PAGEPAGE26家飾音樂噴泉系統(tǒng)設(shè)計機(jī)電工程學(xué)院電子信息工程2009級（1）班：指導(dǎo)教師：職稱：副教授完成日期：2013年6月PAGEI摘要本文首先介紹了音樂噴泉的設(shè)計背景、意義、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀等，分析了家飾音樂噴泉的市場前景及尚待研究的問題?；陂_發(fā)的可行性和必然性，最終決定設(shè)計和開發(fā)家飾音樂噴泉。本系統(tǒng)通過查閱大量的相關(guān)信息，然后結(jié)合實(shí)際進(jìn)行分析論證，最終確定方案為：采用STC12C5A60S2單片機(jī)作為家飾音樂噴泉的控制核心，利用單片機(jī)內(nèi)部高速A/D采集音頻信號，并將采集回來的信號進(jìn)行快速傅里葉變換，然后對變換完的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,得到PWM值和各個頻率段的電壓幅值。一方面由L298驅(qū)動模塊根據(jù)PWM控制水泵的水柱高低，另一方面通過彩燈控制模塊根據(jù)電壓幅值顯示音樂的頻譜圖。同時音頻信號又經(jīng)過延時模塊延時后送到音樂播放器處播放，從而實(shí)現(xiàn)音樂、水、燈光氣氛統(tǒng)一，播放同步的效果。通過設(shè)計制作，系統(tǒng)最終能大部分完成預(yù)期要求，并具有良好的性能，實(shí)現(xiàn)了將音樂噴泉帶進(jìn)家庭的愿望。關(guān)鍵詞：STC12C5A60S2單片機(jī)；A/D采樣；快速傅里葉變換；頻譜圖AbstractThisarticledescribesthebackground,thesignificance,thedomesticandforeigndevelopmentpresentsituationofmusicalfountainatfirst,analysisofthefurnishingmusicalfountainmarketprospectsandtheissueswhatwaitstostudy.Inviewofitsfeasibilityandnecessity,Imakeupmymindtodesignanddevelopthemusicalfountaineventually.Byconsultingthenumerousofrelevantinformationandanalysis

combinepractice,thesystemdeterminethesolutionasfollows.Firstly,usesSTC12C5A60S2microcomputerascontrolcoreofthefurnishingmusicalfountain.Secondly,gathertheaudiosignalthroughthehigh-speedA/DofSCMandputitonFastFourierTransform.Finally,PWMvalueandthevoltageamplitudeofeachfrequencycanbeobtainedbydealingwiththetransformeddata.Ontheonehand,bytheL298drivingmodulebasedonPWMcontrolpumpswatercolumnheight.Ontheotherhand,showthespectrumfigureofmusicthroughthelightscontrolmodule.Inthemeantime,afterdelaymodule,theaudiosignalsenttothemusicplayer,soastobringaboutmusicatmosphere,water,lightisunified,broadcastsynchronizationeffect.Bydesign,thesystemcancompleteamajorityofexpectedrequirementsandhasgoodperformanceeventually.Ourdreamsthatbringthemusicalfountainintofamilyhavecometrue.Keywords：STC12C5A60S2microcontroller；A/Dsampling；FastFourierTransform；Spectrumfigure目錄1引言 11.1設(shè)計背景 11.2設(shè)計意義 11.3國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 21.4尚待研究的問題 32系統(tǒng)原理概述 42.1音樂噴泉原理 42.2頻譜圖原理 43設(shè)計方案 63.1設(shè)計分析 63.2方案論證和選擇 53.2.1控制器模塊 63.2.2電機(jī)驅(qū)動模塊 73.2.3延時模塊 73.2.4音樂播放器模塊 83.3系統(tǒng)最終方案 84系統(tǒng)的硬件設(shè)計 94.1控制部分電路的設(shè)計 94.1.1主控電路設(shè)計 94.1.2驅(qū)動電路設(shè)計 104.1.3彩燈控制電路設(shè)計 104.1.4電源電路設(shè)計 114.2音頻信號處理部分電路的設(shè)計 114.2.1延時電路設(shè)計 114.2.2音樂播放器電路設(shè)計 125系統(tǒng)的軟件設(shè)計 145.1軟件系統(tǒng)組成 145.2部分程序介紹 145.2.1系統(tǒng)主程序 145.2.2傅里葉變換程序 155.2.3電機(jī)控制子程序 165.2.4其他程序 176系統(tǒng)調(diào)試 187結(jié)論 20謝辭 21參考文獻(xiàn) 22附錄A總電路圖 23附錄B實(shí)物展示 24附錄C部分程序 25PAGE1家飾音樂噴泉系統(tǒng)設(shè)計1引言1.1設(shè)計背景在公元前6世紀(jì)噴泉就已經(jīng)出現(xiàn)了。到了17-18世紀(jì)，噴泉開始盛行。在歐羅巴洲的各大區(qū)域都有噴泉出現(xiàn)，其中最出名的就屬俄國夏宮（SummerPalaceOfPeter）的大瀑布噴泉群和法國凡爾賽宮（ChateaudeVersailles）的太陽神噴泉了[1]。此外，還有很多意味深長的噴泉小品，像布魯塞爾的于廉噴泉。20世紀(jì)初，出現(xiàn)了擁有形態(tài)各異的大型水景，著名的有氣勢恢弘的日內(nèi)瓦萊蒙湖大噴泉[1]。音樂噴泉構(gòu)思的產(chǎn)生是從1930年開始的，德國人奧圖.皮士特霍(OT-TOPRZYSTAWIK)首先提出了將音樂與噴泉相結(jié)合的想法，并設(shè)計成作品放在商店或酒家等地方[2]。隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步，到目前為止，音樂噴泉的發(fā)展已經(jīng)日趨成熟。其實(shí)早期的音樂噴泉的音樂和噴泉并無密切關(guān)系。而目前的發(fā)展趨勢是讓噴泉隨著音樂的變化而改變其形態(tài)和色彩，并將形態(tài)各異的花型顯現(xiàn)在我們面前，通過視覺和聽覺讓我們感受音樂本身的韻味。隨著我國不斷實(shí)施改革開放政策，到了80年代中期，我國也逐漸引進(jìn)了多座音樂噴泉，在美化環(huán)境和活躍人們的文化生活方面起到了良好的作用。如今噴泉工業(yè)蒸蒸日上，隨處可見噴泉的設(shè)備廠和專業(yè)公司。曾有報道指出，1997年底全國己有200多個廠家，其中年產(chǎn)值1000萬元以上的廠家就有10來家，年總產(chǎn)值估計達(dá)到3億元以上[3]；尤其是在江蘇省和全國各大城市，噴泉設(shè)備廠隨處可見。一些大專院校、科研單位也在噴泉設(shè)備上有所研究，如清華大學(xué)、中科院等，為我國噴泉技術(shù)的發(fā)展做出了一定的貢獻(xiàn)。1.2設(shè)計意義隨著生活水平的提高，人們對生活質(zhì)量的要求也不斷提升。而噴泉因?yàn)樗?dú)特的觀賞性價值，被不間斷地應(yīng)用在居民小區(qū)、街心公園和大型商場等場所。它的作用很多，比如能減少空氣中的塵埃、降低空氣的溫度、增加周圍空氣的濕度等等，象征著生機(jī)、希望、權(quán)威、財富，給人們的生活增添了許多樂趣[4][5]。但是大多數(shù)的音樂噴泉都只能在現(xiàn)場觀賞，很少能成為家庭裝飾品。過去一些傳統(tǒng)的家庭裝飾品如保濕器、氧吧、流水泉等也曾經(jīng)得到人們的青睞,但是因?yàn)楣δ苌伲庑螁我?，裝飾性不強(qiáng)等缺點(diǎn)，所以逐漸不能滿足消費(fèi)者的要求。正因?yàn)槿遮吪d起的裝飾業(yè)，人們對家居裝飾品也越來越講究品味、高檔、情調(diào)，希望能體現(xiàn)自己的個性和家庭的溫馨感，特別是隨著現(xiàn)在生活質(zhì)量的提高，人們開始懂得享受生活，所以越來越多的人迫切希望音樂噴泉能走進(jìn)人們的家中。但是目前，小型音樂噴泉的技術(shù)還不太成熟，一般都是不可調(diào)整的，較為單一，也沒有什么觀賞性，就算部分產(chǎn)品有將音樂和噴泉結(jié)合起來，那也只是膚淺地合成并，不能把音樂真正的內(nèi)涵體現(xiàn)出來。如今隨著裝飾業(yè)和大型音樂噴泉技術(shù)的逐漸成熟，小型音樂噴泉開始成為人們渴望的家庭裝飾品，再加上音樂噴泉本身具有凈化環(huán)境的特性和超前的藝術(shù)造詣，所以家飾音樂噴泉的市場前景是非?？捎^的。綜上所述，決定設(shè)計和開發(fā)家飾音樂噴泉。1.3國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀隨著音樂噴泉逐步擴(kuò)大的市場需求，國內(nèi)外對音樂噴泉的研究與開發(fā)工作與日劇增。如今音樂噴泉的發(fā)展趨勢主要有：1、智能化，隨著社會的發(fā)展，生活節(jié)奏逐漸加快，人們開始強(qiáng)烈要求智能化[4]；2、大型化，譬如首爾“巨型噴泉”；3、小型化，隨著日趨興起的裝飾業(yè),人們對居家裝飾品的要求逐步提高,家飾音樂噴泉成為一個很好的選擇；4、融入環(huán)境，能融入周邊環(huán)境的噴泉，將給人以強(qiáng)勁的沖擊力。目前各種樣式的音樂噴泉都蓬勃發(fā)展，音樂噴泉的設(shè)計水平也日趨完善。在國外，目前世界上最大的噴泉是迪拜音樂噴泉，它是由美國Bellagio噴泉制造商WET公司設(shè)計而成的。迪拜音樂噴泉的投資總額高達(dá)2.18億美元，總長度為275米，最高噴射高度為150米。它的噴水量比原世界第一的美國Bellagio噴泉多了25%，高達(dá)2.2萬加侖。迪拜音樂噴泉一共有6600個燈和50個彩色的投影機(jī)，隨著音樂起伏有上千種變化，時而婉約時而豪放，令人嘆為觀止，目不暇接。曾有報道宣稱，在20英里處都能看到迪拜噴泉的宏偉景象。在國內(nèi)，就屬位于北廣場中軸線上的西安大雁塔音樂噴泉了。它的南北方向長350米，東西方向?qū)?2米，形狀酷似“T”字型。整個噴泉由音樂水池、八級跌水池和百米瀑布水池這三個部分所構(gòu)成，它們既可以單獨(dú)分區(qū)表演也可以集體表演，22種國內(nèi)新型的立體水型，遠(yuǎn)遠(yuǎn)望去流光溢彩，如煙似霧[6]；其中，有4臺水泵能從水中噴出噴火泉，它們在6米高的地方開始完全燃燒，然后再低溫爆開，能融聲、光、水、色于一體，令人觸目驚心、久久不能忘懷，具有很高的觀賞價值。由此可見國內(nèi)外音樂噴泉的發(fā)展都已經(jīng)達(dá)到了一個相當(dāng)高的水準(zhǔn)，現(xiàn)在需要的就是創(chuàng)新，要別具一格，獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。所以噴泉設(shè)計師費(fèi)勁心思將地域文化、時代潮流和藝術(shù)構(gòu)思等元素完美地結(jié)合起來，使音樂噴泉可以隨音樂曲調(diào)的變動而控制水型的變換，從而展現(xiàn)音樂噴泉的動態(tài)美感。但上面所提到的幾個音樂噴泉皆屬大型的音樂噴泉，一般是都是由PLC控制的，有成本高，流量要求大等特點(diǎn)，不能滿足個體需求。1.4尚待研究的問題在音樂噴泉的逐步發(fā)展中，伴隨著出現(xiàn)了一些不足和需要改進(jìn)的地方，主要分為以下幾點(diǎn)問題：設(shè)計時沒有充分考慮細(xì)節(jié)部分，比如音樂滯后等問題；盲目設(shè)計，使作品難于長存于世；音樂的識別度和可視化問題研究得不夠透徹，沒能達(dá)到要求；不夠重視節(jié)能、節(jié)水等環(huán)保問題。其中，第二條中的盲目設(shè)計主要是指一些設(shè)計師為了提升自己的設(shè)計而一味地求全、求大、求高，最終脫離本地實(shí)際情況，造成做出來的噴泉與環(huán)境氛圍不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致投資大、運(yùn)行成本高、效果差的結(jié)果。所以噴泉設(shè)計師切記不可盲目設(shè)計，要與實(shí)際情況相結(jié)合。因此要想設(shè)計出比較優(yōu)秀的音樂噴泉，不僅要合理聽取當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)人員的建議，而且還應(yīng)該考慮噴泉建設(shè)的地方與周邊的環(huán)境、空間、建筑、綠化能否形成協(xié)調(diào)的關(guān)系，比如安靜、幽雅的氛圍就不宜搞成熱烈、活躍的效果。