#基于单片机的声控彩灯设计

摘要

本次课程设计主题是基于ATMEL公司生产的AT89S52单片机为核心设计一个声控彩灯系统。系统由模拟电路部分和数字电路部分组成，模拟电路由驻极体麦克风、运算放大器、二极管峰值包络检波器，实现对音频信号进行转换、滤波、放大等处理。数字电路由A/D转换器、AT89S52单片机及发光二级管组成，单片机将A/D转换后的信号对LED的亮灭进行控制，LED的亮灭情况由音频信号的强度进行控制，点亮的LED的数目随音频音量的增大而增加，随音频音量的减小而减少，实现了一个简单的音乐彩灯控制系统。

关键词：AT89S52单片机；发光二极管； A/D转换器；运算放大器；驻极体麦克风；

目录

引言 (4)

1. 设计任务及要求 (4)

2. 方案选择 (4)

2.1 方案一：采用数字芯片构成的声控彩灯系统 (4)

2.2 方案二：基于AT89S52为核心的单片机声控彩灯系统 (5)

2.3 方案比较和选择 (5)

2.4声控彩灯系统框图 (6)

3. 硬件设计原理 (7)

3.1模拟电路部分 (7)

3.1.1 模拟电路原理说明 (7)

3.1.2 电路仿真过程 (8)

3.1.3模拟电路原理图 (11)

3.2数字电路部分 (14)

3.2.1 数字电路部分原理图 (14)

3.2.2 A/D转换器 (15)

3.2.3单片机AT89S52介绍 (18)

3.2.4 时钟电路和复位电路 (21)

3.2.5 LED发光显示电路 (23)

3.2.6下载端口 (23)

4. 软件设计原理 (24)

5. 硬件电路制作和组装调试 (24)

6. 软件调试过程及遇到的问题和解决方法 (25)

7. 课设总结 (26)

谢辞 (27)

附录一 (29)

附录二 (30)

附录三 (31)

附录四 (32)

引言

随着科学技术发展，彩灯艺术更是花样翻新，奇招频出，传统的制灯工艺和现代科学技术紧密结合，将电子、建筑、机械、遥控、声学等新技术、新工艺用于彩灯的设计制作，把形、色、光、声、动相结合，思想性、知识性、趣味性、艺术性相统一，音乐彩灯的出现使人们既得到了视觉和听觉上得享受，同时也给人们紧张的现代生活带来新鲜的色彩和活力。

1.设计任务及要求

（1）选择合适传感器；

（2）选择合适放大器及A/D转换器件；

（3）单片机根据音频信号大小驱动LED亮灭；

（4）可调拾音灵敏度；

（5）LED的个数、造型自定；

2.方案选择

2.1 方案一：采用数字芯片构成的声控彩灯电路

音频在电信号中表现为多个正弦波叠加而成。音乐的大小就表现为声音的强弱起伏，它在音频信号中表现为正弦波的波峰和波谷，所以在它到达波峰时就说明它的音量大，在波谷时音量就小，根据这个原理，可以采用一个触发电路控制彩灯在音量大的时候发光，音量小的时候就熄灭。综合考虑，可以选择一个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，还需要

设一个放大电路。设计框图如下图所示：

图2.1-1 方案一设计框图

2.2 方案二：以AT89S52为核心的单片机声控彩灯系统

此控制系统以AT89S52为控制器，通过单片机的I/O口进行读操作，将外部经过音频信号转换而成的电压信号读取进来，再进行分析计算，对外部的发光二级管进行控制，编程控制灵活。能灵活根据音频信号的强弱范围来控制发光二级管亮灭的数目，达到声音控制灯亮灭的效果。

2.3 方案比较和选择

方案一中，虽然电路比较简单，但是最终的硬件电路功能单一，不方便进行功能的修改和升级，控制不够人性化。

方案二中，以AT89S52为控制核心，AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器, 在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，控制灵活方便，使得AT89S52在众多控制使用系统中得到广泛使用。因此本次课题选用方案二。

2.4 声控彩灯系统框图

驻极体麦克风

两级

放大

A/D转换器

电路

图2.4-1系统结构框图

3. 硬件设计原理

3.1模拟电路部分：

3.1.1 模拟电路原理说明：

首先，采用电容式麦克风对音频信号进行拾取。

其次，通过两个电容分别对音频中得高频成分进行滤波以及对直流成分进行隔直。然后，经过一级放大器放大。因为从电容式麦克风输出的信号幅度很小，大概几毫伏至几十毫伏左右，因此要对该信号进行放大，放大倍数选择在1000倍左右，才能满足A/D转换器的需要，由此选择两级放大电路，第一级放大倍数设置在

1~454倍之间，第二级放大倍数设置在1~10倍之间。两级放大就可以达到1000倍左右。

最后，由于音频信号在电信号中表现为多个正弦波叠加而成，而A/D转换器转换的电压范围在0~5v，所以选择采用二极管包络检波器对这些正弦波进行整流后再进行A/D转换。

通过以上分析，运用Multisim进行电路绘制及仿真，仿真过程如下所述。

3.1.2电路仿真过程：

图3.1.2-1仿真原理图

图3.1.2-2一级放大电路仿真波形图

XFG1

R14.7kΩ

C1

1µF

C2100pF

R2

1kΩ

R4100Ω

U1A

NE5532P 3

2

4

8

1

U2A

NE5532P

3

2

4

8

1

R322Ω

R610kΩKey=A

0%C310µF

D11BH62

D21BH62

D31BH62

R52.2kΩC410µF

R710kΩKey=A

100%R81kΩ

XSC1

A

B

Ext Trig

+

+

_

_

+

_

R91kΩ

XSC2

A B

Ext Trig

+

+

_

_

+_

V15 V V212 V

V412 V V312 V

V5

12 V

V6

12 V