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 =
得 3610022.01.11.0R -⨯⨯=
所以3R 取5k
4.限流电阻2R 的计算
由于2U 的 脚电压3V 为2V ，LED 的承受电流为30mA ，取R 的最大取值为：
2R =mA 303V =mA
V 302=667Ω 2R =680Ω
2.3.2 音乐大小控制彩灯的电路图的设计实现
设计电源电路为了NE555提供稳定的直流电源12V ；设计NE555时基电路构成单稳态触发电路，经过限流电阻，点亮电路用LED 发光二极管。

图2-6 音乐大小电路图
音频输入后，经过由VT 组成的音频放大器电压放大。

555时基电路与电阻3R 、电容3C 接成典型的但问他了工作模式，由于3R 、3C 的取值较小，所以暂态时间非常短，s C R t μ42.1231.133==。

限流电阻3R 构成保护电路，去驱动LED 闪亮。

音频输入时，经VT 反向放大，使时基电路2脚电平在3Vdd 上下波动。

当电位不大于3Vdd 时，时基电路置位，进入暂态，3脚输出高电平，晶闸管导通，LED 发光。

由于暂态时间很短，很快又翻回稳态，LED 彩灯熄灭，也就是说彩灯不会有停滞状态，它能随时基电路的2脚电平即音频电信号的变化而变化。

当变阻器的电阻越小，静态时555的 2脚电平越高，电路的声控灵敏度就越低，所以根据需要调节变位器。

仿真实验：
图2-6 仿真波形
图2-6中的斜线表示触发经放大后的音频信号，方波表示的是输出信号。

由图可知，音频信号经过放大之后进入单稳态集成电路.从图2-6可以看出正弦波处于正半波上升沿是，单稳态触发并输出信号，由此可知当音乐音量大小改变时，正弦波增大，那么彩灯闪亮的速率加快，音量减小时，波的幅度减小，彩灯闪亮减慢或停止。

第3章 音乐节奏控制彩灯
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体现，实质上是具有一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LED 。

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。

图3-1 节奏流程框图
3.2 音乐节奏控制彩灯的实现
3.2.1 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 ,K R 1.55 。