而對于小型音樂噴泉的設(shè)計除了要考慮環(huán)保、細(xì)節(jié)、不盲目外還要注意產(chǎn)品的體積、成本等問題。本設(shè)計中的家飾音樂噴泉則是要以家飾為主，設(shè)計一個小型的、體現(xiàn)音樂內(nèi)涵的、節(jié)能的、節(jié)水的音樂噴泉。采用“成本低、效果高”的設(shè)計原則，使用較少的外圍器件和較為簡單的電路實(shí)現(xiàn)了將可以體現(xiàn)音樂的旋律和節(jié)奏的音樂噴泉帶進(jìn)家庭。2系統(tǒng)原理概述2.1音樂噴泉原理噴泉是指經(jīng)過一定壓力后可以將水由噴頭噴射出來的一種器件。一般提供水壓的為水泵，再加入五彩的燈光、煙霧，有凈化空氣、美化環(huán)境的功能。音樂噴泉就是一種采用音樂的基本要素（旋律、音色、節(jié)奏、節(jié)拍等）來控制噴泉的水柱噴射程度、形狀變化以及燈光亮暗變化的裝置[7]。其原理是將先聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?然后對變換后的信號進(jìn)行一定的處理，從而控制噴頭水路。其中水柱是由電機(jī)組成的水泵控制的，而電機(jī)的速度是由PWM脈沖波控制的。整個實(shí)現(xiàn)的過程是以音樂的元素為控制信號，處理相關(guān)的信號后得出相應(yīng)的控制變量來控制電機(jī)，同時通過彩燈控制系統(tǒng)顯示頻譜圖，使噴泉的水柱噴射程度、形狀變化、燈光的亮暗變化與音樂保持同步，從而達(dá)到噴泉水柱、燈光與音樂情緒的完美結(jié)合，使噴泉表演更加生動更加富有內(nèi)涵。2.2頻譜圖原理什么是“頻譜”？聽起來好像很深奧似的，其實(shí)也不難理解，我們先從波形的來源說起。大家都知道，一切聲音都是由振動產(chǎn)生的。那么聲音之所以千變?nèi)f化各不相同，就是因?yàn)樗鼈兊恼駝硬煌斐傻?。我們通常用頻率來描述聲音，而赫茲（Hz）是頻率的單位，一秒鐘振動一次用1Hz表示，如每秒鐘振動20次就是20Hz。而鋼琴的中央是C調(diào)，它的頻率則是262Hz。我們?nèi)说亩淠軌蚵牭降念l率范圍是20Hz~20KHz。比如，男低音82~392Hz、男中音123~493Hz、男高音164~698Hz、女低音123~493Hz、女高音229~1.1KHz，這些都是人聲的常見基頻范圍。還有一些聲音高于20KHz被稱為超聲波，而低于20Hz的聲音，則被稱為次聲波，這些是我們?nèi)硕牪灰姷?。由傅里葉分析可知，聲音是不斷變化的，它是由幾個或者無數(shù)個正弦波合成的，除此之外還有無數(shù)個諧波分量。若是將聲音的頻率分量繪制成曲線，那就形成了我們所說的“頻譜”。那么要如何制作頻譜圖呢？采樣定理指出，音頻信號的最高頻率大概是20KHz，如果采用40KHz的頻率，那么采樣頻率就比信號頻率大兩倍，所以能基本滿足要求[8]。首先，用A/D采樣一個模擬信號，然后將模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號。其次，將數(shù)字信號送入FFT(FastFourierTransform)即離散傅里葉變換的快速算法進(jìn)行變換處理。例如我們?nèi)個采樣點(diǎn)，經(jīng)過FFT運(yùn)算之后，就可以得到N個點(diǎn)的FFT結(jié)果。設(shè)F為A/D的采樣頻率，N為傅里葉變換的點(diǎn)數(shù)，則有最小分辨頻率f=F/N,因此頻譜顯示的最低頻率就是fHz，以后每向右移一個點(diǎn)，頻率值將增加fHz。因?yàn)镕FT的結(jié)果是對稱的，所以我們采用前N/2個采樣點(diǎn)，就可以得到FFT的結(jié)果?？偟膩碚f，只要運(yùn)用A/D定時采集音頻信號，然后將采集回來的信號進(jìn)行快速傅里葉變換，然后對變換完的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理，得到各個頻率段的電壓幅值，最后通過LED點(diǎn)陣根據(jù)電壓幅值顯示音樂的頻譜圖。3設(shè)計方案3.1設(shè)計分析根據(jù)設(shè)計要求，系統(tǒng)可以劃分為控制部分和音頻處理部分。其中控制部分包括：控制器模塊、驅(qū)動模塊、彩燈控制模塊、電源模塊；音頻處理部分包括：延時模塊、音樂播放器模塊等六大模塊。模塊框圖如附圖所示。附圖系統(tǒng)基本模塊框圖3.2方案論證和選擇3.2.1控制器模塊方案一：采用PLC作為主控制器。PLC運(yùn)用中斷程序來對音頻進(jìn)行采集，然后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)算，得到的結(jié)果通過D/A轉(zhuǎn)換成模擬量，再由EM235輸出，繼而控制變頻器的輸出頻率，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，最終實(shí)現(xiàn)讓水柱根據(jù)音樂節(jié)奏的變化而變化[9-11]。該控制電路設(shè)計簡單，程序修改方便，同時PLC內(nèi)部設(shè)置了大量抗干擾保護(hù)電路，工作穩(wěn)定性高。但是控制系統(tǒng)成本相對偏高，比較適合大型音樂噴泉設(shè)計。方案二：采用復(fù)雜可編程序邏輯器件(CPLD)作為音樂噴泉的控制器模塊[12]。采用CPLD實(shí)現(xiàn)頻譜型的音樂噴泉，具有成本較低、程序易修改和運(yùn)行速度快等優(yōu)點(diǎn)，同時可以通過LED點(diǎn)陣來對系統(tǒng)進(jìn)行仿真顯示。但是集成度越高，CPLD的功耗就越大。方案三：采用單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控制器。采用A/D對音頻信號進(jìn)行采集，然后根據(jù)采集的信號輸出相應(yīng)的PWM波，進(jìn)而控制水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到控制噴水高度的目的，其中，彩燈的亮滅也由單片機(jī)跟據(jù)信號采樣值的大小來控制[13][14]。這種方法有外圍電路簡單、成本低、體積小、實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。雖然抗干擾性和穩(wěn)定性在電磁波的影響下較差，但是對于家飾音樂噴泉還是比較適用的。綜上所述，根據(jù)家飾音樂噴泉是適用性，本系統(tǒng)采用方案三單片機(jī)為控制器模塊。由于STC12C5A60S2單片機(jī)內(nèi)部自帶8路高速A/D轉(zhuǎn)換器，所以采用STC12C5A60S2單片機(jī)設(shè)計家飾音樂噴泉系統(tǒng)，以下均是根據(jù)方案三進(jìn)行設(shè)計的。