音乐彩灯控制器.docx

1、课程设计报告 设计题目: 音乐彩灯控制链 院 系: 机电学院 专 业: 电子信息工程 学 生: 学 号: 指导老师: 日 期： 一设计题目音乐彩灯控制器声控音乐彩灯是音乐声响与彩灯灯光的相互组合，使音乐的旋律伴以亮度、颜色和图案不断变换的灯光，使人的视觉和听觉结合在一起获得综合的艺术享受。二设计任务和要求(1) 任务设计一种组合式彩灯控制电路，该电路由三路不同控制方法的彩灯所组成，采用不同颜色的发光二极管作设计实验。(2) 要求 第一路为音乐节奏控制彩灯，按音乐节拍变换彩灯花样。 第二路按音量的强弱（信号幅度大小）控制彩灯。强音时，灯的亮度加大，且灯被点亮的数目增多。 第三路按音调高低（信号频

2、率高低）控制彩灯。低音时，某一部分灯点亮；高音时，另一部分灯点亮。三总体方案设计(1) 设计思路根据课题要求，本控制器可分别用三部分电路实现。音乐的节奏往往由乐队的鼓点来体现，实质上它是具有一定时间间隔的节拍脉冲信号。因此，可采用计数、译码驱动电路构成节拍脉冲信号发生器（或称时间顺序控制器），使相应的彩灯按节奏点亮和熄灭。为实现声音信号强弱的控制，应该将声音信号变成电信号，经过放大、整流滤波，以信号的平均值驱动彩灯发亮。信号强，则灯的亮度大，且点亮灯的数目增多。为实现高、低音（不同频率信号）对彩灯的控制，采用高、低通有源滤波电路。低通滤波器限制高音频信号通过，而高通滤波器限制低音频信号通过，分

3、频段输出信号，经过放大驱动相应的发光二极管点亮。(2) 控制器原理框图采用动圈式话筒或者扬声器，将声响信号变成电信号输出，信号源经放大器放大后输出分别送往：（1）单稳态触发器，输出脉冲信号通过驱动电路来驱使彩灯发光；（2）多谐振荡器脉冲输出到计数器，计数脉冲通过计数和译码驱使彩灯发光；（3）送往高低通电路，取出所需要频段信号后驱动彩灯发光。控制器原理图四具体设计音乐节奏控制彩灯1）音乐节奏控制彩灯的原理音乐的节奏往往是由乐队的鼓点来体现，实质上是具有一定时间间隔的脉冲信号。我们的目标是 要彩灯按照节奏依次闪亮。因此，设计了一个多谐振荡器，由音乐信号调谐，产生计数脉冲，使彩灯循环点亮的速率随音乐

4、的节奏而改变。有了节奏脉冲，还应有计数和译码，这样才能依次点亮彩灯。LED点亮时，由于脉冲电流过大所以还需要限流电阻保护LED。由于在触发节奏脉冲的电压比输出的音频信号大，所以还需要一个音频放大电路。电源与上电路公用一个。电路工作原理：音频信号输入后经过放大电路放大后进入多谐振荡调制其频率，多谐振荡产生出脉冲信号后送计数器计数后译码，再送入驱动电路驱动彩灯闪亮。图3-1 节奏流程框图2）音乐节奏控制彩灯的实现音频放大电路放大电路使用基极分压式射基偏置电路放大：工作电压为12V，三极管为9014，9014的放大倍数在1001000 ,而b-e极电压小于0.7V才能饱和导通，所以用Rb1=1M的电

5、阻使电压适合于三极管的放大。由于9014承受的最大电流,R1=5.1K。多谐振荡器该电路工作电压Ucc设为12V，当远远大于时，,此时输出的波形为理想对称的方波，所以使用的可变电阻，这样实现了方波，也使可以调节电路的灵敏度。C1在充、放电过程中，其电压在的1/3到2/3之间变化，所以时基电路3脚输出高电平的时间可用以下式表示（即充电周期），即t1=0.7(R1+R2)C13脚输出低电平时间（即放电周期）: t2=0.7R2C1振荡周期： T=t1+t2=0.7(R1+2R2)C1根据以上公式可以求出R1、C1、C2，由于电容在市场上的型号不多。所以就选相近的C1=0.47uF,。其他电路CD4

6、017的供电的电压为3V15V为了方便电源供电就选用12V作为供电电压。LED的供电电压为2.5V，为了不超过它的最大电流，所以要串联一个稳压电阻，先选取R=1K的电阻。3）音乐节奏控制彩灯总电路实现三极管构成放大电路,放大后送振荡电路。用NE555够成自激振荡器送出方波，即是脉冲信号，通过计数器和译码器后，经过限流电阻LED发光。 晶体管Q1组成音频放大器，他将音频信号加以放大，然后通过电容C2电位器R3加到ME555时基电路的5脚，对555构成的振荡器进行调制。74LS162为十进制计数器，其CP端输入的计数脉冲来自NE555时基电路组成的多谐振荡器。当CP端源源不断地输入计数脉冲时，通过

