第1頁共19頁設(shè)計(jì)題目:音樂彩燈控制器設(shè)計(jì)目錄目錄 1摘要 2緒論 2第1章整機(jī)電路設(shè)計(jì) 31.1電路設(shè)計(jì)方案 31.2電路原理框圖 31.3各單元電路工作原理 3第2章硬件電路設(shè)計(jì) 42.1電源電路 42.2聲電轉(zhuǎn)化電路 52.3時(shí)鐘脈沖形成電路 52.4計(jì)數(shù)電路的形成 72.5控制電路 9第3章電路原理 113.1電路原理圖 113.2工作原理分析 11第4章電路仿真 134.1仿真圖 134.2仿真電路現(xiàn)象 144.3仿真分析 14結(jié)論 16參考文獻(xiàn) 17附錄1音樂彩燈控制電路原理圖 18附錄2元件清單表 19摘要本文介紹了一種具有音樂彩燈控制功能的彩燈，該控制器由聲電轉(zhuǎn)換和放大路、時(shí)鐘脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)電路和控制電路等組成，它的結(jié)構(gòu)簡單，體積小巧，使用方便，性能可靠，在這里介紹了它的組成、功能、工作原理。音樂彩燈控制電路，采用拾音話筒MIC將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，利用NE555集成塊各引腳來產(chǎn)生控制電路的脈沖信號(hào)。彩燈因插座依次有電而被依次點(diǎn)亮，隨著悠揚(yáng)的音樂，彩燈閃爍生輝，從而實(shí)現(xiàn)了控制四路彩燈伴隨樂曲而發(fā)光彩燈的運(yùn)用已經(jīng)遍布于人們的生活中，從歌舞廳到卡拉OK包房，從節(jié)日的祝賀到日常生活中的點(diǎn)綴。這些不僅說明了我們對生活的要求有了質(zhì)的飛躍，也說明科技在現(xiàn)實(shí)運(yùn)用中有了較大的發(fā)展。在這一設(shè)計(jì)中我們將涉及有關(guān)彩燈控制器的設(shè)計(jì)，從原理上使我們對這一設(shè)計(jì)有所了解。將其確實(shí)的與我們相聯(lián)系起來。本設(shè)計(jì)與市面銷售的彩燈控制器還朋較大的差距，但是通過此次設(shè)計(jì)，可以使我們加深對已學(xué)知識(shí)的掌握，同時(shí)對后續(xù)課程的學(xué)習(xí)也打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞用NE555、CD4017集成電路；設(shè)計(jì)；音控閃光電路第9頁共19頁緒論隨著電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)燈的樣式越來越多、適用的場合變得越來越多，控制與設(shè)計(jì)變的更加重要。而且貼近我們的實(shí)際生活。彩燈控制電路已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚谋匦杵?，廣泛應(yīng)用于廣告裝飾、音樂廳、歌舞廳等公共娛樂場所，給人們的生活、帶來極大的方便。因此，得到了廣泛的應(yīng)用。聲控電路是利用聲控制電子開關(guān)電路。本電路廣泛應(yīng)用于人們的日常生活中，有著很大的使用價(jià)值。該電路在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)用了仿真軟件，來進(jìn)行仿真然后才確定下來的，雖然用的僅僅是EWB軟件，但是在論文中也是比較有特色。能夠使人們在不知不覺中感受方便。由于近年來我國的音樂彩燈行業(yè)的迅速崛起，中國已經(jīng)成為彩燈產(chǎn)品的主要輸出國之一。努力增加音樂彩燈的控制和不同檔次、花樣、應(yīng)用于不同的場合的開發(fā)，加快綠色、音樂彩燈光源產(chǎn)品的開發(fā)推廣和應(yīng)用是我國目前彩燈行業(yè)材行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重點(diǎn)。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化，發(fā)達(dá)國家產(chǎn)業(yè)調(diào)整的步伐進(jìn)一步加快，一般音樂彩燈器產(chǎn)品生產(chǎn)大量向發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移，而中國又是一個(gè)比較適合的國家，一是中國具備生產(chǎn)這些產(chǎn)品的條件，二是勞動(dòng)力成本比較低，從而使中國逐步成為電器產(chǎn)品出口大國。展望未來的國內(nèi)市場，需求仍會(huì)呈逐年增長趨勢，以下強(qiáng)力因素都預(yù)示著我國市音樂彩燈器場仍有很大的潛力可挖?