音乐彩灯控制器设计课程设计.doc

音乐彩灯控制器 第一部分: 实验总述 音乐彩灯控制器是用音乐信号控制多组颜色的彩灯,利用其亮度变化反映音乐信号的强弱.从而使灯的变化规律与音频信号的规律及电平大小相对应，是一种将听信号转换为视信号的装置.用来调节听众欣赏音乐时候的气氛和情绪. 一.设计要求及技术指标 设计音乐彩灯控制器,要求将输入音乐信号分为高,中,低三个频段,并且分别控制三种颜色的彩灯.每组彩灯的亮度随各自输入音乐信号大小分为八个等级.输入信号最大时,彩灯最亮.当输入信号的幅度小于10mv时,要求彩灯全亮.主要技术指标如下: 基本部分: (1) 高频段 2000--4000HZ,控制黄灯 (2) 中频短 500--1200HZ, 控制绿灯 (3) 低频段 50--250HZ, 控制红灯 (4) 电源电压交流220V,输入信号幅度=10mv 发挥部分: 输入信号幅度小于10mv时,彩灯亮暗闪烁 二.要求完成的任务 (1)计算参数,安装调试设计的电路. (2)画出完整电路图,写出设计总结报告. 第二部分:实验原理部分 (一).设计框图及电路系统概述 设计框图： 电路系统概述： 1．声音信号要分为三个频段，所以第一步要通过滤波器进行滤波，将音频信号按要求分为三个频段。 2．经过放大器把毫伏级的声音信号放大为与比较信号可比的信号。由于直流信号才可比较，所以在进入比较器前先进行整流。 3．同步脉冲通过简易的数模转换产生阶梯波，放大后的信号与其比较产生高低电平，再和同步脉冲相与产生个数不同的脉冲去触发三极管，由触发脉冲的个数决定彩灯的亮度。 4．如果音乐信号小于10mV，用比较器产生高电平使或门的输出总为高电平，产生的高电平与1HZ的脉冲信号进行与，从而使灯亮暗闪烁。 (二).实验电路结构与分块电路原理 由本实验设计要求可将试验电路基本分为七个组成部分,即 1．电压转换部分 2．语音信号的输入部分 3．基本信号的放大部分 4，滤波选频部分（核心） 5．幅度控制部分 6 .输出显示部分 7．10毫伏比较扩展部分 第三部分:各单元电路的设计方案及原理说明 下面分别从以上几个分块电路说明该彩灯控制器的设计原理与过程. 电源电路： 由于实验给出电源为220V交流电，而实验所需芯片的工作电压大致在5－12V，故需要首先设计一个电压转换部分，将220V的交流电转换成5V，12V，相当于一个直流稳压源，以供数字和模拟芯片正常工作。其转换电路如下所示： 变压器变压，再经过全波整流电路和滤波电容得+12V和-12V直流电压作为运算放大器的电源。+12V经过W7805稳压后得到+5V的电压，供TTL数字集成电路使用。 2．语音信号的输入部分 本实验中，音乐信号的输入由MP3音乐信号实现，可由下面两种方式输入： 方案一：直接输入。 方案二：音乐信号由麦克输入： 本实验中音乐信号的输入由小话筒实现,外界的音乐信号通过麦克将声音信号转换成为一定的电信号以驱动后面电路随音乐进行变化。话筒上有两个引脚，一引脚接地，另一引脚输出由话筒转化成的电信号。话筒本身是有源器件，不需要外加直流电源。为了将比较微小的语音信号体现得比较清楚，在输出端给一个外加的直流电源，与1K电阻相连后接到输出端，相当于加一个直流分量。 方案比较：由于考虑到麦克干扰比较大，效果不是特别理想，频率和幅度都不能达到理想的要求，相比之下MP3音乐信号纯度较好，而且存在小于10mV的语音信号，所以把它作为语音信号的输入部分。 3.放大部分： 由于音乐信号的幅度十分有限,仅为十几毫伏,为了驱动后面的电路,必须将输入信号放大后再经过选频等一系列处理。 放大电路可以采用很多的形式，比如LM339芯片，普通的三极管放大等等。由于无特殊要求,故本实验只选用普通的反相放大器即可.具体电路如图二所示:（以放大26倍为例） 4.滤波选频部分（核心与难点） 滤波部分是本实验的重点和难点,选频的结果将直接影响彩灯的最终显示效果，但参数的设计也是本实验的难点所在，理想状态下的滤波器是不存在的。 在理想条件下,选频可通过窄带滤波器实现.满足设定频率的信号部分可以通过滤波器控制后面的信号，不满足的部分则被滤波，信号大大得到衰减。 常用的滤波器有巴特沃斯滤波器,切比雪夫滤波器,压控电压源滤波器,无限增益滤波器等多种，本实验对此依依分析，仿真和搭接，并通过实际所得状态图进行合理恰当的选择。 方案二 原理图如下: 低频段窄带低通电路 通带与阻带的幅度对比 滤波效果较为理想,过渡带较窄,阻带衰耗较大,基本满足选频要求, 设计参数: 频段 R1 C1 R2 C2 低 32K 0.1U 6.4K 0.047U 中 32K 0.1U 2.8K 0.1U 高 8.2K 0.01U 8.2K 0.047U