项目方案及模块

音乐喷泉硬件系统的设计

硬件系统的设计主要由音乐输入系统、数模转换系统、单片机控 制系统和输出控制系统等组成。本章节主要对音频放大电路、单片机 电路、硬件部件的设计介绍，对个硬件功能的选用以及电路板的制作。 2.1音乐信号的采集 本次设计是使用外部音源的喷泉系统，第一步对模拟音乐信号 的采集，再对音乐信号进行特征识别。音频信号的采集主要包括两个 过程，一是音频放大和，二是进行 A/D 的转换，下面分别进行分析。 2.2 单片机电路 单片机要采集音乐信号，并据此调节 I/O 口的输出来控制水泵 和彩灯。主芯片选用 STC89C51RC 单片机。STC89C51RC 单片机是 一个低功耗，高性能的 51 内核的 CMOS 8 位单片机，片内含 8K 空 间的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读存储器，具有 256bytes 的随 机存取数据存储器（RAM），32 个 I/O 口，1 个看门狗定时器，3 个 16 位可编程定时器，具有 ISP 功能，能够满足设计要求。使用简单且 价格非常低廉。故系统的主控制器采用此方案。 STC89C51RC 是 采 用 8051 核 的 ISP（In Sys tem Programming）在系统可编程芯片，最高工作 时钟频率为 80MHz， 片内含 8K Bytes 的可反复擦写 1000 次的 Flash只读 程序存储器， 器件兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51 引脚结构，芯片内集成了 通用8位 中央处理器和 ISP Flash 存储单元，具有在系统可编程（ISP） 特性，配合 PC 端的控制程序即可将用户的程序代码下载进单片机内 部，省去了购买通用编程器，而且速度更快。STC89C51RC 系列 单 片机是单时钟 / 机器周期 (1T) 的兼容 8051 内核单片机，是高速 / 低功耗的新一代 8051 单片机，全新的流水线 / 精简指令集结构 , 内部集成 MAX810 专用复位电路。 2.3 ADC0832 与单片机 89C51的连接 ADC0832 的时钟信号来自单片机 89C51 的 ALE 信号，89C51 采用 12MHz 时钟频率，ALE 为 2MHz，经四分频后为 500KHz 作为 ADC0832 的时钟频率。用 P2.7 控制 A/D 转换的启动与转换结束后 数字量的读取。ADC0832 的地址锁存允许管脚（ALE）H 和启动管脚 （START）相连。

 

软件系统的设计

主程序流程：音乐流水灯设计采用 C 语言进行编程，通过模块 化编程，从数据采集，数据处理，到驱动电路都需要单片机系统里 的程序去操作，执行。所以需编写一个程序对电路进行控制。主程 序实现原理：点亮第一支灯，读取 A/D 转换器的数据，根据数据所 反映的模拟信号的大小来控制从第一支灯点亮到下一支等所需要的 时间。将数字信号分为 4 个大小段 00H~3FH，40H~7FH，80~BFH， C0H~FFH。分别对应 4 个间隔时间调用 4 个延时子程序 0.01S，0.O2S， 0.03S，0.04S。延时结束就可以点亮下一支灯了，然后再读取一次 A/ D 转换器的数据，再延时再点亮，一直这样执行下去。直到点亮 8 支灯， 又从第一支开始。

 

外围模块 单片机控制系统包含数个独立模块，包括音频采集模块、 喷泉控制模块、灯光模块、供电模块、硬件等部分。音频采 集模块选用 ADC0832 芯片，测量范围和精度都满足本次设 计的要求。其 CH1 数据输入口连接功放器件 LM386 的输出端， 可以精确测量音频信息，提供控制依据。喷泉控制模块即利 用潜水泵的转速变化来控制潜水泵的流量变化，使用无触点 开关分时接通的方法提高潜水泵的转速档次，在硬件电路基 本不变的条件下，使潜水泵具有十八档转速的调速能力和更 好的节能效果，这种方法无需增加较多的硬件，仅在控制器 中采用新的调速程序，即可达到提高潜水泵转速档次和节能 的目的。设计采用特殊设计的电动闸阀作为喷头的控制器件， 在保证精确稳定控制的同时，能够根据单片机发出的信号连 续或断续地改变其工作状态，以达到预期的设计目的。灯光 模块采用了 8 组 LED 灯，分别接在单片机 P0.0-P0.7 引脚上。 根据音频采集模块得到的音频信息，使 LED 灯工作在 8 种 不同的工作状态下，包括全亮、半亮等，从而使添加音乐的 可视化效果。供电模块，在光线充足时系统自动选择太阳能 供电。在光线不稳定时，切换为电网供电。