音乐彩灯控制器..docx

本设计彩灯伴随音乐的节奏、大小、音调而变化的彩灯控制器使彩灯在艺 术上有了很大的提高，本文的主要内容有以下几点：1、设计音乐信号放大电路2、555时基电路构成单稳态实现音乐大小控制彩灯3、555时基电路构成多谐电路实现音乐节奏控制彩灯4、设计滤波电路，实现音乐的音调控制彩灯关键字：555时基电路、音乐大小、节奏、音调第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.音乐的节奏往往是由乐队的鼓点来表达，实质上是具有•定时间间隔的脉冲 信号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LEDo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FV膏谐振-图3-1节奏流程框图3. 2音乐节奏控制彩灯的实现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0.1A,馅=5.成2、无稳态电路图3-2无稳态电路该电路工作电压Vcc设为12V,当R远远大于佑时，D = 50%，此时输出的波 形为理想对称的方波，所以任使用100K的可变电阻，这样实现了方波，也使R? 可以调节电路的灵敏度C1在充、放电过程中，其电压在VCC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J可用以下式表示(即充电周期)，即11 = —(Ri + R2)Ciln[(VDD —彳 Vdd)]= (Ri + R2)Ciln2«0.639(Rj + R2)Ci3脚输出低电平时间，2 (即放电周期)：Z2 = 0.6397?2Ci振荡周期T:T = h + t2 = 0.639(/?i + 2Ri)Ci振荡频率为f :/' = l/7'al.44(R + 2R2)G输出脉冲占空比D = t]/T = (Ri + R2)/(R+ 27?2)根据以上公式可以求出广1、cl、2,由于电容在市场上的型号不多所以就选 相近的 cl = 0.47〃F , C2 = 4.7gF3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：U-Ul.Ur,所以/?4=600Q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，节约了本钱，经过限流电阻LED发光IkChn: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，R1因改时基电路U1的振荡频 率，故使彩灯LED1〜LED4的循环速率音频信号经过Q放大、通过RP2加到A1 的5脚，因改变5脚电平的上下，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，那么可调节电路的 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 音调上下控制彩灯4.1音调上下控制彩灯的工作原理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音调即是声音中的高音和低音，我们人类能识别的声音频率20成〜20K〃z, 所以设置lK”z以上为高音、以下那么为低音，所以要一个上下音滤波器去驱动 彩灯发光放大电路就和上面电路公用，电源公用一个音频放大后经上下通滤 波，送限流电阻限流后使彩灯发光图4-1音调电路结构框图4.2音调上下控制彩灯的电路设计音调上下控制彩灯的主要参数计算图4-2高通电路RC有源上下通滤波器参数的计算〔设上限频率/• = iooo/Yz )：(1)通常电容C的容量宜在微法数量级以下，R的值一般约为几百千欧内， 由于电容容量档级较少，常先选用C值，再计算电阻RI的值。

选择C,= C2=OAuF ,那么wiC 2x3.14x1 OOOx 0.1x10不6K°⑵考虑到二价巴特沃斯滤波器的0. 707和相=1 + Ry'Rul .586 ,故有&3 = 0.586R，运算放大器两输入端的外接电阻必须满足平衡条件：R3/IR4 = R\R = 32K由 /?3 = 0.586/?4 和 R3〃Ri = R+R = 32K,得 R. = 20K, R‘=33K 所以 R3 = 20K, Rj=33K、C}=C2 =0AuF f =R2=\6K 02.低通滤波电路X2由于高通滤波器与低通滤波器在电路结构上存在对偶关系，他们的幅频响应 也存在对偶关系，设置的频率界限为1000Hz,所以两个电路参数一样只是接法 不一样，如图4-3所示参数为：Rl=R2=\6K . R. = 20K . R〈=33K、q =C2 =O.k/F，供电为 12V, 可LED承受的电流为30〃诅灯泡电压为2.5U,由U电一 Ur$ = U*j叫=《=550音调上下控制彩灯的电路图音频经放大(放大电路和节奏电路合用)输入后分别送往上下通电路高通电路：由G入经过q到U1 (LM358)的5脚入，滤出低频，7脚出。