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面：卡拉OK包房，從節(jié)日的祝賀到日常生活中的點(diǎn)綴。這些不僅說明了我們對生活的要求有了質(zhì)的變化。城市點(diǎn)綴工程方面：城市廣場、綠地、道路、建筑物泛點(diǎn)綴，已從大城市發(fā)展到中小城市。根據(jù)國內(nèi)外市場需求預(yù)測，我國音樂彩燈的高速增長期還將繼續(xù)，對未來的預(yù)測如何更加科學(xué)化是我們面臨的問題。進(jìn)一步提高彩燈產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次進(jìn)一步提高彩燈的質(zhì)量和檔次，這既是當(dāng)前擺在我們面前的課題，同時(shí)也是全行業(yè)共同努力的長期目標(biāo)。就國內(nèi)市場需求而言，人們生活水平逐步提高，對生存環(huán)境質(zhì)量的要求也越來越高，對音樂彩燈提出更高的要求。對不同場合的彩燈提高了要求，也需要我們生產(chǎn)企業(yè)適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)的要求，為各類場所提供相應(yīng)的產(chǎn)品。第1章整機(jī)電路設(shè)計(jì)1.1電路設(shè)計(jì)方案本電路使用時(shí)鐘脈沖通過計(jì)數(shù)器集成電路CD4017，給開關(guān)集成電路CD4066提供開關(guān)觸發(fā)信號(hào)，讓CD4066接通來自音源的聲音信號(hào)，去控制彩燈的控制電路，使該路彩燈在開關(guān)接通的時(shí)間路，按照音樂的節(jié)拍閃爍發(fā)光，改變音樂場所氣氛的作用。1.2電路原理框圖根據(jù)電路所要完成的功能和達(dá)到的效果。得到如下圖2-1所示電路框圖。彩燈控制電路控制電路計(jì)數(shù)電路脈沖電路聲電轉(zhuǎn)換彩燈控制電路控制電路計(jì)數(shù)電路脈沖電路聲電轉(zhuǎn)換圖2-1電路框圖1.3各單元電路工作原理1.聲電轉(zhuǎn)換電路主要是把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，再加到CD4066。2.脈沖電路主要產(chǎn)生振蕩信號(hào)，給計(jì)數(shù)器CD4017供給計(jì)數(shù)信號(hào)。3.計(jì)數(shù)電路主要對來自NE555產(chǎn)生的振蕩信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，從CD4017的Q0～Q3輸出計(jì)數(shù)電平，去控制CD4066開關(guān)集成電路的接通與斷開，讓來自音樂控制電路的信號(hào)，控制閃光電路。4.彩燈控制電路來自開關(guān)集成電路CD4066的音樂控制信號(hào)，使J1～J4飽和與截止，它們輸出的電平使三極管導(dǎo)通與斷開，這樣彩燈就會(huì)產(chǎn)生隨音樂變化的閃光。第2章硬件電路設(shè)計(jì)2.1電源電路1.USB接口供電由于本設(shè)計(jì)的所有電源均為+5V供電，所有我們采用比較便攜、價(jià)格便宜的USB接口提供電源。2.USB插座的簡介USB插座是一種安全節(jié)點(diǎn)、帶USB接口的通用插座，包括插座主體，在插座主體上的USB母座，在USB母座上的聯(lián)動(dòng)開關(guān)和USB插口。另外在插座主題內(nèi)設(shè)有充電器模塊，所述充電器模塊的輸入端與所述聯(lián)動(dòng)開關(guān)的輸出端并聯(lián)，其輸出端的正負(fù)極與USB插口的電源端的正負(fù)極對應(yīng)聯(lián)接，所述聯(lián)動(dòng)開關(guān)的輸入端與電源聯(lián)接。USB插座的引腳圖如圖2-2所示，其引腳功能表如表2-1所示。圖2-2USB插座引腳圖表2-1USB管腳功能引腳序號(hào)功能名1VCC2D-3D+4GND2.2聲電轉(zhuǎn)化電路聲電轉(zhuǎn)換主要是采用3.5mm音頻插座和音頻頭將收集到的聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并將采集到的信號(hào)送入CD4066的4個(gè)輸入端。其中由于我們只用到音頻頭的一個(gè)信號(hào)輸入端所以在連接音頻頭的時(shí)候把右聲道懸空。其工作原理圖如圖2-3所示?？刂贫丝刂贫藞D2-3聲電轉(zhuǎn)化電路2.3時(shí)鐘脈沖形成電路1.電路選擇結(jié)構(gòu)產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)的電路由NE555構(gòu)成的振蕩電路組成，這樣電路簡單、實(shí)用。