3.2.2電機(jī)驅(qū)動模塊電機(jī)的驅(qū)動電路主要通過電機(jī)的轉(zhuǎn)速快慢實(shí)現(xiàn)水泵噴出高低水柱。對于電機(jī)驅(qū)動電路有下面的幾種方案。方案一：采用MC33886全橋電機(jī)驅(qū)動芯片。該芯片內(nèi)部設(shè)有防止H橋橋臂同側(cè)導(dǎo)通的控制邏輯，柵極驅(qū)動電路，電荷泵以及輸出電路。MC33886芯片最大有5A的輸出電流，并可以通過4根輸出線實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)和制動，內(nèi)設(shè)保護(hù)電路，使用安全。可是因?yàn)樵撔酒挥?A的驅(qū)動電流，卻有120mΩ的內(nèi)阻，所以造成了芯片易發(fā)熱，且發(fā)熱不均等問題[15]。方案二：采用L298作為驅(qū)動芯片。L298芯片內(nèi)部是H橋集成電路，輸出電流為2A，最高電流為4A，最高工作電壓為50V，可以驅(qū)動大功率直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、電磁閥等感性負(fù)載[16]。原理是通過PWM波來控制電機(jī)的電壓，從而實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。其控制原理簡單，輸出波動小，線性好，對領(lǐng)近電路干擾小?；谏鲜隼碚摲治?，選擇方案二。3.2.3延時模塊在音樂播放器前加入一個延時模塊是為了實(shí)現(xiàn)音樂、水、燈光的同時性。對于延時模塊有下面的幾種方案。方案一：先采用A/D轉(zhuǎn)化器將模擬的音頻信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，再通過CPLD把音頻數(shù)據(jù)按照存儲的寫時序依次存入存儲器中，接著按照存儲器的讀時序讀出儲器中的數(shù)據(jù)，并送入D/A轉(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)化成模擬的音頻信號，最后由低通濾波器輸出。此方法信噪比和失真指標(biāo)都較高，但是價格比較昂貴而且電路比較復(fù)雜。方案二：音頻模擬信號先經(jīng)過增量調(diào)整器，再經(jīng)過簡單的RC電路積分，所產(chǎn)生的數(shù)字流[17]就是音頻輸入的近似值，再把該近似值不斷地與參考音頻作比較，進(jìn)行不斷的修正，直到十分逼近初始值。然后不斷置入移位寄存器中，最后經(jīng)過積分電路還原音頻的模擬信號?；谏鲜隼碚摲治觯桨付诜显O(shè)計要求下電路更簡單，成本更低。所以選擇方案二。3.2.4音樂播放器模塊為了體現(xiàn)音樂、水、燈光的同時性，所以要將音樂播放出來。采用手頭已有的功放芯片TDA2030，對于TDA2030功放電路的選擇有以下幾種方案。方案一：用TDA2030組成OTL功放電路。OTL功放的形式是采用單電源供電，有輸出耦合電容。OTL功放對電源要求低、有輸出電容的隔離對喇叭的沖擊小，但因?yàn)檩敵鲇旭詈想娙荩y以達(dá)到較寬的頻響。方案二：用TDA2030組成OCL功放電路。該電路采用雙電源供電，沒有輸出耦合電容。雙電源采用初級線圈中間點(diǎn)接地、上下電壓對稱相等的變壓器。因?yàn)镺CL沒有了輸出電容，所以頻率特性得到了改善。但由于OCL是雙電源供電的，自然對電源有較高要求。方案三：用TDA2030組成

BTL功放電路。BTL是由兩個相同的OCL組成的，不管使用單電源還是雙電源供電都不需要輸出電容，輸出功率可以達(dá)到單個OCL電路的4倍[18]。該電路需要滿足兩個輸入信號反相且幅度相同的條件才能實(shí)現(xiàn)BTL形的功放電路。但是相對來說此種電路的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜?；谏鲜隼碚摲治觯捎陔娐穼β室蟛皇欠浅８撸珜σ糍|(zhì)還是有一定的要求，所以最終擬定方案二。3.3系統(tǒng)最終方案結(jié)合實(shí)際對各種方案進(jìn)行分析和論證，最終確定以下方案：控制器模塊：采用STC12C5A60S2單片機(jī)；彩燈控制模塊：用單片機(jī)的I/O口直接控制，LED點(diǎn)陣顯示；電機(jī)驅(qū)動模塊：采用L298作為驅(qū)動芯片，PWM調(diào)速；延時模塊：采用簡單的RC積分和移位寄存器組成；音樂播放器模塊：采用TDA2030功放芯片構(gòu)成OCL型電路；電源模塊：采用18650鋰電池經(jīng)7805穩(wěn)壓。系統(tǒng)的最終方案如圖3-2所示。一方面，單片機(jī)STC12C5A60S2根據(jù)輸入的音頻信號得出A/D采樣值，再經(jīng)傅里葉變換后產(chǎn)生相應(yīng)的PWM值和電壓幅值，然后控制電機(jī)水泵和彩燈執(zhí)行相應(yīng)的動作。另一方面，音頻信號經(jīng)過延時模塊延時后送入音樂播放器中播放，最終實(shí)現(xiàn)音樂、水、燈光氣氛統(tǒng)一，同步播放的效果。4系統(tǒng)的硬件設(shè)計4.1控制部分電路的設(shè)計4.1.1主控電路設(shè)計本系統(tǒng)采用STC12C5A60S2單片機(jī)[19]作為主控芯片。STC12C5A60S2單片機(jī)是新一代51單片機(jī)，集高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾等特點(diǎn)于一身；其指令代碼和傳統(tǒng)8051芯片完全兼容，并且速度提高8-12倍；該單片機(jī)內(nèi)部還擁有中央處理器（CPU）、定時/計數(shù)器、程序存儲器（Flash）、高速A/D、看門狗以及外部晶振電路等模塊，即一般數(shù)據(jù)采集和控制所需要的模塊，STC12C5A60S2單片機(jī)幾乎都有，所以使用特別方便，可稱得上一個片上系統(tǒng)。STC12C5A60S2單片機(jī)系列自帶8路10位高速A/D轉(zhuǎn)換器，速度高達(dá)250KHz（25萬次/秒）。對于8路A/D，用戶可隨意設(shè)置，并且把不需要作為A/D的端口繼續(xù)作為I/O口使用。STC12C5A60S2單片機(jī)的A/D是逐次比較型A/D。它是從最高位開始依次將內(nèi)部D/A的輸出與輸入進(jìn)行比較，如此重復(fù)，逐次逼近輸入模擬量和對應(yīng)的轉(zhuǎn)換數(shù)字量。這種A/D轉(zhuǎn)換器具有速度高、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，將轉(zhuǎn)換結(jié)果保存在A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果寄存器中，并且將A/D控制寄存器中的結(jié)束標(biāo)志位ADC_FLAG置位，用來發(fā)出中斷申請或程序查詢。