音乐节奏彩灯控制器设计

音乐节奏彩灯控制器设计

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。

第1章绪论

随着科学的发展，人们生活水平的提高，人们不满足于吃饱穿暖，而要有更高的精神享受。不论是思想，还是视觉，人们都在追求更高的美。特别使在视觉方面，人们不满足于一种光，彩灯的诞生让人们是视觉对美有了更深的认识。但现在市面上的音乐彩灯只是按照一定的方式闪烁，让人们感觉到十分的粗糙无味，更没有声音那样用震撼力，音乐彩灯的出现让我们既有了听觉上的享受，更有了精神上的享受。但现在市面上的音乐彩灯只是按照音乐的一种方式闪烁，和音乐没多大关系，根本不能称为音乐彩灯。

本设计是一个音乐彩灯控制器，使其实用于家庭、商场、橱窗、舞厅、咖啡厅、公共广场等场所的摆设、装饰、广告、环境净化与美化，本电路的最大优点是可以实现音乐以三种方式控制彩灯的闪亮。实现了音乐大小、节奏、音调的控制。

设计任务与要求

（1）设计一个音乐声响与彩灯灯光相互组合的彩灯控制电路。

（2）有三路不同控制方法的彩灯，用不同颜色的LED表示。

（3）第一路为音乐节奏控制彩灯，按音乐节拍变换彩灯花样。

（4）第二路按音乐大小（信号幅度大小）控制彩灯，音量大时，彩灯亮度加大，反之亦然。

（5）第三路按因调高低（信号频率高低）控制彩。

第2章音乐大小控制彩灯

2.1系统设计思路

音频在电信号中表现为多个正弦波叠加而形成。音乐的大小就表现为是演唱者的声音的强弱起伏，它在音频信号中表现为正弦波的波峰和波谷，所以在他达到波峰时说明他的音量大。在波谷是音量就小，所就需要一个触发电路使他在音量大的时候就彩灯发光，音量小的时候灯灭。综合考虑：选择了NE555够成的单稳态电路，由于单稳态电路是低电平触发所以还需要一个反相放大器。

音乐的节奏往往是由乐队的鼓点来体现，实质上是具有一定时间间隔的脉冲信号。根据设计要求，彩灯要随着节奏闪亮，需要一个触发电路来检测脉冲信号并产生计数脉冲。根据要求选择了NE555构成的无稳态触发器，由于触发器的触发电压比音频信号的高就还需要一个放大电路，有触发信号后就还需要计数器和译码器来使彩灯闪亮。

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。

图2-1 总体框图

信号源经放大器放大后输出分别送往：（1）单稳态触发器，输出脉冲信号通过驱动电路来驱使彩灯发光；（2）多谐振荡器脉冲输出到计数器，计数脉冲通过计数和译码驱使彩灯发光；（3）送往高低通电路，取出所需要频段信号后驱动彩

灯发光

2.2 音乐大小控制彩灯的工作原理

音乐的大小，是原唱者的声音的强弱起伏，它在音频信号中表现为正弦波的波峰，所以在他达到波峰时说明他的音乐大。在波谷是他就小，所以就需要设计一个触发电路，由声音的强弱控制，根据要求使用了NE555时基电路中的单稳态电路，触发后驱动LED发光。由于音频电压过小，所以还要设计一个放大电路。

图2-2 音乐大小

2.3音乐大小控制彩灯的电路实现.

2.3.1 电源电路设计

单稳态电路的工作电压在3～18V之间，选取12V电压为电源电压，所以设计时使用220V交流电压经过变压后得到12V的交流电压，再经过桥式整流、整流滤波后由三端稳压7812稳压为12V，供给各个电路元件使用。

1．电源电路结构

常见小功率直流稳压电源系统由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路等四部分组成，如图2-3所示：

图2-3 电源电路结构图

稳压电路根据调整元件类型可分为电子管稳压电路、三极管稳压电路、可控硅稳

压电路，集成稳压电路等。根据调整元件与负载连接方法，可分为并联型和串联型。根据调整元件工作状态不同，可分为线性和开关型稳压电路。本电路主要采用集成三端稳压电路。

图2-4 电源电路

2 电源电路参数计算

（1）桥式整流二极管参数计算

正向平均电流：

mA mA O D F I I I 1543082

121'===≥ 最大反向电压：

V V R RM U U U 107222(max)≈⨯=

=≥

（2）滤波电容参数： 31(35)

(35)2010221'27.3L T C R ---⨯⨯≥=

F F μ1830~100000183.0~001.0==

取C2=1000μF

电容耐压：V CM U U 1222=≥

取25≥CM U V,故电容参数为C:1000μF/25V 。

通过稳压管7812后 稳压为12V ，提供给各个电路。

2.3.3 放大电路

由于555单稳态电路是低电平触发，所以设计时采用了反向放大，三极管起反向作用，放大电源由1R 可得如图2-5所示。

图2-5 放大电路

VT （9014） b-e 极承受的极限电压在0.7V ，最大电流为0.1A ，所以根据基尔霍夫定理得：

be R U U U =-1, be be U R I U =-1

可得： 1R =330K

RP 为调谐电阻，由于单稳态电路的触发电压在Vdd/3左右，所以调整555的2脚电压在3Vdd 上下波动，这样才能是单稳态电路触发，由于电阻可变放大倍数不用计算，9014的放大倍数在100～1000之间足以使电压达到单稳态所需的3Vdd =4V 。

3．单稳态电路：

图2-6 单稳态电路

由于电容的容量和耐压不好选，所以就先选电容为10.022C uF =，设单稳态的暂态时间为0.123t ms =。

根据公式： 1.1t RC =