【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 圖 32 是本次設(shè)計(jì)采用的音頻放大電路，可以看出該電路的具體細(xì)節(jié)。在 LM386 芯片的 1 腳和 8 腳之間串接一個(gè) 10 微法的電容，如此便能使放大電路的增益能達(dá)到最大值，200 倍數(shù)（46dB）。前面是放大電路的核心部分，此外圖中還包括對(duì)音頻放大電路的外圍電路進(jìn)行設(shè)計(jì)的內(nèi)容，電路中電容 CC6 的作用同為隔直流，電位器 P1 可以幫你達(dá)到想對(duì)音量的大小有絕對(duì)控制的權(quán)利，降低旁邊電路高頻噪音，提升輸出音質(zhì)的水平是元件 RC5 所要做的事情。去耦電容 C3 既能蓄能還能把旁路產(chǎn)生的高頻噪聲最小化。圖 32 音樂(lè)信號(hào)采集放大 采樣定理模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D變換轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的過(guò)程被稱為采樣。奈奎斯特發(fā)現(xiàn)了模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間聯(lián)系的橋梁，我們稱之為采樣定理。它作為連續(xù)信號(hào)離散化的基本依據(jù)反映的是采樣頻率與信號(hào)頻譜之間的關(guān)系。通常情況下，連續(xù)信號(hào)又被稱為模擬量信號(hào)，離散信號(hào)與數(shù)字量信號(hào)是相同的。采樣定理的具體內(nèi)容描述為“當(dāng)對(duì)一個(gè)模擬（連續(xù)）信號(hào)進(jìn)行離散化時(shí)，必須滿足采樣頻率fs 大于或等于被采樣信號(hào)的最高頻率fm的2 倍，只要這樣才能通過(guò)理想的低通濾波器，從變換后的樣本值序列信號(hào)中準(zhǔn)確地恢復(fù)出原始模擬信號(hào)”，此處fm 為香農(nóng)頻率。如圖 32 所示，在本次設(shè)計(jì)中，被放大的音樂(lè)信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，并以其形式被輸送到計(jì)算機(jī)，這便完成了音樂(lè)信號(hào)的采樣。 單片機(jī)電路采集的數(shù)字量音樂(lè)信號(hào)最終要輸入到單片機(jī)，并根據(jù)輸入的信號(hào)經(jīng)過(guò)一系列變換來(lái)調(diào)節(jié)I/O口的輸出電平，進(jìn)而控制水泵和彩燈。前面已經(jīng)提到，本次設(shè)計(jì)單片機(jī)主芯片選用AT89C51單片機(jī)。AT89C51單片機(jī)是一個(gè)低功耗，高性能的51內(nèi)核的CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4K空間的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀存儲(chǔ)器，具有128字節(jié)的RAM，32個(gè)I/O口，還包括定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，振蕩電路等，完全可以滿足我們的設(shè)計(jì)要求。最重要的是其使用簡(jiǎn)便價(jià)格低廉。圖33 AT89C51芯片 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)AT89C51芯片內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。XTAL1是反相放大器的輸入端，XTAL2為輸出端。輸入端與輸出端跨接晶振及兩個(gè)電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器，如圖34所示。其中，電容 C2 也有著不可取代的作用，它作為旁路電容，可以把該信號(hào)的中高頻噪聲連接到地，減弱系統(tǒng)噪聲。而晶振所起的作用就是為控制系統(tǒng)提供最基本卻又很重要的時(shí)鐘信號(hào)，所以在單片機(jī)系統(tǒng)中晶振已經(jīng)成為不可或缺的一部分。晶振與單片機(jī)內(nèi)部的電路連接并配合，可以產(chǎn)生單片機(jī)運(yùn)行時(shí)所必須的時(shí)鐘頻率，可以這樣形容，如果晶振能夠提供足夠高的時(shí)鐘頻率，那么單片機(jī)的運(yùn)行速度也隨之足夠快。晶振可以提供穩(wěn)定、精確的單頻振蕩，是因?yàn)橐环N特殊的晶體（能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化）在共振的狀態(tài)下工作的原因。圖34 自激振蕩器 A/D轉(zhuǎn)換電路經(jīng)過(guò)放大電路的音頻信號(hào)是音樂(lè)噴泉是否有動(dòng)作的決策者，對(duì)噴泉控制系統(tǒng)有著絕對(duì)的控制權(quán)，單片機(jī)要根據(jù)音樂(lè)信號(hào)對(duì)噴泉進(jìn)行控制，所以，音樂(lè)信號(hào)應(yīng)該被輸入到單片機(jī)來(lái)使用。