LED音乐频谱设计与制作【毕业论文】.doc

1、本科毕业论文（20 届）LED 音乐频谱设计与制作所在学院专业班级 自动化学生姓名指导教师完成日期毕业设计（论文）任务书I、毕业设计(论文)题目：LED 音乐频谱设计与制作II、 毕 业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求：原始资料：技术要求： 1、自选一款单片机作为主处理器，设计一个 LED 音乐频谱显示器，实现所播放音乐频率和强度的对应显示，设计硬件和软件，做出实物。2、自动化相关英文材料，一万字符，翻译成中文。III、 毕 业设计(论文)工作内容及完成时间：1、查阅文献，翻译英文资料，书写开题报告； 第 1 周第 2 周2、整理资料，学习单片机和传感器等相关知识 第 3 周第

2、 8 周3、设计硬件原理图和编写程序，调试； 第 9 周第 15 周4、撰写毕业论文，准备答辩； 第 16 第第 18 周 、 主 要参考资料：1 张孝虎DIY 音乐频谱显示电子制作，2011.112 杨丽娟.快速傅里叶变换 FFT 及其应用.光电工程，2008.S1 期3 谭浩强C 程序设计M清华大学出版社 20094 凌志浩.AT89C52 单片机原理与接口技术M.北京：高等教育出版社，20115 位永辉;杨威， 基于 BISS0001 的智能台灯设计，电子元器件应用，20106 Shen J.DillionMicrostructural design considerations for

3、 Li-ionbattery systemsJ 2012LED 音乐频谱设计与制作摘要：电子信息技术几乎主宰了整个电器行业的发展，随着电子技术的进步发展在功率放大器的设计上功能也不断更新。功率放大器在家电、数码产品中的应用也越来越广泛，与我们日常生活有着密切关系。随着生活水平的提高，人们越来越注重视觉，音质的享受。音频频谱显示器不但能够直观的显示信号输入的状况，而且在美学方面给予人好的视觉享受和，在某一方面来说频谱显示器赋予了音乐的动态美，让原本抽象的电信号，具体化，实质化。本文通过使用单片机和数字信号处理技术，实现了单片机控制的音乐频谱显示系统。系统分为，声音采集单元，声音处理单元和显示单元

4、。其中声音采集单元包括声音接收和 A/D 转换系统。声音接收单元接收到的音频模拟信号，经过 A/D 转换为数字信号，送给下一级处理单元处理。声音处理单元采用 C52 单片机进行快速傅立叶变换处理。显示单元接收处理后的信号，控制 16*16LED 板进行显示。软件方面使用单片机进行 DFT，从而判断出该时间段音频信号的主谱，跟随着音乐节拍和强弱的变化来控制 LED 亮度和暗灭的实时变化,实现音乐的频谱分析并加以灯光显示。关键字：单片机 功率放大器 A/D 转换 快速傅立叶变换指导老师签名：LED Design and Production of the Music SpectrumAbstrac

5、t:Electronic information technology has occupied almost the entire appliance industry, with the advances and development of electronic technology on the design of power amplifier features are constantly updated. Closely related to our daily life, power amplifiers in applications of home appliances a

6、nd digital products are increasingly widespread. With the improvement of living standards, there is a growing emphasis on visual and audio enjoyment. Audio spectrum display can not only show the situation of the signal input but also bring people a perfect visual enjoyment in aspect of aesthetics. I

7、n other words, audio spectrum displays are endowed with musical beauty of dynamic, which make abstract electric signal to be reification and substantiation. This paper discusses that using the single-chip and digital signal processing technology could make music spectrum display system controlled by

8、 single-chip microcomputer possible. The system is divided into voice acquisition unit, the voice processing unit and display unit. Voice acquisition unit includes the sonic receiving and A/D conversion system. The audio analog signal which is received by sonic receiver unit is transformed by A/D co

9、nversion system to be a digital signal and, after that, is sent to the next level of processing. Voice processing unit takes C52 single-chip microcomputer for Fast Fourier Transform Algorithm processing. Display unit receives the final signal to display by controlling 16*16 LED Display Board. In the

10、 aspect of software, take the single-chip microcomputer to have DFT, in order to determine the main audio signal spectrum during this period and to control the real time changes of LED brightness and antique with the music beats and the strength, which can make the music spectrum analysis and light

11、show possible. Keywords: SCM singlechip power amplifier A/D conversion Fast Fourier Transform AlgorithmSignature of Supervisor :目 录1 引言 .12 LED 音乐频谱设计 .22.1 设计思路 .22.2 硬件及电路设计部分 .22.2.1 单片机电路设计 .22.2.2 16*16LED 显示板设计 .52.2.3 A/D 转换模块设计 .62.2.4 行驱动器 .72.2.5 列驱动器 .82.2.6 音频放大电路 .92.2.7 继电器切换电路 .103 程序

