显示电路。具有对音频信号频率和幅度的检测和相应的LED显示功能。本作品的创新点在于用单片机检测音频信号的脉宽，然后通过单片机处理和控制让LED随着音频信号的大小而变化。LED变化工作模式多，不仅在理论上具有较高的研究价值，特别是对编程技巧有非常高的要求。本系统还具有精度高、响应快、抗干扰、系统稳定等特点。三、工作原理（一）系统总的方案图1系统总的电路框图本作品以HT46单片机为核心，通过单片机对音频信号进行检测（主要检测脉宽），在通过单片机的控制让LED灯按各种方式随着声音的频率和幅度闪动。系统包括，LED彩灯控制器（HT46主控模块），具有对音频信号的检测和相应的控制显示等功能，并利用HT46的端口输出控制信号，利用单片机端口的3个输出端上面焊有3个LED彩灯（用三极管扩流可以扩展多个LED），使得彩灯在软件的控制下工作。（二）声音检测方案MK1MICROPHONE1R111KC30.1uFR105.1MBBCCEEQ49014/D965R910KBBCCEEQ59014/D965C20.1uFC547uFC40.1uFR124.7KR8510kVCC麦克风输入调节R9可以改变声控灵敏度图2音频信号输入检测电路由于音乐声音的音频信号是相当复杂和不稳定的,单独检测声音的频率和幅度会是产品的成本大大增加。本作品采用的是检测声音的脉宽从而通过单片机控制LED的闪动，不仅成本大大降低了，而且性能更高，系统更加稳定。如图2所示，该电路是对音乐声音的直接检测，当有声音或者音乐声时候，麦克风（MK1）就会将声音信号转化成电信号经C3滤波、Q4/Q5放大、在经由R8、C2组成的RC回路就得到了经过处理后的音频信号，然后通过单片机对其进行检测、存储和控制，从而控制LED闪动。（三）模式的选择控制方案该作品模式功能很多，有单纯的声音控制、有声音和按键同时控制、有声音信号直接通过麦克风输入检测、有音频信号直接输入（没有通过扬声器进行播放）等。因此单片机在控制和处理中工作量很大，对软件的编写技巧要求相当高，因此没有合理的硬件设计和软件的结构安排要实现如此多的功能是很困难的。在设计过程中，采用了单片机的两个I/O口，一个控制判断声音是MK1输入还是音频信号直接输入；一个断口通过按键扫描来确定此时我们所想得到的闪灯循环模式。另外在软件的编写中，采用了很多的寄存器和标志位来存储和判断各种情况，从而达到了各个环节中的理想结合。图3各种模式的选择控制方案（四）发光二极管显示声音的电路方案Q19014R44.7kVCCR1200D1RLED接I/O口图4控制发光二极管显示声音的电路当单片机检测到相应的信号时，通过动态扫描的方式从I/O口输出相应的信号，将LED按功能要求进行点亮。通过电阻保护，采用三极管进行扩流，以满足LED的工作电流，通过改变其放大倍数可以扩展更多颜色的LED，从而满足不同的需要。四、作品功能、特色（一）功能本作品LED彩灯用软件控制硬件的方式来使彩灯随音频闪烁，彩灯采用HT46单片机提供的电压工作。整个系统工作由软件程序控制运行，上电后系统经过初始化，查询是否有模式功能切换键按下，然后进入相应的工作模式。在设定模式状态下，可以根据个人爱好及不同场合的需要来指定调用哪些模式循环，并且对音乐的控制中可以是外接麦克风检测，也可以直接通过计算机或者其他设备直接音频输入。在工作状态下，LED彩灯控制器按照程序设定好的若干亮灯花样模式程序顺序调用往下走，开始工作，如果想进入其它设定模式状态，只需按下相应的功能切换键即可。对于每一个模式编写一个独立工作子程序，通过查表方式查询预先设定的工作数值。本产品具体功能如下：（一）闪灯模式：1、慢柔转红（5S）红绿（5S）绿（5S）绿兰（5S）兰（5S）兰红（5S）循环。2、单色闪红、绿、兰循环。3、双色闪红绿、绿兰、兰红循环。