7、译码器使彩灯LED1LED10依次点亮(由于工作区大小有限，发光二极管并未全部画出)。调节电位器，R3改变时基电路的振荡频率，故使彩灯LED1LED4的循环速率。音频信号经过放大、通过RP2加到A1的5脚，因改变5脚电平的高低，使555的阀值翻转，电平发生变化，即对振荡器频率进行调制，亦使U1的振荡频率随音乐的频率而变化，所以LED1LED4的循环点亮的速率又随音乐的节奏而改变。调节R3的阻值，则可调节电路的灵敏度。音乐大小控制彩灯1)音乐大小控制彩灯的工作原理音乐的大小，是原唱者的声音的强弱起伏，它在音频信号中表现为正弦波的波峰，所以在他达到波峰时说明他的音乐大。在波谷是他就小，所以就需要设

8、计一个触发电路，由声音的强弱控制，根据要求使用了NE555时基电路中的单稳态电路，触发后驱动LED发光。由于音频电压过小，所以还要设计一个放大电路。图2-2 音乐大小 2）音乐大小控制彩灯的实现放大电路由于555单稳态电路是低电平触发，所以设计时采用了反向放大，三极管起反向作用，故采用射基偏置电路。VT（9014） b-e极承受的极限电压在0.7V，最大电流为0.1A，所以根据基尔霍夫定理得：U-Ur=Ube, U-I*R1=Ube,可得： =330K。单稳态电路由于电容的容量和耐压不好选，所以就先选电容为，设单稳态的暂态时间为。根据公式： 得 0.1=1.1*R1*C1 所以R1取5k限流电

9、阻的计算：由于的脚电压为2V，LED的承受电流为30mA，取的最大取值为：R= =667R=6803）音乐大小控制彩灯总电路图的实现设计电源电路为了NE555提供稳定的直流电源12V；设计NE555时基电路构成单稳态触发电路，经过限流电阻，点亮电路用LED发光二极管。音频输入后，经过由Q1组成的音频放大器电压放大。555时基电路与电阻R2、电容C1接成典型的单稳态工作模式，由于R2，C1的取值较小，所以暂态时间非常短，。限流电阻构成保护电路，去驱动LED闪亮。音频输入时，经Q1反向放大，使时基电路2脚电平在上下波动。当电位不大于时，时基电路置位，进入暂态，3脚输出高电平，晶闸管导通，LED发光

10、。由于暂态时间很短，很快又翻回稳态，LED彩灯熄灭，也就是说彩灯不会有停滞状态，它能随时基电路的2脚电平即音频电信号的变化而变化。当变阻器的电阻越小，静态时555的 2脚电平越高，电路的声控灵敏度就越低，所以根据需要调节变位器。 音调高低控制彩灯1） 音调高低控制彩灯的工作原理音调主要由声音的频率决定，同时也与声音强度有关。对一定强度的纯音，音调随频率的升降而升降；对一定频率的纯音、低频纯音的音调随声强增加而下降，高频纯音的音调却随强度增加而上升，所以应用滤波器滤出高频、低频，以方便驱动彩灯发光。音调即是声音中的高音和低音，我们人类能识别的声音频率2020,所以设置1以上为高音、以下则为低音，

11、所以要一个高低音滤波器去驱动彩灯发光。放大电路就和上面电路公用，电源公用一个。音频放大后经高低通滤波，送限流电阻限流后使彩灯发光。图4-1 音调电路结构框图2） 音调高低控制彩灯的分电路设计高通电路RC有源高通滤波器参数的计算（设上限频率f=1000HZ）： (1)通常电容C的容量宜在微法数量级以下，的值一般约为几百千欧内，vh由于电容容量档级较少，常先选用值，再计算电阻的值。选择,则=16K（2）考虑到二价巴特沃斯滤波器的=0.707和,故有R4=0.586R3,运算放大器两输入端的外接电阻必须满足平衡条件：，由R4=0.586R3和，得:R3=33K,R4=20K,。（3）供电为12V，可