12、设计部分 .113.1 音频信号的采集和预处理 .113.1.1 采样频率 .113.1.2 样本大小 .113.2 音频频谱算法 .113.2.1 倒位序及其优化算法 .113.2.2 蝶形运算及其优化算法 .123.3 源程序设计 .133.3.1 快速傅立叶变换程序 .133.3.2 AD 采样控制程序 .143.3.3 系统初始化和循环控制部分 .153.3.4 文字滚动程序 .154 设计总结 .25参考文献 .26致 谢 .27附 录 .281LED 音乐频谱设计与制作1 引言LED 灯已经充斥于人们生活中的方方面面，例如广场、火车站、机场等公共场所显示重要信息的 LED 显示屏；

13、商场、电影院外设的 LED 广告屏；工厂生产线的指示器；人们生活中用到的手电筒等等。因此 LED 作为一种能耗低，亮度高，寿命长的灯具，在今后一定会成为主流产品。而单片机作为一个已经发展了很久的微型计算机，已经具有可靠性高，处理功能强，速度快，低电压，低功耗，控制功能强等特点。本课题为基于单片机的 LED 音乐频谱显示器的设计与制作，利用了单片机的处理能力强等特点，通过声音采集，声音处理之后在 LED 显示屏上显示出跳动的音符。声音采集单元收集音频信号，送给 A/D 转换器进行处理，随之输出不同电压的电信号给作为主处理器的 89C52 单片机。通过设计并输入程序，是这些电信号在单片机内部进行快

14、速傅立叶变换（主要运算方法为蝶形运算）。在经过运算处理之后，由行列驱动器驱动 16*16LED 点阵，控制 LED 灯的明暗。这样一来人们听到的音频就成功的转化为可以被视觉接受的跳动的图像画面。本次设计中，不仅仅可以显示音乐的频谱，还额外添加了图文显示功能。图文显示功能是通过动态扫描来完成的。利用人眼的视觉暂留现象，快速的刷新 LED 的明灭次序，这样就可以展现出一个稳定或者滚动的文字图形。开机的滚动文字，和图形变换，可以根据输入单片机的程序来改变，这样一来就使使器件更具人性化，也使得设计提升一个档次。下面就详细介绍该课题的设计与制作过程。22 LED 音乐频谱设计2.1 设计思路本次设计的目

15、的是显示音乐频谱，因此设计电路分成以下几个部分：（1）单片机；（2）LED 显示屏；（3）行、列驱动器；（4）A/D 转换器；（5）显示电路。原理方框图如图 2.1：2图 2.1 音乐频谱显示器原理方框图2.2 硬件及电路设计部分2.2.1 单片机电路设计2.2.1.1 STC89C52 单片机本次设计利用 STC89C52 单片机，这是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器,拥有 8 位 CPU 以及在系统可变成 Flash。其具51 单片机列驱动器行驱动器 16*16 点阵A/D转换器外部信号3有以下标准功能：8K 字节 Flash，512

16、 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM，MAX810 复位电路，三个 16 位 定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口。图 2.2 89C52 引脚说明2.2.1.2 电源电路设计单片机的供电运用 LM78L05 稳压芯片配合直流稳压电源构成。直流输入低于15V 的电源，输出为 5V（误差小于 5%），这样一来就可以满足单片机和其他芯片的供电要求。单片机的电源电路如图 2.3：图 2.3 单片机电源电路4RST单C1GNDV23?W-PB2.2.1.3 晶振电路设计时钟电路设计一般有内部时钟方式和外部时钟方式两种。此次设计中采用内

17、部时钟方式，将 XTAL1 与 XTAL2 之间跨接一个石英晶振和一个微调电容，形成一个稳定的自激震荡器。电容值取 30pF 左右，它的大小会影响震荡频率、振荡器稳定和起振的速度。为了减少导线之间的寄生电容，晶振和电容必须尽可能靠近单片机来安装，这样才能保证晶振能够稳定可靠的工作。 单片机晶振电路如图 2.4： 图 2.4 单片机晶振电路2.2.1.4 复位电路设计复位电路是用来维持单片机最小系统运行的基本电路。复位电路分为上电复位和手动复位两种方式。图 2.5 上电复位 图 2.6 手动复位有的时候系统在运行过程中会出现程序出错的情况，在程序开发过程中，经常需要手动复位。所以设计中一般选择手动复位。高频率的时钟有利于程序更快的运行，也可以实现更高的信号采样率，也能够实现更多的功能。但这样也对系统本身的要求更高，而且功耗比较大，运行环境的