2.555時(shí)基電路的簡介555時(shí)基內(nèi)部結(jié)構(gòu)的簡化原理圖如圖2-4所示，它是由三個(gè)阻值都是5K電阻組成的電阻分壓器、兩個(gè)電壓比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器、集電極開路的放電三極管VT以及緩沖器組成。圖2-5所示為555振蕩器的外引線排列圖。555振蕩器的工作原理555振蕩器的作用是為電壓比較器A1、A2提供基準(zhǔn)電壓。A1、A2組成電壓比較器，當(dāng)控制電壓輸入端CONT懸空時(shí)，A1、A2的基準(zhǔn)電壓分別為2/3Vcc和1/3Vcc。A1的反相輸入端THRES稱為555振蕩器的高觸發(fā)端，A2的同相輸入端TRIG稱為NE555振蕩器的低觸發(fā)端。比較器A1的輸出作為置0輸入端，比較器A2的輸出作為置1輸入端。RESET是驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生器的復(fù)位輸入端Vr是集電極開路的三極管，Vr的集電極作為定時(shí)器的引出端DISCH，非門是緩沖器，其作用提高電路的負(fù)載能力。555的結(jié)構(gòu)與管腳如圖2-4和2-5所示。振蕩器555有8個(gè)管腳，其中：1腳GND接地端；CON5CON5RESET4圖2-4555振蕩器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1GND7DISCH2TRIG6THRESA1A2R1RS3OUTV圖2-5555振蕩器的管腳圖VCCRSTDISTHRTRCONOUTGND834762153腳輸出端；4腳復(fù)位端；5腳控制電壓端；6腳門限(閾值)端；7腳放電端；8腳電源電壓Vcc。3．時(shí)鐘電路形成原理圖在這個(gè)設(shè)計(jì)中，時(shí)鐘脈沖發(fā)生器由NE555P和RP1、R5、D4、C1、C2等組成，該電路產(chǎn)生信號(hào)的周期為T=0.7(RP1+2R5)C1，圖示參數(shù)對應(yīng)的周期T在0.5～5秒范圍內(nèi)變化。其中555③腳輸出加至CD4017的14腳作為CP脈沖。作為它的驅(qū)動(dòng)脈沖。脈沖的震蕩頻率可根據(jù)實(shí)際的需要，通過RP1來調(diào)節(jié)。圖2-6時(shí)鐘原理2.4計(jì)數(shù)電路的形成1.電路結(jié)構(gòu)的選擇本設(shè)計(jì)采用十進(jìn)制計(jì)數(shù)/分頻器CD4017數(shù)字集成電路，它的外圍元件少，工作可靠，大大的簡化了電路，節(jié)約了成本。2.CD4017電路簡介十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4017的管腳排列如圖2-7所示：圖2-7CD4017的管腳排列圖計(jì)數(shù)器CD4017的工作原理十進(jìn)制計(jì)數(shù)／分頻器CD4017，其內(nèi)部由計(jì)數(shù)器及譯碼器兩部分組成，由譯碼輸出實(shí)現(xiàn)對脈沖信號(hào)的分配，整個(gè)輸出時(shí)序就是Q0、Q1、Q9、Q2、Q8、Q3、Q7、Q4、Q6、Q5依次出現(xiàn)與時(shí)鐘同步的高電平，寬度等于時(shí)鐘周期。CD4017有10個(gè)輸出端（Q0～Q9）和1個(gè)進(jìn)位輸出端~Q5-9。每輸入10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，~Q5-9就可得到1個(gè)進(jìn)位正脈沖，該進(jìn)位輸出信號(hào)可作為下一級(jí)的時(shí)鐘信號(hào)。CD4017有3個(gè)輸入（MR、CP0和CP1），MR為清零端，當(dāng)在MR端上加高電平或正脈沖時(shí)其輸出Q0為高電平，其余輸出端（Q1～Q9）均為低電平。CP0和CPl是2個(gè)時(shí)鐘輸入端，若要用上升沿來計(jì)數(shù)，則信號(hào)由CP0端輸入；若要用下降沿來計(jì)數(shù)，則信號(hào)由CPl端輸入。設(shè)置2個(gè)時(shí)鐘輸入端，級(jí)聯(lián)時(shí)比較方便，可驅(qū)動(dòng)更多二極管發(fā)光。由此可見，當(dāng)CD4017有連續(xù)脈沖輸入時(shí)，其對應(yīng)的輸出端依次變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài)，故可直接用作順序脈沖發(fā)生器。VCC3.CD4017電路原理如圖2-8所示VCC給開關(guān)集成電路CD4066觸發(fā)信號(hào)來自NE555③腳的時(shí)鐘脈沖GND給開關(guān)集成電路CD4066觸發(fā)信號(hào)來自NE555③腳的時(shí)鐘脈沖GND圖2-8CD4017原理圖計(jì)數(shù)器CD4017的引腳功能介紹計(jì)數(shù)器CD4017有16個(gè)引腳，其中：1腳～7腳、9腳～11腳計(jì)數(shù)脈沖輸出端；8腳GND接地端；12腳進(jìn)位脈沖輸入端；13腳禁止端；14腳時(shí)鐘輸入端；15腳清除端；16腳正電源。