音乐大小控制彩灯文档格式.doc

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2.2音乐大小控制彩灯的工作原理 3

2.3音乐大小控制彩灯的电路设计. 3

2.3.1电源电路设计 3

2.3.3放大电路设计 5

2.3.2音乐大小控制彩灯的电路图的设计实现 6

第三章音乐节奏控制彩灯 8

3.1音乐节奏控制彩灯的工作原理. 8

3.2音乐节奏控制彩灯的电路设计 8

3.2.1音乐节奏控制彩灯的主要参数计算 8

3.2.2音乐节奏控制彩灯总电路实现 10

第四章音调高低控制彩灯 12

4.1音调高低控制彩灯的工作原理 12

4.2音调高低控制彩灯的电路设计 12

4.2.1音调高低控制彩灯的主要参数计算 12

4.2.2音调高低控制彩灯的电路图 14

第五章实物的制作和调试 15

总结 19

参考文献 21

附录 22

23

第1章绪论

第1章绪论

随着科学的发展，人们生活水平的提高，人们不满足于吃饱穿暖，而要有更高的精神享受。

不论是思想，还是视觉，人们都在追求更高的美。

特别使在视觉方面，人们不满足于一种光，彩灯的诞生让人们是视觉对美有了更深的认识。

但现在市面上的音乐彩灯只是按照一定的方式闪烁，让人们感觉到十分的粗糙无味，更没有声音那样用震撼力，音乐彩灯的出现让我们既有了听觉上的享受，更有了精神上的享受。

但现在市面上的音乐彩灯只是按照音乐的一种方式闪烁，和音乐没多大关系，根本不能称为音乐彩灯。

本设计是一个音乐彩灯控制器，使其实用于家庭、商场、橱窗、舞厅、咖啡厅、公共广场等场所的摆设、装饰、广告、环境净化与美化，本电路的最大优点是可以实现音乐以三种方式控制彩灯的闪亮。

实现了音乐大小、节奏、音调的控制。

设计任务与要求

（1）设计一个音乐声响与彩灯灯光相互组合的彩灯控制电路。

（2）有三路不同控制方法的彩灯，用不同颜色的LED表示。

（3）第一路为音乐节奏控制彩灯，按音乐节拍变换彩灯花样。

（4）第二路按音乐大小控制彩灯，音量大时，彩灯亮度加大，反之亦然。

（5）第三路按因调高低控制彩。

第2章音乐大小控制彩灯

2.1系统设计思路

音频在电信号中表现为多个正弦波叠加而形成。

音乐的大小就表现为是演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和波谷，所以在他达到波峰时说明他的音量大。

在波谷是音量就小，所就需要一个触发电路使他在音量大的时候就彩灯发光，音量小的时候灯灭。

综合考虑：

选择了NE555够成的单稳态电路，由于单稳态电路是低电平触发所以还需要一个反相放大器。

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。

根据设计要求，彩灯要随着节奏闪亮，需要一个触发电路来检测脉冲信号并产生计数脉冲。

根据要求选择了NE555构成的无稳态触发器，由于触发器的触发电压比音频信号的高就还需要一个放大电路，有触发信号后就还需要计数器和译码器来使彩灯闪亮。

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。

图2-1总体框图

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

2.2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

2.3音乐大小控制彩灯的电路实现.

2.3.1电源电路设计

单稳态电路的工作电压在3～18V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2-3所示：

图2-3电源电路结构图

稳压电路根据调整元件类型可分为电子管稳压电路、三极管稳压电路、可控硅稳压电路，集成稳压电路等。

根据调整元件与负载连接方法，可分为并联型和串联型。

根据调整元件工作状态不同，可分为线性和开关型稳压电路。

本电路主要采用集成三端稳压电路。

图2-4电源电路

2电源电路参数计算

（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C2=1000μF

电容耐压：

取V,故电容参数为C:

1000μF/25V。

通过稳压管7812后稳压为12V，提供给各个电路。

2.3.3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，放大电源由可得如图2-5所示。

图2-5放大电路

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：

可得：

=330K

RP为调谐电阻，由于单稳态电路的触发电压在Vdd/3左右，所以调整555的2脚电压在上下波动，这样才能是单稳态电路触发，由于电阻可变放大倍数不用计算，9014的放大倍数在100～1000之间足以使电压达到单稳态所需的=4V。

3．单稳态电路：

图2-6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

所以取5k

4.限流电阻的计算

由于的ƒ脚电压为2V，LED的承受电流为30mA，取的最大取值为：

===667Ω

=680Ω

2.3.2音乐大小控制彩灯的电路图的设计实现

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。

图2-6音乐大小电路图

音频输入后，经过由VT组成的音频放大器电压放大。

555时基电路与电阻、电容接成典型的但问他了工作模式，由于、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VT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。

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。

仿真实验：

图2-6仿真波形

图2-6中的斜线表示触发经放大后的音频信号，方波表示的是输出信号。

由图可知，音频信号经过放大之后进入单稳态集成电路.从图2-6可以看出正弦波处于正半波上升沿是，单稳态触发并输出信号，由此可知当音乐音量大小改变时，正弦波增大，那么彩灯闪亮的速率加快，音量减小时，波的幅度减小，彩灯闪亮减慢或停止。

第3章音乐节奏控制彩灯

3.1音乐节奏控制彩灯的工作原理.

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

3.2音乐节奏控制彩灯的实现

3.2.1音乐节奏控制彩灯的主要参数计算

1、音频放大电路

放大电路使用共集电极放大：

工作电压为12V，三极管为9014，9014的放大倍数在100~1000,而b-e极电压小于0.7V才能饱和导通，所以用1M的电阻使电压适合于三极管的放大。

由于9014承受的最大电流,。

2、无稳态电路

图3-2无稳态电路

该电路工作电压设为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

3脚输出低电平时间（即放电周期）:

振荡周期：

振荡频率为：

输出脉冲占空比：

根据以上公式可以求出、、，由于电容在市场上的型号不多。

所以就选相近的,。

3其他电路

CD4017的供电的电压为3V～15V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3V，电流为15mA，所以要串联一个稳压电阻，由基尔霍夫定理得：

所以=600Ω

3.2.2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，计数器和译码器用CD4017，他集成了计数和译码两项功能，减小了电路，节约了成本，经过限流电阻LED发光。

图3-4节奏电路图

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。

CD4017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，它的输出端Q1-Q9就依次循环输出高电平。

使彩灯LED1～LED10依次点亮。

调节电位器，因改时基电路的振荡频率，故使彩灯LED1～LED4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LED1～LED4的循环点亮的速率又随音乐的节奏而改变。

调节的阻值，则可调节电路的灵敏度。

图3-5节奏电路仿真图

图3-5中斜波表示的是放大后的音频信号，方波表示的是经音频信号调谐多谐振荡后输出的触发信号。

从图中可以看出经放大后的音频信号可以调制触发信号的脉宽，从而使触发信号驱动彩灯，并使彩灯随音乐节奏的快慢而闪亮。

第4章音调高低控制彩灯

4.