在 LM358内滤出低频信号，高频信号从7脚出来后使Q1导通，驱动LED1发光 低通电路：由伯入经过&到LM358的3脚入，滤出高频，1脚出在LM358内 滤出低频信号，高频信号从1脚出来后使氏导通，使LED2发光图4-.4音调电路图图4-5音调仿真图图4-5为音调控制的输出仿真图，起伏大的线代表高通xl的波形，起伏小 的线代表低通x2的波形，当有高于1000Hz的脉冲到LM358时xl就输出波峰到 达3v的波形，而x2的波形就趋近X轴第五章实物的制作和调试整体电路设计完成后，首先在软件上仿真，软件仿真正确，再画出PCB板， 刻出印板，安装元件，进行调试，最后实物调试成功，设计成功完成所以，实 物的制作和调试分以下儿步：软件仿真一制作PCB-元件安装一实物调试1、软件仿真整体设计完成后，我们要进行的第一步工作就是软件仿真，测试其性能用 的软件是Multisim 7软件，他的仿真功能十分强大首先调试分电路，在分电 路调试完成后在调试总电路调试方法：首先在软件中画好电路图，然后检查电路中各元件是否连接正确, 连接正确的情况下参加信号，由于此软件不能直接参加音乐信号，所以用正弦〔音 频电信号是由许多的正弦波叠加而形成）代替，参加信号后观察彩灯的闪亮情况, 遇到不正常时及时修改。

调试中遇到的故障：故障1：放大电路不匹配分析：单稳态电路需要的使反向电压，无稳态使用的事完整的正弦波解决：在两个电路使用独立放大故障2：接地信号的交叉分析：交流接地不能直流接地接在一起解决：两个接地单独接地2、PCB的制作与元件安装在软件仿真完成后，下一步工作就事制作PCB版，以方便元件的安装和实 物的调试，PCB的制作分为两局部，第一就是软件制作画出PCB图、第二步就 事制作实物印板两步都相当重要，第一步就为方便的制作出优良的PCB做好 准备，第二步是让做出的PCB在元件安装时更方便⑴、软件PCB的制作：在软件PCB制作时使用了 Protel 99 SE （它是专门 制作PCB的软件，具有强大的布线功能）制作事首先在软件中画出电路图， 连接好各点的网络飞线，填好各元件的封装然后生成网络表，在进入PCB的 制作，生成网络表无误时，调节各元件的位置，使其符合信号流程，以方便检修 然后自动布线2)、PCB图如下:图5-1 PCB图(3)、硬件PCB的制作：在画好PCB图时，1.用复写纸将布线图复制到复铜 墙铁壁板上：复制前应先用锲刀将复铜板四周边缘铤至平直整齐，而且尺寸尽量 与设计图纸尺寸相符，并将复写纸裁成与复铜板一样的尺寸，为了防止在复制过 程中产生图纸移动，故要求用胶纸将图纸左右两端与印刷板贴紧。

先用钻床将 元件插孔钻好一一般插孔直径为0.9-lmm左右，可采用直径为1mm的钻头较适 中，如果钻孔太大将影响焊点质量，但对于少数元件脚较粗的插孔，例如电位器脚 孔,那么需用直径为1.2mm以上的钻头钻孔贴胶纸：先用刀片将封箱胶纸切成 多种宽度的胶纸条后再进行贴胶，贴胶时应根据线条所通过的电流大小及线条间 的间隙来适中选择线条的宽容一般只需采用2-3种宽度即可，为了保证制作工 艺水平，尽可能不要采用过宽或过窄，如需要钻孔的线条其宽度应在1.5mm以上, 才不致于在钻孔时将线条钻断，贴胶时还应注意控制各相邻线条的间隙不要太 小，否那么容易造成线条间短接，贴胶时一定超过钻孔1mm左右，这样才能保 证焊眯质量⑷元件的安装元件的安装：根据原理图在印制板上进行元件的安装，一定要找准相应的元 件位置再进行焊接，在焊接的时候要小心注意焊接的时间，有时候焊接时间过长 会损坏元件，因此要把握焊接是的时间在焊接的时候焊点要适宜，不宜过大也 不宜过小，也不要出现挂焊或虚焊否那么会造成电路故障4、电路的调试安装完成后，通电并参加信号发现彩灯常亮，检修思路：检测电源是否正 常，用万用表检测时发现电源电压只有8V,正常应当在12V。

然后判断故障是在 电源电路是在电源还是负载，断开负载发现电源恢复到12V证明故障在负载， 为了方便检修，把三个负载电路分别断开，分别通电检测故障1：音乐大小电路，通电检测电压时发现点要只有8V分析：证明电路有轻微短路，用电阻发检测各个焊点间无短路状况，证明短 路在原件，由以前的经验电阻坏是不可能是阻值变小，只可能变大分析电路 发现只有一个三极管和一个电容，除了就是NE555有可能坏.解决：分别取下电容和三极管检测，发现三极管的cc极的电阻为0,证明三 极管坏，换上新的三极管后，电压正常，彩灯依旧常亮故障2：检测NE555的输出端，发现电压为7V,有电压跳变但跳变时间很 短，要仔细才能分辨分析：有可能使暂态时间过短，或限流电阻过大解决：检测2脚调谐端，电压为交流-3V,证明各端电压正常在工作但单稳 态电路暂态时间过短，导致我们不能识别根据TF.1RC可知增大电阻或电容都 能使时间变大，所以就把电容改为0. luF.再检测。