音乐彩灯控制器完整版.docx

1、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，

2、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20004000Hz,控制蓝灯； 中频段5001200Hz,控制绿灯； 低频段50250Hz,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

3、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

4、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Design Explorer 99SELibrarySch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。

5、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/Bill of Material，启）12（ 。 系统将生成元件报告表文件Next动元件生成表，点击Desig

6、n/Create Netlist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

7、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 电压转换部分 语音信号的输入部分 基本信号的放大部分 滤波选频部分 幅度控制部分 输出显示部分 10mV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，

8、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，

9、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10H

10、z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2.7K 290Hz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=R2 R5=R6 R3=R7 R4=R8 C3=C4 C1=C2 0.01uF 10K 10K 高频8K 1uF 40 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

11、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R7R5R610K43K22K阻3.554.26 产生的阶梯波幅值

12、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+ tT21H LW 的近似计算公式为f矩形波振荡频率 R1 R2 C 1uF 1Hz 470ohm 1.6k 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、

13、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20004000Hz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5001200Hz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50250Hz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，

14、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