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1、基于单片机的音乐喷泉控制器设计. 苏州工业园区职业技术学院 毕业项目 2022 届 项目类别：毕业设计 项目名称：基于单片机的音乐喷泉控制器设计专业名称：应用电子技术 姓名：王健 学号：202200784 班级：电子08301 指导教师：张筱云 2022年5月5日 苏州工业园区职业技术学院毕业论文（设计） 苏州工业园区职业技术学院毕业项目任务书（个人表） 诚信声明 本人郑重声明： 所呈交的毕业项目报告/论文基于单片机的音乐喷泉控制器设计是本人在指导老师的指导下，独立研究、写作的成果。论文中所引用是他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在论文中以明确方式标明。 本声明的法律结果由本人独自承
2、担。 作者签名： 年月日 目录 摘要 (1) 1 音乐喷泉的概述 (2) 1.1音乐喷泉简介 (2) 1.2音乐喷泉的发展方向 (2) 1.3音乐喷泉的设计意义 (3) 2 校园音乐喷泉的方案分析与论证 (4) 2.1校园音乐喷泉控制器的要求 (4) 2.2校园音乐喷泉控制器的方案分析 (4) 2.3方案论证 (6) 3 控制系统硬件设计. 错误！未定义书签。 3.1校园音乐喷泉控制系统结构框图 . 错误！未定义书签。 3.2校园音乐喷泉控制器硬件原理图 . 错误！未定义书签。 3.3单片机主控模块. 错误！未定义书签。 3.4控制器电源模块. 错误！未定义书签。 3.5控制器红外遥控模块 .
3、 错误！未定义书签。 3.6SD卡模块. 错误！未定义书签。 3.7F/V转换模块. 错误！未定义书签。 3.8A/D模块. 错误！未定义书签。 3.9D/A模块. 错误！未定义书签。 3.10功率放大模块. 错误！未定义书签。 3.11液晶12864显示模块 . 错误！未定义书签。 3.12变频器工作原理 . 错误！未定义书签。 4 控制系统软件设计. 错误！未定义书签。 4.1主程序流程图 . 错误！未定义书签。 4.2红外信号处理程序流程图. 错误！未定义书签。 4.3AD_DA转换程序流程图. 错误！未定义书签。 5 设计测试结果仿真与调试. 错误！未定义书签。 5.1仿真调试. 错误
4、！未定义书签。 5.2现场调试. 错误！未定义书签。 6 总结 (7) 7 参考文献 (9) 摘要 本文介绍一种以单片机为核心对音频信号进行处理的音乐喷泉控制器，很好的实现了音乐与喷泉的同步性。在基本功能达到的同时，在喷泉的外围设备上加以修饰（如灯光、喷头），并且由单片机控制很好的将它们融入了音乐，随着音乐节奏变化而变化。此次设计该音乐喷泉控制器的音源来自于SD卡模块，使用了红外遥控对控制器进行控制，并且通过液晶模块进行同步显示。充分体现了此次设计目的：小、精、全。 关键词： AT89S52，F/V转换，校园音乐喷泉，变频器 1 音乐喷泉的概述 1.1 音乐喷泉简介 喷泉是人工环境中最富有生命
5、力的景观,它具有分隔空间、增加层次、净化空气、美化环境的作用。现代高科技把美妙的音乐、多姿的喷泉造型、五彩缤纷的水下灯光、神奇的激光图文，通过电脑有机的结合在一起，给人以音乐声响、视觉形象、色彩变换三位一体的超自然享受（如图1-1、1-2）。随着我国人民物质生活水平的不断提高，对于精神生活的要求也在不断提高，为进一步改造环境景观，建设一个音乐喷泉是很有必要的。 图1-1 音乐喷泉1图1-2 音乐喷泉2 1.2 音乐喷泉的发展方向 1.2.1 冷雾喷泉 淡淡的干雾，别有韵致的，轻轻地舒展着妩媚。时而浩浩而来，时而蜿蜓而去，时而高耸如云，时而低回萦绕，使得空气纯净而湿润。而且变化莫测，让人透出阵阵
6、沁人心脾的惬意，如濒临世外仙境，配上如痴如醉的音乐，如梦如幻，产生虚无缥缈的梦幻般感觉，从而更增添了几分朦胧之美与神秘之感。干雾似乎能让人在熙攘市嚣中，暂时得以洗涤一身凡俗，舒缓那忐忑不安的心灵，也充分体现了人与自然不可分割的密切关系。 1.2.2水幕电影 电影，人们并不陌生，继立体电影和全景电影之后，当今电影业最热闹的、最令人耳目一新的莫过于激光水幕电影了。它是将激光电影投射在特制的大型水幕之上，内容新鲜刺激，激光变幻莫测，新奇飘逸的意境确实令人神往。 1.2.3玻光喷泉 弧形玻光水线穿池而出。单而高的喷、小而飘逸的泉，更强化了起伏效果，一种轻灵、腾飞之势呼之欲出，从而增加了亲水性，在流动的