但是，單片機(jī)無(wú)法對(duì)模擬量信號(hào)進(jìn)行識(shí)別并使用，為了完成這一任務(wù)，特地在此加入了A/D轉(zhuǎn)換電路，它的作用就是將放大的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)輸入到單片機(jī)，以供控制噴泉?jiǎng)幼髋c燈光閃爍。本次設(shè)計(jì)中，AD轉(zhuǎn)換電路的主芯片采納ADC0832。ADC0832芯片主要有這些特征：8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片，兼容性好，體積小，性價(jià)比高，有能力滿足一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。所以，在業(yè)內(nèi)ADC0832吸引了無(wú)數(shù)人的眼球，被廣泛采用。連接圖如圖35。該芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間是32s，與其他同類產(chǎn)品相比較快，數(shù)據(jù)誤差小，轉(zhuǎn)換速度快，穩(wěn)定性強(qiáng)等都是其長(zhǎng)相。此外，獨(dú)立的芯片使能輸入也使它的應(yīng)用變得快捷、方便、有效。ADC0832芯片的接口說(shuō)明如表31所示。表31 ADC0832各引腳說(shuō)明表接口說(shuō)明CS片選使能，低電平芯片使能CH0模擬輸入通道0，或作為IN+/使用CH1模擬輸入通道1，或作為IN+/使用GND芯片參考0 電位（地）DI數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制DO數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出CLK芯片時(shí)鐘輸入Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用） ADC0832與單片機(jī)89C51的連接音樂(lè)信號(hào)是音樂(lè)噴泉的控制量。單片機(jī)是噴泉控制系統(tǒng)的核心，但是必須以音樂(lè)信號(hào)作為根據(jù)，才能發(fā)出動(dòng)作指令，并且不能識(shí)別模擬量信號(hào)。而A/D轉(zhuǎn)換電路可以把模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字量信號(hào)。所以，把這兩部分結(jié)合起來(lái)就可以構(gòu)成控制系統(tǒng)的輸入部分，具體接口電路如圖35所示。 輸入電路在這里，輸入電路是指能對(duì)樂(lè)曲啟停、樂(lè)曲節(jié)奏和聲音強(qiáng)弱等進(jìn)行檢測(cè)的裝置。簡(jiǎn)而言之，這里僅用音頻接收裝置將收到的音頻信號(hào)送入音頻放大電路即可（如圖32），而后音頻放大信號(hào)經(jīng)AD轉(zhuǎn)換將信號(hào)輸入單片機(jī)就可以了。因?yàn)橛辛诉@一系列傳輸與變換，音樂(lè)已經(jīng)不單純的擁有背景音樂(lè)這一個(gè)身份了，它也可以用來(lái)控制整個(gè)噴泉是否有動(dòng)作產(chǎn)生，由此可以說(shuō)，音樂(lè)噴泉最基本的要求已經(jīng)達(dá)到了。圖35 ADC0832與AT89C51連接圖 潛水泵調(diào)速硬件方案設(shè)計(jì)在本次的設(shè)計(jì)方案中所選用的水泵型號(hào)較小，其內(nèi)的電動(dòng)機(jī)是直流電動(dòng)機(jī)。所以，要完成對(duì)水壓的調(diào)節(jié)，只要對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)就可以了。目前，行業(yè)內(nèi)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方案采用最多的就是變壓調(diào)速的原理。在變壓調(diào)速前提下，調(diào)速方案又包括可控整流式調(diào)速系統(tǒng)和直流PWM調(diào)速系統(tǒng)兩種。而這兩種變壓調(diào)速方案又各有千秋，各自表現(xiàn)出自己的優(yōu)劣。但是，總的來(lái)說(shuō)PWM調(diào)速表現(xiàn)的更好一些。PWM調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)頻率較高,可獲得平穩(wěn)的直流電流,低速特性好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬。響應(yīng)快速,動(dòng)態(tài)抗干擾能力強(qiáng)。主電路損耗小,裝置效率高。所以，此處采用變壓調(diào)速中的直流PWM調(diào)速系統(tǒng)，硬件電路圖結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，如圖36所示。