音乐彩灯控制器完整版.docx
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音乐彩灯控制器完整版
一、设计方案简介…………………………………02
设计内容、设计要求、软件学习、实验原理图、电力系统概述、
试验结构分块
二、设计条件及主要参数表………………………05
电源电路、语音信号的输入、放大部分、滤波选频部分、整流器的工作原理与设计、阶梯波与同步脉冲实现幅度控制、输出显示部分
三、设计主要参数计算……………………………13
音乐彩灯控制器原理电路图
四、设计结果………………………………………14
仿真电路图及仿真结果五、实验结果分析…………………………………15
实验工作原理
六、设计评述………………………………………16
心得体会
七、参考文献………………………………………18
一、设计方案简介
音乐彩灯控制器是用音乐信号控制多组颜色的彩灯,利用其亮度变化反映音乐信号的强弱,从而使灯的变化规律与音频信号的规律及点评大小相对应,是一种将听信号转换为是信号的装置,用来调节听众欣赏音乐时候的气氛和情绪。
1、设计内容
设计一台音乐声响与彩灯灯光相互组合的彩灯控制电路。
要求电路把输入的音乐信号分成高、中、低三个频段,并分别控制三种颜色的灯。
每组彩灯的亮度随各自输入音乐信号大小分八个等级。
输入信号最大时彩灯最亮。
当输入信号的幅度小于10mV时,要求彩灯全mie。
2、设计要求
高频段2000~4000Hz,控制蓝灯;中频段500~1200Hz,控制绿灯;
低频段50~250Hz,控制红灯;电源电压交流220V,输入音乐信号≧10mV.。
3、PROTEL软件学习:
首先建立一个专用文件夹,用以集中存放相关电路设计文件,)1(便于管理;
当直接双击“PROTEL99SE”图标后,进入第一层“Design
)2(Explorer”设计管理器窗口;
在这个窗口中,可对设计数据库建立等操作,首先要建立一)3(个新的设计数据库。
点击命令出现建立新的设计数据库路径对话框;
建立设计数据库后,就要建立需要的各种电路设计文件。
在)4(选择要增加执行命令后弹出新文档对话框,进入一个设计数据库后,
文件类型后单击OK,新建电路设计文件及添加到了设计数据库中。
文件的操作。
在设计数据管理窗口中,在选择电路设计文件)5(上单击右键后,弹出快捷菜单,可对其文件进行操作。
当建立电路文件后可对其进行电路设计(编辑)工作,即双)6(击电路原理图文件就进入了电路原理图编辑窗口;
放置元件。
在电路原理图编辑窗口放置电子元件。
首先要装)7(入需要的数据元件库,操作方法:
单击设计数据管理窗口中的Browse
Sch中的Libraris命令进入元件库和元件管理器,然后单击
Add/Remove按钮,选择\DesignExplorer99SE\Library\Sch路径,再选择所用的元件库文件,单击Add按钮增加到元件库管理器,单击OK,就可以看到选择的元件库已装到元件库管理器窗口中。
当元件管理器装入元件库后就可以放置元件,在元件浏览区)(8中,用鼠标左键单击要放置的元件,然后单击元件浏览区中的Place按钮,鼠标上便附加了光标和浮动的被选中元件。
把光标移动到要放置的位置后,单击左键,这个元件就放置好了。
在放置元件的过程如要转动元件方向,按一次空格键元件就逆时针转90°。
布线。
选择所需要的连线工具将电路连接起来。
)(9编辑元件的属性(元件名、封装、参数等),鼠标左键双击)(10要编辑元件,就弹出选中元件属性设置对话窗口,根据需要对元件属性进行设置。
电器规则检查,主要是检查元件之间的相互连接。
单击菜单)11(Tool/ERC,启动电气规则检查设置对话框窗口,单击OK按钮就开始进行检查。
元件报告表的产生,点击菜单Report/BillofMaterial,启)12(。
系统将生成元件报告表文件Next动元件生成表,点击
Design/CreateNetlist生成网络表。
启动建立网络表菜单)(13,即生成网络表格OK后出现网络表设置对话框窗口,设置好后点击文件。
、实验原理图4
具体框图:
放整双向耦合蓝大高频段通道流灯器晶闸管驱动器
放音绿双向耦合整大乐中频段通道灯流器信晶闸管驱动器
号
红双向放耦合整低频段通道灯大流晶闸管驱动器
器
5、电路系统概述:
)声音信号要分为三个频段,所以第一步要通过滤波器进行1(.
滤波,将音频信号按要求分为三个频段。
(2)经过放大器把毫伏级的声音信号放大为与比较信号科比的信号。
由于直流信号才可比较,所以在进入比较器前先进行整流。
(3)同步脉冲通过简易的数模转换产生阶梯波,放大后的信号与其比较产生高低电平,在和同步脉冲相遇产生个数不同的脉冲触发三极管,有触发脉冲的个数决定彩灯的亮度。
(4)如果音乐信号小于10mV,用比较器产生高电平使或门的输出总为高电平,产生的高电平与1HZ的脉冲信号进行与,从而使灯亮暗闪烁。
6、实验电路结构及分块原理
由于本实验设计要求可将实验电路基本分为七个组成部分,即
①电压转换部分
②语音信号的输入部分
③基本信号的放大部分
④滤波选频部分
⑤幅度控制部分
⑥输出显示部分
⑦10mV比较扩展部分
二、设计条件及主要参数表
下面分别从以上几个分块电路说明该彩灯控制器的设计原理与过程。
、电源电路1.
