1、毕业设计（论文）报告纸装订线I摘 要现在人们的生活富足了，开始追求精神生活了，很多家庭以及社区都注重景观的布置。作为人造景观产物的音乐喷泉，它把音乐和水柱的变换相结合，从而可以极大地使喷泉艺术更加丰富与多样。随着音乐，喷泉的高度随音乐而变化，LED 灯随着音阶变化逐步点亮逐步熄灭，动感的音乐和水相融合，令观众陶醉其中。单片机价格低廉，性能稳定，以此来设计的音乐喷泉具有极高的社会及经济效益。本文简要介绍了以 AT89C51 系列单片机为主体的设计，辅以 WIFI 继电器、云辉蓝牙播放等模块加以改进。关于整个系统的硬件和软件设计，音乐喷泉双喷泉功能实现的方法以及调试过程，阐述了整个系统设计之总体架
2、构。关键字：AT89C51；人造景观；单片机；音乐喷泉毕业设计（论文）报告纸装订线IIABSTRACTNow peopleundefineds life is rich, began to pursue material and spiritual life, many families and communities pay attention to landscape layout. Music fountain as one of artificial landscape, it combines music and water, camp unique humanistic lands
3、cape, greatly changed the fountain art monotonous characteristics. Along with the music, the height of the fountain changes with the change of the music, and the LED lamp lights out gradually with the change of the sound scale. The dynamic music and the water blend together, which makes the audience
4、 intoxicated. Single chip microcomputer is cheap and stable in performance. The music fountain designed by this method has high social and economic benefits. In this paper, a single chip microcomputer of AT89C51 series is used as the main body, and the WIFI relay and bluetooth playing module are use
5、d to improve it. The hardware and software design of the whole system,the method of realizing the function of the double fountain of music fountain and the debugging process.The overall structure design of the whole system is introduced.Key words: AT89C51; artificial Landscape; single Chip Microcomp
6、uter; Music Fountain毕业设计（论文）报告纸装订线III目 录1 绪论 .11.1 本课题研究的主要内容 .12 音乐喷泉双喷泉功能的总体设计 .22.1 控制系统的总体设计 .22.2 系统总体结构图 .33 音乐喷泉双喷泉功能的硬件电路设计 .43.1 控制系统 .43.2 信号采集 .43.2.1 音频放大模块概述 .43.2.2 采样 .53.3 单片机电路 .63.3.1 单片机概述 .63.3.2 单片机的选用 .73.3.3 时钟电路的设计 .83.4 模拟数字转换电路 .83.4.1AD 芯片概述 .83.4.2 芯片与单片机的链接 .93.5 喷泉电机电路设
7、计 .103.5.1 电机电路总体设计 .104 音乐喷泉双喷泉功能的软件及程序设计 .134.1 整体流程图 .134.2 水泵软件设计 .134.3 灯光模组 .144.4ADC0832 模块程序设计 .145 音乐喷泉双喷泉功能实现的方法以及调试过程 .165.1 实验仿真 .165.2 硬件电路焊接 .17毕业设计（论文）报告纸装订线IV5.2.1 准备材料 .175.2.2 焊接注意事项 .185.3 硬件调试 .18总 结 .19致 谢 .21参考文献 .20附 录 .21毕业设计（论文）报告纸装订线共 27 页 第 1 页 1 绪论1.1 本课题研究的主要内容音乐喷泉是技术与艺术
8、联系的产物。水柱的高低错落与 8 个 LED 彩灯的变幻巧妙结合给人以极大地视听大享受。不同高度的水柱结合和转化，并根据不断变化的灯光的美丽的光芒，以此形成了一个奇妙景观。该设计采用了一种简单、稳定的 AT89C51 单片机。在这种设计中用这种单片机可以实现音乐之播放、水泵之控制、彩灯之变化。该芯片性能以及稳定性极佳，芯片设计的结构非常明了简单，芯片的使用非常容易上手，此芯片售价低廉可使成本大大降低。本设计辅以 WIFI 继电器、蓝牙播放模块加以改进，使音乐喷泉设计的实用性更强，操作更加方便。本设计选用了 ESP8266-5V-WiFi 继电器，云辉 MP3 蓝牙音频模块无损解码板。设计控制的