STC12C5A60S2單片機(jī)的最小系統(tǒng)如圖4-1所示，是由電源電路，時鐘電路（由24M和30P電容組成）和復(fù)位電路組成的。圖4-1STC12C5A60S2最小系統(tǒng)電路4.1.2驅(qū)動電路設(shè)計本系統(tǒng)的驅(qū)動電路如圖4-2所示。L298是一種專用的驅(qū)動芯片，具有體積小，控制方便等優(yōu)點(diǎn)，其輸入端可以與單片機(jī)直接相連，從而很方便的接受單片機(jī)的控制。對于電機(jī)的調(diào)速，我采用PWM的調(diào)速方法。其原理為：電機(jī)兩端的平均電壓U=Vcc*t/T=a*Vcc[16]（其中，t為開關(guān)管在一個周期內(nèi)導(dǎo)通的時間，T為周期，a=t/T為占空比，Vcc為電源電壓）。可見，占空比越大，電機(jī)轉(zhuǎn)的越快。圖4-2L298驅(qū)動電路因?yàn)殡姍C(jī)工作時對電源有較大的干擾,若只用一組工作電源的話可能會使單片機(jī)的工作受到影響,所以本設(shè)計采用雙電源供電。其中為了保證電源的品質(zhì)，本設(shè)計特地加入光耦電路，將控制部分和驅(qū)動部分隔離開來。4.1.3彩燈控制電路設(shè)計彩燈控制模塊采用的是直接通過單片機(jī)I/O口控制，并由8*16的LED點(diǎn)陣隊(duì)列進(jìn)行頻譜圖的顯示。音頻信號送入單片機(jī)后，由單片機(jī)的內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣，所得的值經(jīng)過快速傅里葉變換后得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)，再由這些數(shù)據(jù)控制單片機(jī)的I/O口進(jìn)行相應(yīng)的輸出，顯示出頻譜圖。彩燈控制電路如圖4-3所示。圖4-3彩燈控制電路4.1.4電源電路設(shè)計本設(shè)計采用兩個18650鋰電池，并由7805穩(wěn)壓成5V，然后給系統(tǒng)各部分供電。7805系列的3端正穩(wěn)壓電路，有固定的輸出電壓，可以應(yīng)用在不同的范圍中。它還可以使用外部元件得到不同的電壓，并且7805內(nèi)部有過熱、過流和過載保護(hù)，使用比較安全。穩(wěn)壓電路如圖4-4所示。圖4-4電源模塊電路4.2音頻信號處理部分電路的設(shè)計4.2.1延時電路設(shè)計延時電路如圖4-5所示。當(dāng)數(shù)據(jù)流經(jīng)過簡單的RC積分電路時就相當(dāng)于音頻輸入的近似值，再經(jīng)過比較器的比較，數(shù)值不斷逼近初始值，而且采樣頻率越高，逼近度也就越好。本設(shè)計采用40KHz的采樣頻率、LM339比較器和74HC164移位寄存器，從而獲得較高質(zhì)量的音頻再現(xiàn)。音頻輸入與比較器正極是交流耦合的，并有2倍VCC的直流偏移量，比較器輸出點(diǎn)經(jīng)RC進(jìn)行積分，并反饋給比較器的負(fù)極。數(shù)據(jù)流經(jīng)過時間延遲后再次出現(xiàn)在寄存器的輸出端。本設(shè)計采用24MHz的時鐘頻率，則觸發(fā)時間為40ns。再加上傳遞延遲時間45ns，則移一位時間為85ns。圖4-5延時電路4.2.2音樂播放器電路設(shè)計本系統(tǒng)采用功放芯片TDA2030設(shè)計OLC型音樂播放器電路[18]。TDA2030是一種性能優(yōu)良的功放芯片，但由于TDA2030功放電路使用的電壓較高、輸出電流較大，所以若是使用不當(dāng)就可能造成損壞。因此本系統(tǒng)設(shè)計了比較完善的保護(hù)電路，使其在過流或過熱的情況下，都能自動減流或截止，從而起到保護(hù)電路的作用。對比其他的功放芯片，TDA2030只有5個管腳，外型小巧，使用方便。音樂播放器電路如圖4-6所示。其中J4為整流橋，C17、C18為濾波電容，C15、C16為高頻退耦電容；W1為音量調(diào)節(jié)電位器；W2、W3為音調(diào)調(diào)節(jié)電位器；U2、U3是兩個輸出J1、J2（喇叭）的功放集成電路；R13、R15、C11（R14、R16、C12）構(gòu)成負(fù)反饋回路，改變R13（R14）的大小可以改變反饋系數(shù)；C9（C10）是輸入耦合電容；在電路接有感性負(fù)載揚(yáng)聲器時，R17、C3（R18、C4）可確保高頻穩(wěn)定性。中間部分為音量調(diào)節(jié)電路，C1、C2的電容比C4、C7大；調(diào)節(jié)低音時，當(dāng)W2滑到最左端，C1短路，C2容抗達(dá)到最大，相當(dāng)于開路；信號通過R5、R7、R9、C9后送入運(yùn)放，輸入量最大；而輸出則經(jīng)過R1、W2、R7負(fù)反饋送入運(yùn)放，此時低音得到最大提升；當(dāng)W2滑到右端時，則與上述情形相反，低音得到最大衰減。因?yàn)镃1、C2對高音信號相當(dāng)于短路，因此不管W2如何滑動，對其都不會造成影響。調(diào)節(jié)高音則是滑動W3，原理與調(diào)節(jié)低音相同。為了避免前級電路對音調(diào)調(diào)節(jié)的影響，需盡可能減小輸出阻抗必與本級電路輸入阻抗互相匹配。圖4-6音樂播放器電路5系統(tǒng)的軟件設(shè)計系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用c語言[20]對單片機(jī)進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。程序是在Windows98環(huán)境下采用KeiluVision4軟件編寫的，可以實(shí)現(xiàn)對音頻信號進(jìn)行高速A/D采樣，并將采集回來的信號進(jìn)行快速傅里葉變換，然后對變換完的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,得到PWM值和各個頻率段的電壓幅值，以此確定電機(jī)的速度以及彩燈的控制。5.1軟件系統(tǒng)組成由于STC12C5A60S2單片機(jī)的指令代碼和傳統(tǒng)8051芯片完全兼容，所以本設(shè)計采用C語言編程，主要分為以下幾個部分：1）主程序；2）中斷程序；3）傅里葉變換程序；4）電機(jī)控制子程序；5）彩燈控制子程序；6）A/D采樣子程序；7）延時子程序。