由于实验给出电源为220V交流电,而实验所需芯片的工作电压大致在5-12V,故需要首先设计一个电压转换部分,将220V的交流电转换成5V,12V,相当于一个直流稳压源,以供数字和模拟芯片正常工作。
其转换电路如下:
变压器变压,在经过全波整流电路和滤波电容的+12V和-12V直流电压作为运算放大器的电源。
+12经过W7805(稳压管)稳压后得到+5V的电压,供TTL数字集成电路使用。
2、语音信号的输入部分
本实验中,音乐信号的输入由MP3音乐信号实现,考虑到外界因素的干扰,同时为了使频率和幅度都能达到理想的要求,我们采用MP3音乐信号直接输入的方法。
3、放大部分
由于音乐信号的幅度十分有限,仅为十几毫伏,为了驱动后面的电路,必将输入信号放大后再经过选频等一系列处理。
放大电路可以采用很多的形式,由于无特殊要求,故本实验只选用普通的反相放大器即可。
、滤波选频部分4.
滤波部分是本实验的重点,选频的结果将直接影响彩灯的最终显示效果,但参数的设计也是本实验的难点所在,理想状态下的滤波器是不存在的。
在理想条件下,选频可通过窄带滤波器实现。
满足设定频率的信号部分可以通过滤波器控制后面的信号,不满足的部分则被滤波,信号大大得到衰减。
常用的滤波器有巴特沃斯滤波器,切比雪夫滤波器,压控电压源滤波器,无限增益滤波器等多种。
本实验采用的是低通滤波器,通过选择出低频段信号,如图:
带通滤波器低频滤波器选择出低频段信号
输入信号为10Hz的幅度
输入信号为250Hz的幅度
和实际搭接电路与理论值有差距,将两个电阻分别改为2.7K290Hz的低通滤波。
4.3K,实现了截频为中低频段和高频段的电路:
1.2KHZ——中频段:
5004000HZ——高频段:
2000频段R1=R2R5=R6R3=R7R4=R8C3=C4C1=C2
0.01uF10K10K高频8K1uF40
0.01uF
15K
32K
1.3K
0.1uF
中频15K
输入模拟正弦波时,输出波形基本不是真,但由于阶数较低,过渡带比较宽,阻带衰减比较缓慢,但由于语音信号频率都相对较低,所以对于高通滤波器的要求可以降低一些,因此该滤波器基本实现要求的功能。
5、整流器的工作原理与设计
由于只有直流信号才可比较,因而信号在进入比较器之前需进行整流,将交流音乐信号转为直流信号进行比较。
由于考虑到实验的复杂度及效果影响,本实验我们采用了全波桥式整流来实现。
.
6、阶梯波与同步脉冲实现幅度控制
设计要求根据音乐信号的大小控制彩灯的亮度。
因而想到用一节梯度发生器产生8个阶梯,作为参考电压与音乐信号进行比较,从而决定了比较器输出的高电平的个数,最终由平均电压大小来控制灯的亮度。
每次不同的个数,将灯的亮度分为8个程度,满足设计要求。
(1)阶梯波电路及其产生波形。
电路图如下:
具体数据为R7R5R6
10K
43K
22K
阻
3.554.26产生的阶梯波幅值个状态,分别为5V0V、1.42V、071V2.84V、2.13V、晶振产生的同步脉冲)555(2晶振电路产生。
具体电路为:
该同步脉冲由555的近似计算公式为矩形波振荡周期TW)C
0.7(R+2R≈t+t≈T21HLW的近似计算公式为f矩形波振荡频率
R1R2C
1uF1Hz470ohm1.6k
10uF
10k
82k
400Hz
、输出显示部分7.
根据设计要求,不同幅值的音乐信号对应着彩灯的不通亮度。
可通过音乐信号与阶梯波的比较去控制。
本实验,我们利用集成运放和三极管组成电压比较器和同步脉冲控制电路,电路图如下:
三、设计主要参数计算
音乐彩灯控制器原理电路图
四、设计结果
仿真电路图及仿真结果;
仿真电路图
该图是利用Multisim软件设计的电路原理图。
仿真结果
五、实验结果分析
毫伏时,蓝绿红三路灯分别受三路滤波器的10当输入信号大于
控制而发亮,当输入信号频率在2000—4000Hz时,高频滤波器被选通,相应蓝灯点亮;同理,当输入信号频率在500—1200Hz时,中频滤波器被选通,相应绿灯被点亮;而当输入信号频率在50—250Hz之间时,红灯被点亮,于是实现了彩灯随着信号频率的变化而变化。
该部分主要受滤波器的控制,因而对滤波器的精度要求比较高。
较好的滤波器可以更精确的实现彩灯的控制。
音乐信号通过滤波器后,进行幅度选择,音乐信号按幅度大小分为八个亮度段,当输入音乐声音大时,电信号幅度也会相应增大,灯的亮度也增加;反之,当输入音乐信号声音较小时,电信号幅度也相应减小,灯的亮度减小。
六、设计评述
在实践中掌握理论
———记课程设计心得体会
课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.回顾起此次课程设计,至今我仍感慨颇多,的确,从选题到定稿,从理论到实践,在短短的两个星期的日子里,可以说得是苦多于甜,但是可以学到很多很多的的东西,同时不仅可以巩固了以前所学过的知识,而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次数电课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题,可以说得是困难重重,这毕竟同时在设计难免会遇到过各种各样的问题,第一次做数电课程设计,
的过程中发现了自己的不足之处,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固。
这次课程设计终于顺利完成了,在设计中遇到了很多问题,最后在指导老师的辛勤指导下,终于迎刃而解。
同时,在老师的身上我学得到很多实用的知识。
总体来说,这次实习我受益匪浅.在摸索该如何设计