如圖2-8所示,由十進(jìn)制計(jì)數(shù)器(CD4017)：構(gòu)成CD4066的開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路，在振蕩信號(hào)的作用下，CD4017的4個(gè)輸出端Q0～Q3依次輸出高電平并連續(xù)不斷地循環(huán)。去控制開關(guān)集成電路CD4066的4路開關(guān)接通與斷開。2.5控制電路1.電路結(jié)構(gòu)的選擇在本設(shè)計(jì)中，控制電路是由CD4066、Q1、Q2、Q3、Q4以及J1~J4等組成。CD4017的Q0~Q3輸出依次將CD4066四路模擬開關(guān)接通，使樂曲信號(hào)依次加至Q1、Q2、Q3、Q4，并依次導(dǎo)通，相應(yīng)J1~J4被依次觸發(fā)導(dǎo)通，彩燈有電而被點(diǎn)亮，隨著悠揚(yáng)的音樂，彩燈閃爍?？刂齐娐吩韴D如圖2-9所示。2-9圖控制電路其引腳排列如圖2-10所示。圖圖2-10CD4066結(jié)構(gòu)圖3.繼電器的介紹圖2-11繼電器實(shí)物圖31254繼電器是一種電控制器件。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動(dòng)關(guān)系。通常應(yīng)用于自動(dòng)化的控制電路中，它實(shí)際上是用小電流去控制大電流運(yùn)作的一種“自動(dòng)開關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。圖2-11繼電器實(shí)物圖31254

第3章電路原理3.1電路原理圖整機(jī)電路原理圖如圖3-1所示。圖3-1整機(jī)電路圖3.2工作原理分析音樂彩燈控制電路。該控制器由音樂信號(hào)源和時(shí)鐘脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)電路和控制電路等組成。時(shí)鐘脈沖發(fā)生器由NE555P和R5、RP1、D4、C1、C2等組成，該電路產(chǎn)生信號(hào)的周期為T=0.7(RP1+R5)C1，圖示參數(shù)對應(yīng)的周期T在0.5～5秒范圍內(nèi)變化。其中555③腳輸出加至U2作為CP脈沖。U2采用CMOS型十進(jìn)制計(jì)數(shù)器／脈沖分配器CD4017，在時(shí)鐘CP作用下，Q0(③腳)、Q1(②腳)、Q2(④腳)、Q3(⑦腳)、Q4(⑩腳)相繼出現(xiàn)高電平脈沖，且Q4加至復(fù)位端R(⑩腳)，使電路成為一環(huán)行計(jì)數(shù)器。Q0～Q3的輸出依次將CD4066四路模擬開關(guān)接通，使加在CD4066的①腳、④腳、⑦腳、⑩腳四路音樂信號(hào)通過，去控制三極管Q1、Q2、Q3、Q4的依次導(dǎo)通，相應(yīng)繼電器J1～J4被觸發(fā)導(dǎo)通，彩燈有電而被點(diǎn)亮，隨著悠揚(yáng)的音樂，彩燈閃爍生輝，從而實(shí)現(xiàn)了控制四路彩燈伴隨樂曲而發(fā)光。第17頁共19頁 第4章電路仿真此次電路仿真運(yùn)用的EWB仿真軟件，在仿真過程中也遇到少許問題，例如音樂信號(hào)輸入，換成了信號(hào)源代替，音樂信號(hào)放大電路中，沒有合適的耦合變壓器，采用了直接耦合，為了現(xiàn)象更加明顯，用電流源控制的開關(guān)取代了繼電器元件。4.1仿真圖1．現(xiàn)象一2．現(xiàn)象二3．現(xiàn)象三4．現(xiàn)象四4.2仿真電路現(xiàn)象通過仿真現(xiàn)象可以看到，這四路彩燈隨著音樂信號(hào)的產(chǎn)生，會(huì)發(fā)生閃爍發(fā)光。4.3仿真分析當(dāng)信號(hào)源產(chǎn)生的信號(hào)，并加至四路模擬開關(guān)CD4066(U3)的①腳、④腳、⑦腳、⑩腳。NE555(U1)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)由eq\o\ac(○,3)腳輸出加至U2，作為CP脈沖。U2采用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4017。在時(shí)鐘CP的作用下Q0（eq\o\ac(○,3)腳）、Q1（eq\o\ac(○,2)腳）、Q2（eq\o\ac(○,4)腳）、Q3（eq\o\ac(○,7)腳）、Q4(eq\o\ac(○,10)腳)相繼出現(xiàn)高電平脈沖，而Q4加至清零端R