9、核心是 AT89C51。这个 MCU 包含具有 128 个字节的 RAM、 4K 字节的闪存。输入和输出端口总计 32 个，2 个定时器以及 5 个中断。依据采集到的详细的数据信息把相关信号输出到 8 个炫彩彩灯、音乐扬声器、水泵水量的控制。此论文设计的单片机一共由两方面组成，一方面是硬件的研究，另一方面就是软件的研究。在硬件的研究中分为了 AD 转换模块的研究及设计、灯组和水泵模组的研究及其设计同时还有电路控制方面的研究及其设计。在此次毕业设计中软件方面的研究设计主要有主程序的编写以及子程序和采集转换程序的编写。此设计所用的编程语言均为 51 系列的 C 语言。毕业设计（论文）报告纸装订线共
10、 27 页 第 2 页 2 音乐喷泉双喷泉功能的总体设计2.1 控制系统的总体设计音乐通过输入端口传送到 AD 转换芯片进行转换，把转换得到的数字信号传送到单片机进行处理。水泵以及 8 个一组的 LED 灯组分别和各自的输出端点相连接，通过单片机控制实现各自功能的实现，从而完成乐曲管控喷泉的水柱高低。系统的总体框图如图 2-1 所示。图 2-1 控制系统总体框图音乐可以通过外部装置进行播放，如 VCD、DVD 以及蓝牙等或者它可以通过计算机来发挥。喷泉的启动与停止都和音乐的有无有关。当施加上音乐时就是音乐信号，此时单片机感受到了音乐信号便通过了转换器输出信号到单片机。单片机控制 LED 彩灯毕
11、业设计（论文）报告纸装订线共 27 页 第 3 页 的照明状态。此次毕业设计设计了一种可以实现水柱高低变换以及灯光模组的 8 个灯的点亮状态。音调的决定是由物体震动的频率所决定下来的，从而我们选用了单个单片微机用来控制声音的不同频率从而产生不同信号音调的输出。2.2 系统总体结构图图 2-2 系统总体结构图本毕业设计采用了一个 6V 的电源分别为单片机系统和水泵供电，从而稳定了整个系统的稳定性并且极大地延长了其使用年限，提高整个系统的使用价值。本设计就双喷泉功能的实现展开电路设计，有以下几大部分组成，分别是：51 单片机部分、水泵设计部分、灯光以及音乐播放部分组成。 毕业设计（论文）报告纸装订
12、线共 27 页 第 4 页 3 音乐喷泉双喷泉功能的硬件电路设计3.1 控制系统控制系统的总体结构见图3-1。图 3-1 控制系统总体结构框图3.2 信号采集3.2.1 音频放大模块概述本毕业设计采用了市场上销量极好的 LM386 模块，这种模块是一款低电量消耗的，同时它的电压增益可以根据创作者本身所需的量度来进行调节从而满足设计者所需。LM386 放大器电路由三个阶段组成，分别是：第一级 差分放大电路此电路有 4 个放大管，Ts 和 T6 作为 T 的有效载荷，T2：J3 和 L 信号从管底输入Tz 管双端输入。镜像电流源作为有源负载。毕业设计（论文）报告纸装订线共 27 页 第 5 页 第
13、二级 共发射极放大电路默认标号为 T1 的放大器管，用来增大负载系数。第三级 PNP 型管用于反相输入的引脚是引脚 2，用于同相输入的引脚是引脚 3。此模块是一个 OTL单电源供电的电路。输出电容连接输出端以及输出的负载。发射极连接了 T2 与 R1 的输出端口从而形成了反馈路径同时又和 R6 形成了反馈网络，从而把电压增益变得及其稳固。示意图如图 3-2 和 3-3 所示。图 3-2 LM386 内部电路原理图图 3-3 音乐信号放大采集电路图毕业设计（论文）报告纸装订线共 27 页 第 6 页 该模拟信号由一个高频脉冲采样，以及对应于该脉冲的相应的模拟信号的振幅中取出，得到连续的离散脉冲图
14、案。 对于输入的初始的信号，需要对其进行脉冲表示，以此来获得模拟的信号表示。计算机只识别数字信号，对于输入的模拟信号需要通过 AD 芯片进行转化，只有转化过的信号才可以被计算机采纳，然后进行数据处理。以上便是信号采样原理。为了使我们的结果更加精准，我们应当遵循采样定理所定的采样频率，以此我们在对连续音乐采样时才可以确保其重建后的模拟信号的准确性与完整度。现实生活中，一般使用频率的 2 倍的最高频率。主要是为了避免混叠失真。例如我们所选取的音频频率为 40-5000Hz 之间，采样频率为 10kz。3.3 单片机电路3.3.1 单片机概述单芯片微型计算机是指计算机 CPU、数据存储、指令存储、定
15、时器和输入/输出接口电路、中断控制器、模拟数字转换器、数字模拟转换器、调制解调器等，它们被集成在一个芯片上。 MCS51 是 Intel MCU 系列的通用称号。它有 40 个引脚，其功能如下：40 脚是为正极，此引脚需要接入电源为正 5v；20 脚是 Vss 接地线；19 脚接外部晶振；18 脚接外部晶振；39 到 32 脚为双向输入输出口，对应于 P0.0 到 P0.7，可以发送地址数据。能够调用 8 只 TTL 管；1 到 8 脚为 P1.0 到P1.7 是准 I/O 口，52 与其不一样，52 可以调用 4 只 TTL 管；21 到 28 脚是准 I/O 口，这些端口可以发送地址和操作 4 个 TTL 管。在单芯片微型计算机的 P2.0 到 P2.7 端口；其 10 到 17 引脚为 P3.0 到 P3.7，这些端口具有内部上拉电阻和具有第二个功能的 8 位双向 I/O 端口。9 针是复位输入。电平为高时端口才可以有效；31 脚是选择信号输入线；29 脚为外部输出作用，当电平为低的时候此端口才会生效；30 脚是输出锁存作用，电平为高的时候端口才可以打开生效。见图 3-4 MCS51 单片机引脚。