4、快柔转红（2.5S）红绿（2.5S）绿（2.5S）绿兰（2.5S）兰（2.5S）兰红（2.5S）循环。5、双色闪绿兰、兰红循环。此五种模式通过一按键可选且随音频节奏会改变更快。（二）另一ON/OFF选择开关，当对GND或VCC连上，三LED同时以2.5-5S速度不停地闪亮，无歌声或人说话声停闪。（二）特色本作品成本低，功能多，使用性强。在对音乐的检测和处理的过程中对单片机本身的功能模块利用较全面。在简化硬件的同时对软件有了很高的要求，绝大多数的功能实现都是用软件编程实现，因此充分利用了单片机本身内部的资源，由于该作品功能模式复杂，音频信号的灵敏变化，单片机处理和存储的数据变化快、状态多，因此对单片机的时钟频率，中断处理，PWM算法，各类寄存器等单片机资源的联系非常紧密，能够将单片机本身的资源应用的相当全面。与市面上大多数的LED彩灯相比，本作品所设计的彩灯具有更好的灯光装饰效果，性价比更高，与普通的全硬件LED彩灯相比具有更好的经济效益。应用主控模块输出的控制信号去控制LED工作，使得产品性能稳定、便以安装、容易操作。由于控制程序存储在HT46R232单片机的电可擦除Flash闪存EPROM中，如果用户需要更改系统的亮灯模式，无须改变系统硬件电路，只需修改其中程序即可，是一种很有市场前景的LED彩灯控制器。五、作品结构（一）硬件部分PB5/AN51PB4/AN42PA3/AFD3PA24PA15PA06PB3/AN37PB2/AN28PB1/AN19PB0/AN010VSS11PC0/TX12PC1/RX13PC214PC315PC416PD0/PWM017PD1/PWM1/TMR118RES19VDD20OSC121OSC222PA7/SCL23PA6/SDA24PA5/INT25PA426PB7/AN727PB6/AN628D1HT46R232控制LED显示音频信号检测输入端模式控制循环扫描图5单片机与各功能模块连接硬件图（二）软件部分本作品LED彩灯控制器最大特点在于所有亮灯模式均由软件控制完成。系统中软件可以分为主程序、中断服务子程序、音频脉宽检测程序、查表赋初值、查表中断、延时子程序。上电后通过按健扫描的方式，通过软件来控制各种模式的循环。利用单片机定时器作为定时基本单位，根据模式需要计算好所有的查表初值，通过单片机的控制使LED彩灯按照设计的模式工作。主程序除了调用各种子模式子程序，调用LED显示子程序和延时子程序之外，还一直保持查询是否有功能切键按下以及是否有模式改变按键按下以及是否检测到有声音信号，一旦有功能切换键和模式改变键按下或者有声音脉宽信号，就会进入相应的按键处理和功能模式。主程序流程如图6所示，只要控制好所有信号的检测、判断和处理就可以组合成各种亮灯效果。图6主程序流程图模式选择子程序：CHEKRB6:MOVA,PA;ANDA,#40HMOVPORTBTEMP,ACALLDEL10MSMOVA,PA;ANDA,#40H;SZPA.6;PA6ISOVERTIMESSAMEANDCHEKLOWANDHIGHJMPCHEKRB6;NOSAMEREPEATCHEKSE#0JMPSHK;不等于0，调用声控JMPSHKANDKEY;等于0，按键和声控,PA6=0?声控子程序：SHK:MOVA，#20HMOVK8,A;进入第二种声控标致位(K8为通用寄存器)CLRKEYCOUNTERSZK8.4;有声控吗，无全灭JMPSHK_LOOP1SZK8.3；声控亮灭切换时间到标致位，到了清0JMPCHEKRB6MOVA，#04HMOVK8,A;重新计时亮灭SZK8.2;K8.2=0?JMPSHK_LOOP1MOVA，#02HMOVK8,A;闪烁亮灭循环控制,为0灭,为1亮MOVA,#50MOVRD,AMOVBD,AMOVGD,AJMPSHK_LOOP2