5.2部分程序介紹5.2.1系統(tǒng)主程序根據(jù)家飾音樂噴泉的設(shè)計要求，當(dāng)中斷一受到觸發(fā)時，單片機(jī)就會通過內(nèi)部高速A/D轉(zhuǎn)換器對音頻信號進(jìn)行采樣并將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再運(yùn)用程序?qū)Σ蓸咏Y(jié)果進(jìn)行快速傅里葉變換，將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理后得出PWM調(diào)制脈沖和彩燈顯示高度。得到這兩個數(shù)據(jù)后就可以調(diào)用電機(jī)控制子程序和彩燈控制子程序，最終完成對水泵和彩燈的控制。系統(tǒng)總體流程圖如圖5-1所示。圖5-1主程序流程圖5.2.2傅里葉變換程序快速傅里葉變換(FFT)原理[21]FFT(FastFourierTransform)即離散傅里葉變換的快速算法。為了得出數(shù)字信號的頻域特征，我們通常采用DFT（離散傅里葉變換）的方法。對于N點(diǎn)序列x(n)，其DFT(離散傅里葉變換)變換對為：(5-1)顯然，要求出X(k)，則要進(jìn)行N2次的復(fù)數(shù)乘法和N(N-1)次的復(fù)數(shù)加法，也就是要進(jìn)行4N2次實(shí)數(shù)乘法和2N(N-1)次實(shí)數(shù)加法，所以當(dāng)N取值比較大時，計算量就相當(dāng)可觀的。如N=256,就要進(jìn)行65536次的復(fù)數(shù)乘法，也就是262144次的實(shí)數(shù)乘法。這對顯示音樂頻譜來說，計算量太大以至于無法實(shí)現(xiàn)“實(shí)時”顯示。數(shù)學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)在DFT的運(yùn)算中包含大量的重復(fù)運(yùn)算，在W點(diǎn)陣中，雖然其中有N2個元素，但由于WN的周期性，當(dāng)中只有N個獨(dú)立的值，即,,…,,且在這N個值中有一部分取極簡單的值?？梢姡琖N因子的取值有如下特點(diǎn)：(i)W0=1，WN/2=-1； (5-2)(ii)=,=-Wr。 (5-3)利用W因子的周期性及對稱性，在1965年J.W.Cooley和J.W.Tukey提出了高效的快速算法即快速傅里葉變換算法(FFT)，它使N點(diǎn)DFT的復(fù)數(shù)乘法計算量由N2次降為次。仍以N=256為例,復(fù)數(shù)乘法計算量降為1024次,僅為原來的1.5%。因此FFT成為DFT的一種快速實(shí)現(xiàn)算法，可用來將一個信號從時域變換到頻域。之所以將復(fù)雜信號進(jìn)行頻域變換，是為了能從頻域里分析出其信號的特性，這也是很多信號分析采用FFT變換的一個重要原因。程序介紹整個程序?qū)崿F(xiàn)原理為：單片機(jī)采用內(nèi)部A/D對音頻信號進(jìn)行采集，然后將采集回來的數(shù)據(jù)存放到緩存區(qū)里，并通過信號放大和增益調(diào)節(jié)[21]。接著，將緩存區(qū)數(shù)據(jù)送入快速傅里葉變換(FFT)處理子函數(shù)進(jìn)行運(yùn)算。處理完后，從緩存區(qū)中取出運(yùn)算結(jié)果，根據(jù)得到的數(shù)據(jù)計算各頻段電壓幅值從而得出彩燈顯示高度，并存儲到顯示緩存區(qū)里。在中斷函數(shù)中，根據(jù)顯示緩沖區(qū)的內(nèi)容對LED點(diǎn)陣顯示屏進(jìn)行實(shí)時刷新點(diǎn)亮。這時候我們需要用到自動增益，自動增益就是當(dāng)輸入的音頻信號的音量變化時，采樣的A/D值幅度也會有相應(yīng)的變換，所以為了保持良好的顯示效果，不出現(xiàn)滿屏或者空屏的現(xiàn)象，我們需要根據(jù)這個值自動調(diào)節(jié)A/D值放大的倍數(shù)。那么又是如何調(diào)節(jié)自動增益的呢？程序中采用“…<<gain;”語句來實(shí)現(xiàn)的。圖5-2傅里葉變換流程圖5.2.3電機(jī)控制子程序PWM波的控制模塊設(shè)計關(guān)系到整個電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。不同的A/D轉(zhuǎn)換值對應(yīng)不同的PWM占空比。將PWM波信息傳輸給電機(jī)，就能起到一個電機(jī)的調(diào)速效果,為了保證水泵水柱的連續(xù)性，則采用逐漸增加和逐漸減少的方式對脈沖進(jìn)行調(diào)整。電機(jī)控制子程序流程圖如圖5-3所示。圖5-3電機(jī)控制子程序流程圖5.2.4其他程序中斷子程序：根據(jù)設(shè)計要求，單片機(jī)的內(nèi)部A/D要定時對音頻信號進(jìn)行采樣，而時間就由定時器中斷確定。本設(shè)計采用40KHz的采樣頻率對音頻信號進(jìn)行采樣，并根據(jù)顯示緩沖區(qū)的內(nèi)容對LED點(diǎn)陣顯示屏進(jìn)行實(shí)時刷新點(diǎn)亮。彩燈控制子程序：為了更好地表現(xiàn)音樂的內(nèi)涵，本設(shè)計運(yùn)用彩燈來顯示音樂的頻譜圖。通過單片機(jī)內(nèi)部A/D對音頻信號進(jìn)行高低頻A/D采樣，然后再進(jìn)行快速傅里葉變換處理，進(jìn)而得到彩燈顯示數(shù)據(jù)，接著和當(dāng)前的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，逐漸減少或逐漸增加直到兩個相等，這樣便完成了一次變化。然后再進(jìn)行采樣，如此循環(huán)，原理就同電機(jī)控制子程序。A/D采樣子程序：中斷觸發(fā)時間一到便對音頻信號進(jìn)行A/D采樣，讀取64個A/D轉(zhuǎn)換值。延時子程序：程序的各個部分會用到延時模塊，本設(shè)計有1ms和50μs的延時程序。6系統(tǒng)調(diào)試為了檢測系統(tǒng)的性能，我們對系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分進(jìn)行了實(shí)際的測試。首先根據(jù)設(shè)計的電路圖制作PCB板，PCB板制作完成后，測量線路有沒有短路，尤其是電源地有沒有短路，PCB板檢測無誤后再接通電源進(jìn)行調(diào)試。電路調(diào)試I/O口輸出調(diào)試先寫一段代碼設(shè)置每個I/O口都輸出低電平（單片機(jī)初始化是輸出高電平），然后下載到單片機(jī)中，并檢測每個I/O的輸出是否正常。出現(xiàn)問題：無論波特率調(diào)到多大都無法下載程序到單片機(jī)。問題分析：無法下載的原因有：（1）單片機(jī)損壞；（2）單片機(jī)未進(jìn)入掉電狀態(tài)；（3）串口模塊的TXD、RXD與單片機(jī)的TXD、RXD沒有連接正確。