片機(jī)音樂彩燈課程設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-10 08:25 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 J=K，因此 J、 K 只有兩種取值 —00 和 11： 當(dāng)取值為 00 時(shí)， 74LS195 在移位的基礎(chǔ)上 QO 置 “0”， Ql =Q0、 Q2 =Ql、 Q3 =Q2；當(dāng)取值為 11 時(shí)， QO 置 “1”， Ql =Q0、 Q2 =Ql、 Q3 =Q2。由 74LS195 輸出端 Q0、 Ql、 Q Q3 驅(qū)動(dòng)四支發(fā)光二極管 (彩燈 )， 由輸出電平的高低決定彩燈的亮和暗。 (3)VHDL 編程彩燈控制電路 由于 CPLD (復(fù)雜可編程邏輯器件 )／ FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列 )可以重復(fù)無數(shù)次編程，在電路不做改動(dòng)的情況下，只需改變程序就可以靈活地調(diào)整彩燈圖案和變化方式，給燈光的變化帶來很大的方便。在電路中，如果以 1 代表亮燈，以 0 代表滅燈，由 0， 1按不同的規(guī)律組合代表不同的燈光圖案，同時(shí)使其選擇不同的頻率，從而實(shí)現(xiàn)多種圖案多種頻率的花樣功能顯示。 (4)電腦彩燈的控制 電腦主機(jī)的并行口 LPT 原為接打印機(jī)而設(shè)，共二十五個(gè)插孔，其中第二腳至九腳為數(shù)據(jù)端， 十八腳至二十五腳為接地端。我們可以用到二腳至九腳八個(gè)數(shù)據(jù)端子，至于一個(gè)接地端，十八腳至二十五腳任意一個(gè)。我們通過 C 語言對(duì)電腦接口 LPT 編程，來實(shí)現(xiàn)不同的控制。首先我們得確定 LPT 的基地址，一般主板上集成的接口 LPT 基地址為378H，也可以通過 BIOS 來查看確定。基本原理是 :確定基地址后，可用 C 語言中的 Output函數(shù)發(fā)送一個(gè)八位二進(jìn)制到基地址 378H，在接口 D0D7(即二腳至九腳 )就有相應(yīng)的輸出， Output 是接口輸出函數(shù)，如發(fā)送 1l000O000(其十進(jìn)制為 192)，表示為 Output(0x378，192)，則在 8 腳、 9 腳 (D D7)輸出高電平，而其它數(shù)據(jù)端則輸出低電平。 C 程序須在 環(huán)境中編譯通過， 程序在 Windows 下運(yùn)行時(shí)，按菜單鍵，可同時(shí)運(yùn)行其他程序。 相比之下，基于 AT89C51 單片機(jī)的彩燈控制方案更具有實(shí)用性，它體積小，性能好，價(jià)格低廉，亮燈模式多，可以隨時(shí)修改設(shè)置。基于 74LS195 的控制方案最簡單 ,但是花樣單一 ,VHDL 編程彩燈控制電路和電腦彩燈的控制方案成本高 ,在充分考慮到制作成本 ,易于實(shí)現(xiàn)及功能多等方面的前提下，我確定使用第一個(gè)方案。 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)模塊 該系統(tǒng)主要由單 片機(jī)、 LED 彩燈顯示模塊、音樂發(fā)聲模塊三部分組成，總體結(jié)構(gòu)設(shè)音樂彩燈 4 計(jì)如下圖 11 所示。 該硬件電路主要解決單片機(jī) AT89C51 對(duì) LED 彩燈的控制，使其按一定規(guī)律亮滅，從而實(shí)現(xiàn)一定的彩燈花樣。另外單片機(jī) AT89C51 還通過 三極管 的放大電路來驅(qū)動(dòng)蜂鳴器產(chǎn)生需要的音樂效果。這樣在彩燈變換的同時(shí)能伴隨背景音樂，達(dá)到音樂彩燈的目的。單片機(jī)對(duì) LED 彩燈和音樂的控制，都要通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)。下面就硬件以及軟件實(shí)現(xiàn)的單元電路分別進(jìn)行具體分析。 圖 11 系統(tǒng)原理框圖 限流電阻 音頻放大電路 LED 彩燈 蜂鳴器 單片機(jī) AT89C51 音樂彩燈 5 第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 本章節(jié)主要是硬件部分的設(shè)計(jì)，根據(jù)電路不同的功能模塊設(shè)計(jì)相應(yīng)的硬件電路來完成，該系統(tǒng)的總體電路見附錄一。下面就每個(gè)模塊的電路結(jié)構(gòu)和原理進(jìn)行具體的說明和分析。 單片機(jī)控制模塊 本系統(tǒng)采用 AT89C51 單片機(jī)，它對(duì)整個(gè)系統(tǒng)起總體控制作用，它采用的是 CMOS工藝 ，功耗低。其外圍電路圖如下圖 21 所示 圖 21 單片機(jī)控制模塊外圍電路圖 原理圖說明： 單片機(jī) AT89C51 作為主控模塊，彩燈的變換花樣通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)。 單片機(jī) AT89C51 的 口連接發(fā)音模塊，它是通過一個(gè)音頻放大電路接到蜂鳴器上， 通過單片機(jī)軟件編程來驅(qū)動(dòng)蜂鳴器產(chǎn)生需要的音樂效果。 X X2（ 1 19 引腳）音樂彩燈 6 連接晶振，用來產(chǎn)生中斷，為單片機(jī)提供時(shí)鐘 (12MHZ)控制信號(hào)。 RESET（ 9 引腳）連接一個(gè)復(fù)位電路，用來產(chǎn)生上電自動(dòng)復(fù)位。 音樂發(fā)聲模塊 單片機(jī)發(fā)聲概述 一般來說，單片機(jī)不像其他專業(yè)樂器那樣能奏出多種音樂的聲音，即不包含相應(yīng)幅度的諧波頻率。單片機(jī)演奏的音樂基本都是單音頻率。因此單片機(jī)演奏音樂比較簡單，只需要弄清楚“音調(diào)”和“節(jié)拍”兩個(gè)概念即可。 ◆ 音調(diào)表示一個(gè)音符唱多高的頻率。 ◆ 節(jié)拍表 示一個(gè)音符唱多長的時(shí)間。 音調(diào) 所謂 “音調(diào) ”是音樂學(xué)中的名詞，與平時(shí)所說的 “音高 ”十分類似。在音樂中常把中音C 上方的 A 音定為標(biāo)準(zhǔn)音高，其頻率 f=440Hz，其余音均與其進(jìn)行比較。 f1 和 f2 為兩個(gè)音符，如果這兩個(gè)音符的頻率相差一倍時(shí)，也即 f2=2f1 時(shí)，則成 f2 比 f1 高一個(gè)倍頻程。在音樂音符 1（ Do）與音符 ，音符 2（ Re）與音符 ， ……之間正好相差一個(gè)倍頻程，在音樂學(xué)中稱它相差一個(gè)八度音。在一個(gè)八度音內(nèi)，有 12 個(gè)半音。以 1─ 八音區(qū)為例， 12 個(gè)半音是： 1─ 1─ 2─ 2─ 3─ 4─ 4─ 5─ 5─ 6─6─ 7─ 。由于人耳的聽覺效果，這 12 個(gè)音階的分度基本上是以對(duì)數(shù)關(guān)系來劃分的。只要知道了這 12
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