基于单片机音乐彩灯电子控制器设计

物理与电子工程学院《单片机》课程设计报告书设计题目：基于单片机音乐彩灯电子控制器设计专业：自动化班级：14接本学生姓名:李智瑶学号:20140343112指导教师：王承林2014年11月16日物理与电子工程学院2014级本科课程设计1物理与电子工程学院课程设计任务书专业：自动化班级：2014接本学生姓名李智瑶学号20140343112课程名称单片机原理及接口技术设计题目基于单片机音乐彩灯电子控制器设计设计目的、主要内容（参数、方法）及要求设计任务与要求要求将音乐分成四个不同的频段，将彩灯分为四组，各组彩灯颜色不同，每组彩灯包含两个颜色相同的彩灯。(1)实现音乐彩灯同步控制；(2)当音乐处于高频段2000~4000Hz时第一组彩灯根据音乐节拍长短不同决定灯亮的个数；(3)当音乐处于中频段500~1200Hz时第二组彩灯根据音乐节拍长短不同决定灯亮的个数；(4)当音乐处于低频段50~250Hz时第三组彩灯根据音乐节拍长短不同决定灯亮的个数；(5)当音乐在这些频段之外，要求所有彩灯按照1Hz频率节奏性的闪烁；工作量2周时间，每天3学时，共计42学时进度安排第1天：查阅资料，整理资料第2-3天：整理报告，确定初稿第4-14天：完成程序，整理交稿主要参考资料[1]杨国志，王立峰，杨东光，王辉林编著.实用电子制作实例[M].福建科学技术出版社，2000.10.[2]张仁.单片机音乐彩灯同步控制器的设计[J].成都气象学院院报，1995.5.(165~168).[3]王连涛主编.音乐喷泉的单片机控制[J].电子世界，2005.(21~22).[4]康华光，陈大钦编著.电子技术基础（模拟部分第四版）[M].高等教育出版社，2002.3.[5]潘永雄，沙河编著，电子线路CAD实用教程（第三版）[M].西安电子科技大学出版社，2010.2.指导教师签字教研室主任签字物理与电子工程学院2014级本科课程设计2摘要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，低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用。本篇设计为基于单片机的音乐彩灯控制器，它是指彩灯能随着音乐信号地变化而变化的一种控制电路。本文详细论述了音乐彩灯控制器的硬件原理电路，包括振荡、时钟、复位等模块电路。以及如何在硬件电路的基础上通过单片机进行软件编程最终实现音乐彩灯的同步控制。关键词：音乐；彩灯；同步控制物理与电子工程学院2014级本科课程设计3目录1引言..........................................................................................................................................42.1设计任务与要求...................................................................................................................52.2方案的论证和选取...............................................................................................................53硬件电路的设计......................................................................................................................73.1单片机系统设计框图...........................................................................................................73.2单片机外围电路...................................................................................................................83.3时钟电路...............................................................................................................................93.5按键电路.............................................................................................................................113.6ISP下载口电路...................................................................................................................113.7LED彩灯显示电路..............................................................................................................123.812864液晶电路...................................................................................................................123.9音乐播放电路.....................................................................................................................143.10直流稳压电源电路...........................................................................................................154系统软件设计........................................................................................................................164.1单片机系统设计主程序流程图.........................................................................................164.2音乐产生程序.....................................................................................................................204.3定时器子程序设计序.........................................................................................................214.4液晶显示子程序.................................................................................................................29参考文献....................................................................................................................................32物理与电子工程学院2014级本科课程设计41引言目前，基于彩灯控制器的设计的方法很多，有利用单片机控制的、有利用传感器控制的，还有利用EDA控制的等等。在简化设计步骤和节约实验器材的情况下，为了简化硬件电路，也可采用PLCS7-20CN控制的，虽然硬件电路比较简便，但是实验程序更复杂，实验步奏更繁琐；对于编写程序是个比较困难的问题。通常采用单片机控制的方法，即利用单片机的端口来控制彩灯以及音乐播放，在程序编写上更容易编写，程序的可编译性更强。本设计利用AT89S52单片机来实现基于单片机的音乐彩灯控制的设计。用一恒流源供电，当按下“开始”按键时单片机开始输出，彩灯开始闪烁和音乐播放开始同步播放；当按下“停止”按钮时音乐播放停止，彩灯停止闪烁，LCD显示停止。当再次按下“开始”按钮时彩灯开始闪烁和音乐播放开始同步播放。单片机系统通过对采用数据进行扫描，控制D/A转换器转换，并根据按键控制端口输出。此方案思路清楚，电路简单，便于操作[1]。物理与电子工程学院2014级本科课程设计52设计方案的比较与选择2.1设计任务与要求要求将音乐分成四个不同的频段，将彩灯分为四组，各组彩灯颜色不同，每组彩灯包含两个颜色相同的彩灯。(1)实现音乐彩灯同步控制；(2)当音乐处于高频段2000~4000Hz时第一组彩灯根据音乐节拍长短不同决定灯亮的个数；(3)当音乐处于中频段500~1200Hz时第二组彩灯根据音乐节拍长短不同决定灯亮的个数；(4)当音乐处于低频段50~250Hz时第三组彩灯根据音乐节拍长短不同决定灯亮的个数；(5)当音乐在这些频段之外，要求所有彩灯按照1Hz频率节奏性的闪烁；2.2方案的论证和选取方案一：基于单片机的音乐彩灯控制器的设计，是利用单片机编程产生频率分为1.2MHz~12MHz的方波，根据实际情况，本设计采用12MHz作为系统的外部晶振，电容值取30pF。经过发射驱动电路放大，使LED灯闪烁，同时音乐同步播放并通过12864液晶屏显示频率[2]。其系统框图如图1所示。图1基于单片机的音乐彩灯控制器的设计的系统框图这种以单片机为核心的基于单片机的音乐彩灯控制器的设计；利用振荡电路产生12MHz的时钟信号，在通过单片机输出，单片机系统通过对采用数据进行扫描，控制D/A转换器转换，并根据按键控制端口输出，此方案思路清楚。利用单片机、按键控制音乐彩灯，控制灵敏度高，而且单片机控制方便，操作简单。许多音乐彩灯控制器的设计都采用这种设计方法。单片机系统振荡电路按键及下载口电路12864液晶显示电路音乐播放电路彩灯显示电路精密恒流源物理与电子工程学院2014级本科课程设计6方案二：这种测距系统采用CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice)器件，运用VHDL编写程序，使用MAX+plusII软件进行软硬件设计的仿真和调试，最终实现测距功能。CPLD器件内部的宏单元是其最基本的模块，能独立地编程为D触发器、T触发器、RS触发器或JK触发器工作方式或组合逻辑工作方式。它的这种特性非常适用于本系统。可将本系统所需要的分频功能、计数功能、振荡器、七段码显示全部由MAX来实现，而只需在外部配上适当的超声波传感器、接收和发送电路，即可组成一个性能稳定、响应速度快且具有显示功能的彩灯控制器。本设计首先进行系统模块的划分，规定每一个模块的功能以及各模块之间的借口，最终将设计分为三大模块：四分频器，四选一控制器，8样彩灯控制器。本设计充分利用VHDL“自顶向下”的设计优点以及层次化的设计概念，从简单的单元入手，逐渐构成复杂的系统。配合使用MAX+plusII开发软件，可集设计输入、设计处理、设计校验和器件编程于一体，集成度高，开发周期短。其