解決方法：用萬用表檢查電路，排除各個原因，最后發(fā)現(xiàn)還沒給系統(tǒng)上電時，單片機(jī)上就有3V的電壓，從而使單片機(jī)下載失敗。所以后來我在串口通信的TXD與RXD線路上各串聯(lián)一個100歐的電阻使得單片機(jī)處于掉電狀態(tài)。驅(qū)動電路調(diào)試將測試代碼下載到單片機(jī)中，然后用示波器觀察輸出的波形，改變IN1、IN2的電平，觀察輸出是否會跟著改變，如果會說明電路正常。PWM脈沖輸出調(diào)試通過對單片機(jī)寄存器的設(shè)置，用示波器檢測單片機(jī)P1.3、P1.4兩路PWM輸出是否正常。結(jié)果發(fā)現(xiàn)單片機(jī)可以正常輸出PWM脈沖，但是當(dāng)調(diào)整PWM脈沖的占空比時發(fā)現(xiàn)水泵只有在占空比為99%時才能正常工作，如此一來只有1%的調(diào)整空間無法滿足設(shè)計要求。后來通過信號發(fā)生器測試發(fā)現(xiàn)，水泵在高頻信號下無法正常工作，根據(jù)信號發(fā)生器顯示水泵在PWM脈沖頻率為25Hz時，調(diào)整占空比噴射距離變化最為明顯。所以最后我采用定時器產(chǎn)生一個占空比可調(diào)頻率為25Hz的PWM脈沖，由P1.7輸出。A/D采樣調(diào)試通過對單片機(jī)寄存器的設(shè)置，把單片機(jī)的P1.0、P1.1設(shè)置為模擬口，將音頻的左右聲道分別接到P1.0、P1.1，然后通過軟件將這兩路采樣到的信號疊加起來再進(jìn)行放大；根據(jù)輸入音量的大小來自動調(diào)整增益。采用串口獵人工具得到A/D采樣波形如圖6-1所示。圖6-1A/D采樣波形綜合調(diào)試每個部分都調(diào)試正常后，就開始對系統(tǒng)進(jìn)行整體調(diào)試。首先通過編程將音樂的頻譜圖在LED點(diǎn)陣上顯示出來；起初由于時間調(diào)整不當(dāng)，導(dǎo)致顯示的頻譜與音樂不同步，而且LED還會出現(xiàn)閃爍。此時我就對顯示掃描時間進(jìn)行微調(diào)，直到閃爍消失；然后調(diào)整LED燈的點(diǎn)亮?xí)r間，調(diào)整到顯示的頻譜基本與音樂同步為止；最后由于輸入音量的變化加入自動增益調(diào)整，當(dāng)輸入音量較低時增益增加，音量較高時增益減小。然后再根據(jù)彩燈顯示的原理將傅里葉變換后的數(shù)據(jù)通過計算更新水泵射程緩沖區(qū)，從而更新PWM值來改變水泵的射程。水泵的射程就代表頻譜的幅值，所以也要加入自動增益調(diào)整，調(diào)整方法與彩燈一致。最后調(diào)整延時電路，直到彩燈顯示的頻譜圖、水泵噴射程度與音樂同步為止。不足之處：（1）采樣點(diǎn)不夠多，導(dǎo)致自動增益調(diào)整精度不高，頻譜圖效果不佳；（2）本設(shè)計的快速傅里葉變換函數(shù)采用查表法，運(yùn)行時要實(shí)時計算sin和cos，速度比較慢；（3）同步性不夠精確，噴泉造型單一，外形不夠美觀等等。解決方案：（1）可以采用處理速度快的ARM或FPGA作為控制器；（2）可以用1/4的采樣值創(chuàng)建正弦函數(shù)表，如此一來，程序只占用原來1/4的存儲空間，加快了運(yùn)算速度；（3）采用計算法代替系統(tǒng)的微調(diào)，提高同步性的精確度；選用多組響應(yīng)速度快的水泵和水中彩燈豐富噴泉造型；并將各模塊有機(jī)組合美化系統(tǒng)外觀。7結(jié)論本設(shè)計結(jié)合目前國內(nèi)外大型音樂噴泉技術(shù)日趨成熟，小型音樂噴泉處于起步階段的發(fā)展現(xiàn)狀，創(chuàng)新地把小型音樂噴泉引入家庭，設(shè)計出“成本低，效果高”的單片機(jī)控制系統(tǒng)，成功地把大型音樂噴泉小型化，把室外大型音樂噴泉搬進(jìn)室內(nèi)。相比大型音樂噴泉而言，本系統(tǒng)改用單片機(jī)配合電機(jī)驅(qū)動電路調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，接著把音樂延時播放，不僅解決了音樂與噴泉的同步性問題，還大大降低了成本。為了解決大多數(shù)噴泉只是將音樂和噴泉水柱高低簡單配合，無法真正體現(xiàn)音樂的旋律、節(jié)奏的問題，我們采用快速傅里葉變換對音頻信號進(jìn)行處理，并通過彩燈模塊顯示音樂的頻譜圖。最終由調(diào)試結(jié)果表明，系統(tǒng)能根據(jù)音頻信號的變化，通過LED點(diǎn)陣顯示頻譜圖并噴出相應(yīng)高度的水柱，同時還能將音樂播放出來，基本實(shí)現(xiàn)了預(yù)期要求，具有良好的性能。但是由于系統(tǒng)采樣點(diǎn)不夠多，算法大多采用微調(diào)，所以對比市面上購買的小型音樂噴泉，本設(shè)計在頻譜圖的準(zhǔn)確性、音樂的同步性、花型的多樣性以及外觀等方面還是存在著很多不及之處和改進(jìn)的空間。因此今后可以通過采用速度更快的處理器、用計算法代替系統(tǒng)的微調(diào)、選用多組響應(yīng)速度快的水泵和水中彩燈等方面來完善系統(tǒng)。 謝辭歲月流逝，時光如梭，還來不及眨眼我的大學(xué)生活就如白駒過隙般轉(zhuǎn)瞬即逝了。一念至此，感慨良多。在這四個春夏秋冬里，我努力過、傷心過、快樂過、迷茫過，最終在老師的悉心指導(dǎo)和我的不懈努力下完成了我的畢業(yè)設(shè)計，也給我的大學(xué)生活劃下了完美的句點(diǎn)。四年來，太多的感悟，太多的人與人之間交流促進(jìn)了我的成長。這一路上包含了太多太多無私的幫助、熱情的鼓勵和堅(jiān)定的支持。而在畢業(yè)之際，我還是要向他們一一地表達(dá)我的感激之情。首先我要感謝我的設(shè)計指導(dǎo)老師歐陽林群副教授，從最初的選題、方案的確定，到如何解決設(shè)計過程中所遇到的問題和困難，以及最后的設(shè)計審查，都凝聚著歐陽老師的心血和汗水，在此特向歐陽老師獻(xiàn)上一份真誠的謝意。然后我要感謝我的父母，謝謝你們無私的愛和尊重，讓我能選擇自己人生要走的道路，并在我軟弱無助的時候給予我堅(jiān)定的眼光和溫暖的避風(fēng)港。最后我要感謝四年來對我諄諄教誨的老師們和陪伴在我身邊的同學(xué)朋友們，是你們給了我支持、鼓勵和幫助，讓我度過了如此充實(shí)的大學(xué)生活。在此，我要真誠地說聲：“謝謝！”畢業(yè)在即，謹(jǐn)獻(xiàn)上最美好的祝福給我的母校武夷學(xué)院。您是我人生的一大轉(zhuǎn)折點(diǎn)，經(jīng)過您的撫育和洗禮的我將謹(jǐn)守“涵養(yǎng)，窮索，致知，力行”的校訓(xùn)走向我新的旅程！參考文獻(xiàn)[1]朱翔遠(yuǎn).噴泉發(fā)展史:起源演變和展望[D].