7、水面中创造了不同层次的水景，形成颇具特色的景观。 1.3 音乐喷泉的设计意义 现在音乐喷泉是现在高科技技术在传统喷泉上的升华，是高科技的一种美的体现。做好一个真正的音乐喷泉并不是很容易的事，它涉及到信号处理、控制技术、模式识别、流体力学、机械设计等多种技术。需要对这些技术融会贯通才能做到熟能生巧，才能设计制造出生动活泼的美妙喷泉。 2 校园音乐喷泉的方案分析与论证 2.1 校园音乐喷泉控制器的要求 首先音乐音乐喷泉最基本且最核心的要求就是音乐与喷泉同步，在听觉和视觉方面同时给人一个美的冲击。 而校园音乐喷泉顾名思义，在完成音乐喷泉基本功能的同时，还要充分体现出以下两个方面： （1）校园音乐喷泉
8、控制器的外观大小： 此次设计突破人们的常规思想，因为每提到音乐喷泉，大家都会首先意识到各大型广场那壮观的一幕幕大型喷泉场景。此次设计目的是将音乐喷泉带到大家的身边（如学校、家庭），所以在外观大小方面做到精致，同时达到灯光与喷头的效果，最终实现喷泉可移动性。 （2）校园音乐喷泉控制器的功能完善： 在完成了音乐喷泉的基本功能后，外观大小做到精致的同时，必须保证功能的完整性。该控制器实现红外控制、液晶同步显示、音源模块与电脑方便通讯等功能。 2.2 校园音乐喷泉控制器的方案分析 下面我们就如何能方便、简单地实现校园音乐喷泉的以上功能及经济角度等方面，将在音乐喷泉控制系统中常用的各种控制控制器或控制电
9、路的优缺点进行简单地比较。 方案1：继电器-接触器控制系统 该系统与其他系统相比，结构比较简单，易于理解和掌握，其设计成本也相对较低。但从应用于该大型广场音乐喷泉系统中来看，该系统有以下几个缺点： （1）接点易磨损，电接触不好； 在一个喷泉系统中，需要用到的继电器、接触器的数量是相当大的，因此，在此控制系统中，如果有一个触点接触不良，整个系统就会瘫痪，而且要找出故障元件是很难的，维修也相当烦琐。 （2）功能局限性； 接触器动作缓慢以及过度延时是该系统的缺点之一，因为该控制系统要求与音乐同步，并能实时的表现出音乐信号的变化。同时，以接触器为控制核心，很难实现红外通讯与液晶通讯。 综上所述，由于该
10、系统有诸多弊病，继电器-接触器系统仅仅应用于反应速度、精度、实时性要求不是很高的场合，随着科技的进步，该型控制系统已逐渐被淘汰。 方案2：PLC控制系统 经过数十年的发展，PLC技术已越来越成熟，应用的范围也越来越广泛，几乎渗透到了各行各业。而在很多的控制应用系统中，以PLC为核心的控制系统逐渐成为理想的控制系统，主要特点：硬件的可靠性高、编程简单，使用方便。但该控制系统存在以下几个缺点：（1）性价比 一个产品的设计成功与否，主要考虑它的实用性与性价比，所以性价比是一个 不可忽视的环节，由于本次设计核心是一个校园音乐喷泉控制器，不仅在功能上要基本实现，而且需要有所突破，比如：配上红外控制，液晶
11、显示。这样PLC在通讯和I/O数量方便需要扩展，需添加相应的扩展模块，这样就大大提高了设计成本。 （2）音乐与喷泉同步问题 音乐的频率是一个很精准的模拟量，如果想很好的实现喷泉与音乐的同步问题，那么采集音频、音频转换等过程需要精度很高，而PLC本身不自带各转换模块（如AD、DA等），所以需要再次扩展，那么又重新回到性价比问题。 综上所述，PLC更适合一些大型的音乐喷泉制作，成本可以不计于考虑，但此次设计核心是校园音乐喷泉，以精致、性价比高为特点，将来还可能走向家庭，所以成本理应考虑。 方案3：工业PC机控制系统 目前市面上很多专业的音乐喷泉公司制作音乐喷泉开始采用工业PC机作为音乐喷泉的控制核
12、心，利用PC机的软件程序，对采集的音频信号进行图像化分析，这样就充分实现了音乐与喷泉的结合。这是一个技术性的突破，但是从经济角度去考虑，PC机的价格相对较高，同时PC 机的体积较大。所以与本次设计特点相冲突。 方案4：单片机控制系统 这是一个科技信息的时代，高科技智能化产品在一代代更新，但我们有没有想过，它们之所以更新那么快，原因在于它们的核心控制器件在更新，那就是单片机。 其实不管是PLC还是PC机等控制器，他们主核心控制还是由单片机完成，所以单片机的存在是具有很大的意义。其主要特点主要有： (1) 单片机的存储器ROM和RAM是严格区分的。ROM称为程序存储器，只存放程序、固定常数及数据表格。RAM则为数据存储器，用作工作区及存放用户数据。这样的结构主要是考虑到单片机用于控制系统中，有较大的程序存储器空间，把开发成功的程序固化在ROM中，而把少量的随机数据存放在RAM中。这样，小容量的数据存储器能以高速RAM形式集成在单片机内，以加速单片机的执行速度。但单片机内的RAM是作为数据存储器用，而不是当作高速缓