电子专业毕业设计-音乐节奏彩灯控制器设计

毕业设计（论文）选题音乐节奏彩灯控制器设计系别信息工程系班级14电子学生姓名刘石垒学号指导教师完成日期2016 年12 月31 日摘要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。

目录第1章绪论 (1)第2章音乐大小控制彩灯 (2)2.1系统设计思路 (2)2.2 音乐大小控制彩灯的工作原理 (3)2.3音乐大小控制彩灯的电路实现 (3)2.3.1 电源电路设计 (3)2.3.3 放大电路 (4)2.3.2 音乐大小控制彩灯的电路图的设计实现 (6)第3章音乐节奏控制彩灯 (8)3.1 音乐节奏控制彩灯的工作原理. (8)3.2 音乐节奏控制彩灯的实现 (8)3.2.1 音乐节奏控制彩灯的主要参数计算 (8)3.2.2 音乐节奏控制彩灯总电路实现 (10)4.1 音调高低控制彩灯的工作原理 (12)4.2 音调高低控制彩灯的电路设计 (12)4.2.1音调高低控制彩灯的主要参数计算 (12)4.2.2 音调高低控制彩灯的电路图 (14)第五章实物的制作和调试 (15)总结 (19)致谢 (20)附录 (22)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：mAmAODF III1543082121'===≥最大反向电压：VVRRM UUU107222(max)≈⨯==≥（2）滤波电容参数：31(35)(35)2010221'27.3LTCR---⨯⨯≥=FFμ1830~100000183.0~001.0==取C2=1000μF电容耐压：VCM UU1222=≥取25≥CMU 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 =330KRP 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5k4.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 =mAV 302=667Ω 2R =680Ω2.3.2 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 。

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2R 远远大于1R 时，50%D =,此时输出的波形为理想对称的方波，所以2R 使用100K 的可变电阻，这样实现了方波，也使2R 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1t 可用以下式表示（即充电周期），即3脚输出低电平时间2t （即放电周期）:122639.0C R t =振荡周期T ：12121)2(639.0C R R t t T +=+=振荡频率为f ：121)2(44.1/1C R R T f +≈=输出脉冲占空比D ：)2/()(/21211R R R R T t D ++==根据以上公式可以求出1r 、1c 、2c ，由于电容在市场上的型号不多。

所以就选相近的F c μ47.01=,F C μ7.42=。

121121DD DD 1211)C R 0.639(R ln2)C R (R )]V 32ln[(V )C R (R t +≈+=-+-=3 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。