西安:西安建筑科技大學(xué),2008.[2]王克強(qiáng).音樂噴泉概述[J],節(jié)水灌溉,1992,17(3):39-41.[3]張廷燦.噴泉工程發(fā)展及其設(shè)計問題(上)[J].給水排水,1998,24(7):47-50.[4]張均,廖建波.小型音樂噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,1999,21(4):619-621.[5]唐莉萍,汪穎.音樂噴泉上位機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].東華大學(xué)學(xué)報,2003,29(4):39-42.[6]王后熊.西安音樂噴泉[EB/OL].[2011-08-22]./history/id=22809517[7]蔡彬.可編程控制器在音樂燈光噴泉中的應(yīng)用[J].農(nóng)機(jī)化研究,2005,27(4):209-210.[8]張學(xué)虎.DIY音樂頻譜顯示[J].單片機(jī)制作,2011,18(11):38-44.[9]韓榮花,李紹武.基于PLC的音樂噴泉和水幕電影控制系統(tǒng)設(shè)計[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2011,6(20):59-60.[10]MariaG.Ioannides,SeniorMember.DesignandImplementationofPLC-BasedMonitoringControlSystemforInductionMotor[J].IEEE,2004,19(3):469-476.[11]童克波.音樂噴泉電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)施[D].天津:天津大學(xué)電氣工程,2010.[12]龍安國.基于CPLD的音樂噴泉控制與實(shí)現(xiàn)[J].電氣時代,2010,30(6):118-120.[13]王方華,周永宏,趙雪嬌,馬玉林.基于AT89S52單片機(jī)的室內(nèi)音樂噴泉設(shè)計[J].科技資訊,2010,8(29):13-15.[14]鄧和蓮.用單片機(jī)設(shè)計的音樂噴泉控制器[J].機(jī)電工程術(shù),2008,37(1):48-49.[15]陳軍,王軍強(qiáng).基于MC33886的智能車電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計[J].洛陽師范學(xué)院學(xué)報,2012,31(5):37-38.[16]繆曉中.一種基于Intel8253與L298N的電機(jī)PWM調(diào)速方法[J].國外電子元器件,2005,12(12):26-27.[17]楊玲.數(shù)字音頻實(shí)時延時處理器的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D].成都:電子科技大學(xué),2001.[18]李春彪.TDA2030A在有源音響中的應(yīng)用[J].電子元器件應(yīng)用.2004,6(11):39-41.[19]STC單片機(jī).STC12C5A60S2單片機(jī)[EB/OL].[2011-06-05]./.[20]譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計教程[M].北京:高等教育出版社,2009:9-140.[21]胡麗瑩,肖蓬.快速傅里葉變換在頻譜分析中的應(yīng)用[J].福建師范大學(xué)報,2011,27(4):27-30.附錄A總電路圖附錄B實(shí)物展示附錄C部分程序主函數(shù)：voidMain(){ uintdataCount=700; uchardatai,Cgain,num=0; IOINIT(); //IO口初始化 InitADC(); //A/D初始化 for(i=0;i<40;i++)refreshflag[i]=0x09; PWM_init(); //PWM初始化 Timer_INT(); //定時器初始化 for(i=0;i<34;i++) LEDBuf[i]=0x00; //緩存區(qū)初始化 while(1) { for(i=0;i<65;i++) {dd[i].real=(GetADCResult(0)+GetADCResult(1))<<gain; }//讀取ad結(jié)果并放大 processfft(); //傅里葉變化及處理 if(dd[2].real<32) { if(++Count==300) //電平值過小，這時降低gain，減少噪音的電平顯示； { Count=0; gain=4; } } else {Count=1; if(++num==0xAF)//播放時，Autogain； { num=0;//自動增益；Automaticgain; Cgain=dd[2].real/32; if(7<Cgain<=8) { gain=2; } elseif(4<Cgain<=6) { gain=5; } elseif(2<Cgain<=4) { gain=6; } else { gain=7; } } } } }FFT快速傅里葉變換函數(shù)：#ifndef_FFT_INCLUDED_#define_FFT_INCLUDED_structcompx{ floatreal; floatimag; };structcompxdd[65];//FFT數(shù)據(jù)datastructcompxtemp;codefloatiw[64]={1.000,0,0.9952,-0.0980,0.9808,-0.1951,0.9569,-0.2903,0.9239,-0.3827,0.8819,-0.4714,0.8315,-0.5556,0.7730,-0.6344,0.7071,-0.7071,0.6344,-0.7730,0.5556,-0.8315,0.4714,-0.8819,0.3827,-0.9239,0.2903,-0.9569,0.1951,-0.9808,0.0980,-0.9952,0.0,-1.0000,-0.0980,-0.9952,-0.1951,-0.9808,-0.2903,0.9569,-0.3827,-0.9239,-0.4714,-0.8819,-0.5556,-0.8315,-0.6344,-0.7730,-0.7071,-0.7071,-0.7730,-0.6344,-0.8315,-0.5556,-0.8819,-0.4714,-0.9239,-0.3827,-0.9569,-0.2903,-0.9808,-0.1951,-0.9952,-0.0980 };//復(fù)數(shù)乘法voidee(structcom