其中，電容起到穩(wěn)壓作用。這里采用的變壓調(diào)速原理是通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷進(jìn)行控制，使單片機(jī)的輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖。在這個(gè)電路中通過(guò)單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制，用軟件控制的方式起作用，可以這樣理解，軟件的延時(shí)循環(huán)程序可以改變單片機(jī)端口二進(jìn)制位輸出邏輯狀態(tài)進(jìn)而產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)，在程序內(nèi)設(shè)置不同的延時(shí)時(shí)間能夠得到不同的占空比（輸出的PWM中，高電平保持的時(shí)間與該P(yáng)WM的時(shí)鐘周期的時(shí)間之比）。 圖36 電機(jī)電路圖 圖37 彩燈的連接圖 燈光硬件方案設(shè)計(jì)燈光在音樂(lè)噴泉之中的使用尤為重要，在夜里，動(dòng)人心魄的旋律，百變起伏的水姿形態(tài)，再加以絢爛奪目的燈光效果，會(huì)使噴泉的效果最大化，不僅可以成為一道亮麗的風(fēng)景吸引人們的眼球，還可以給人們帶來(lái)3D式的感官效果，心隨律動(dòng)，眼隨水動(dòng)，絢麗的燈光照亮你的世界，給人以不一樣的震撼。所以燈光的選擇就顯得更加重要了。本次設(shè)計(jì)方案采用LED水下低壓彩燈作為閃光彩燈使用。該燈被廣大噴泉設(shè)計(jì)者普遍使用，產(chǎn)品機(jī)構(gòu)合理，密封和防護(hù)方面都很好，而且色彩較為艷麗。連接電路如圖37所示，其中電阻的作用是限流，保護(hù)。 元件清單 選擇使用的元器件列表如32所示。 元件名稱元件標(biāo)號(hào)數(shù)量10uf電容C1, C3220pf電容C2, C42104pf電容C5, C7, C93220uf電容C6, C82LED發(fā)光二極管D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D88喇叭LS11電機(jī)M119012三極管Q111K電阻R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8810K電阻R9110K可調(diào)電位器R101電阻R1111K電阻R121SW按鍵S11電源開(kāi)關(guān)SW11ADC0832AD采集芯片U11AT89C51單片機(jī)U21LM386功放芯片U3112M晶振Y11表32 硬件選擇表4 噴泉控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)控制程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，即不同的功能通過(guò)單塊程序完成，程序中所有用到的常數(shù)或數(shù)組都用DATA或DB偽指令定義與命名，以易于程序修改、調(diào)試和升級(jí)。 噴池?cái)?shù)據(jù) 噴池?cái)?shù)據(jù)就是用來(lái)對(duì)噴泉池內(nèi)的水泵和彩燈等進(jìn)行啟?？刂频目刂屏繑?shù)據(jù)。一組特定的噴池?cái)?shù)據(jù)，就可以決定噴泉和彩燈的一組相對(duì)應(yīng)的變化形態(tài)。我們也可以把組噴池?cái)?shù)據(jù)叫做花樣數(shù)據(jù)。對(duì)一個(gè)已經(jīng)確定結(jié)構(gòu)的噴池，我們可以編寫(xiě)出很多花樣數(shù)據(jù)，是噴池內(nèi)呈現(xiàn)出不同的變化形態(tài)。本次設(shè)計(jì)中噴池采用圖41所示的樣例，并簡(jiǎn)要說(shuō)明花樣數(shù)據(jù)的編排方法。假設(shè)希望外圈噴頭連續(xù)噴水，水下LED燈按頻譜分析不斷亮滅變化。在這期間，中心噴頭是否噴水及水柱高低一直連續(xù)變化。如果要完成設(shè)計(jì)預(yù)期，該噴池只要1個(gè)輸出寄存器就可以了，其各位控制LED燈定義如下：87654321以上各位若為1時(shí)相應(yīng)的彩燈亮，為0時(shí)不亮，則彩燈數(shù)據(jù)應(yīng)為：0000 0011B0000 1111B0011 1111B1111 1111B1111 1100B1111 0000B1100 0000B0000 0000B若該花樣數(shù)據(jù)定義為HYSJ01則數(shù)據(jù)定義如下：DB 03H，0FH，3FH，0FFH，0FCH，0FOH，0COH，00H。 每次將花樣數(shù)據(jù)輸出時(shí)都是順次取一列輸出的，且可循環(huán)取用。顯然這樣的花樣數(shù)據(jù)可以編不少，還可將兩個(gè)以上的數(shù)據(jù)搭配起來(lái)，組成新的更復(fù)雜一些的花樣數(shù)據(jù)。1號(hào)LED燈