12、LED承受的电流为灯泡电压为，由 ，R5=550。由于高通滤波器与低通滤波器在电路结构上存在对偶关系，他们的幅频响应也存在对偶关系，设置的频率界限为1000Hz，所以两个电路参数一样，只是接法不一样。音调高低控制彩灯的电路图音频经放大（放大电路和节奏电路合用）输入后分别送往高低通电路。高通电路：由入经过到U1，在U1内滤出低频信号，高频信号输出来,驱动LED1发光。低通电路：由R6入经过R7到U2的输入端，滤出高频，低频信号s输出来后使R10导通，使LED2发光。 音乐彩灯控制器总图1） 电源电路单稳态电路的工作电压在318V之间，选取12V电压为电源电压，所以设计时使用220V交流电压经过变

13、压后得到12V的交流电压，再经过桥式整流、整流滤波后由三端稳压7812稳压为12V，供给各个电路元件使用。1电源电路结构常见小功率直流稳压电源系统由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路等四部分组成，如图。（1）桥式整流二极管参数计算正向平均电流：最大反向电压：（2）滤波电容参数：取C1=1000F，电容耐压：取V,故电容参数为C1:1000F/25V。通过稳压管后 稳压为12V，提供给各个电路音乐控制彩灯总图Pcb；音频的输入可以是话筒或扬声器；电路图中，由于绘图区大小有限，表示的彩灯个数有限，在实际中彩灯的个数还可以继续添加，每个发光二极管的颜色不尽相同，以达到实际绚丽的效果。五原件清单

14、表图示标号原件类别数值 数量C1 C2 C4 电阻1.0uF3C3电阻1000uF1C4 C6 C7 C8 C9电阻0.1uF5Rb1电阻1M1Rb2 Re R2 R5 R6 R7 R8 R10 电阻1K8R3 R4滑动变阻器1K2R1电阻5.1K1Rb3电阻330K1R12 R13 R17 R18电阻16K4R14 R19电阻33K2R15 R20电阻20K2R16 R21电阻5502R9电阻100K1R11电阻6801Q1 Q2三极管标准2LED17发光二极管2.5V7U1计数器74LS621U2译码器74LS421U3三端集成稳压器LM78121U4 U5运算放大器2A 1 A2555定

15、时器标准2V1交流电源220V/50HZ/01T1变压器NLT_PQ_4_201D1桥式整流器1B4B421导线若干六设计总结 总的来说，我们对课程设计中模拟电路和数字电路有了更加深刻的理解，对一些知识也有了全部新的感悟，不像以前一样只停留在课本上。这次设计试验操作中，仍有许多知识盲点，而且有时候实际的东西并不像课本书上所说的那么简单，还需要我们继续深入的学习。首先党我们确定了课题后，就开始琢磨怎么下手，从整个设计思路及原理图，我们整整花了一天时间，有问过师兄，有问过林榕老师，起初有些地方像原理图的“多谐振荡器脉冲输出到计数器，计数器脉冲通过计数器和译码器驱使彩灯发光。”始终有点不懂，后来的后

16、来经过请教别人后也就弄懂了其工作原理。所以觉得在设计任何一个课题之前都必须得把整个电路搞清楚才知道怎么实现它。在元器件预定回来时，才发现我们所要的计数器74LS162和译码器74LS42这两个重要芯片居然没有，结果很悲催，然后就赶紧上网查了这两个芯片的功能特征看是否可以用其他的芯片代替，结果我们找到两个同样功能的芯片可以实现以上的功能。这个告诉我们当遇到元器件缺失的情况下要懂得另找它路不要放弃。 接下来是焊接的过程，我们两个也毫无怠慢，整整焊了一天。我们两个分工明确，丽平主要负责看电路图弄清哪个元器件要放置哪里，而我主要负责全部的焊接过程，我们虽累可是却收获很多，你看我不仅焊工又有所提升了而且

17、对整个电路又进一步加深了解。 调试的过程无非是让我们心情悲喜交感的状态，因为好不容易完成了一个作品，成与不成，一试就出来了。很悲剧的是我们的不可以实现那三个功能，顶多那排流水灯会亮撒。我们陷入困境了。我再次找师兄帮忙，看能否检测哪里出错了，结果是他也不懂，又重新给我们讲了一遍原理图，发现那个网上下载的原理图本身就有问题，由于老师给我们的时间比较宽裕，所以我们又重新整理了下原理图，又重新再弄一个。经过上次的失败和师兄的指导下，我们很快的完成了第二个作品，这一次比上一次好很多，至少有两个功能可以实现了，至于另外一个功能暂时仍摸不着头脑。对于我们两个来说这已经给我们最大的安慰和鼓励了。总而言之，这次的实训收获甚多，不仅提高我们的动手能力而且加深了我们队理论知识的理解，及学会过程中遇到问题如何解六参考文献1康华光编.电子技术基础(第五版). 北京：高等教育出版社，20062吴建国编.数字电子技术. 武汉：华中科技大学出版社，20103郝国法编.电子技术试验. 北京：冶金工业出版社，2007