基于51單片機的音樂噴泉設計

蒙啟熟 廣西城市職業大學

1 音樂噴泉控制系統整體設計

本系統設計主要圍繞單片機展開的單片機控制系統設計，以STC89C51RC為控制核心，LM386 作為設計音頻放大電路芯片核心，ADC0832作為轉換模塊核心，加上音樂輸入系統和輸出控制系統等組成的一個整體。

2 音樂噴泉硬件系統的設計

硬件系統的設計主要由音樂輸入系統、數模轉換系統、單片機控制系統和輸出控制系統等組成。本章節主要對音頻放大電路、單片機電路、硬件部件的設計介紹，對個硬件功能的選用以及電路板的制作。

2.1 音樂信號的采集

本次設計是使用外部音源的噴泉系統，第一步對模擬音樂信號的采集，再對音樂信號進行特征識別。音頻信號的采集主要包括兩個過程，一是音頻放大和，二是進行A/D 的轉換，下面分別進行分析。

2.2 單片機電路

單片機要采集音樂信號，并據此調節I/O口的輸出來控制水泵和彩燈。主芯片選用STC89C51RC單片機。STC89C51RC單片機是一個低功耗，高性能的51內核的CMOS 8位單片機，片內含8K空間的可反復擦寫1000次的Flash只讀存儲器，具有256bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），32個I/O口，1個看門狗定時器，3個16位可編程定時器，具有ISP功能，能夠滿足設計要求。使用簡單且價格非常低廉。故系統的主控制器采用此方案。

STC89C51RC是 采 用8051核 的ISP（In System Programming）在系統可編程芯片，最高工作 時鐘頻率為80MHz，片內含8K Bytes的可反復擦寫1000次的Flash只讀 程序存儲器，器件兼容標準MCS-51 指令系統及80C51 引腳結構，芯片內集成了通用8位 中央處理器和ISP Flash 存儲單元，具有在系統可編程（ISP）特性，配合PC端的控制程序即可將用戶的程序代碼下載進單片機內部，省去了購買通用編程器，而且速度更快。STC89C51RC系列 單片機是單時鐘/ 機器周期(1T)的兼容8051 內核單片機，是高速/低功耗的新一代8051 單片機，全新的流水線/ 精簡指令集結構，內部集成MAX810 專用復位電路。

2.3 ADC0832與單片機89C51的連接

ADC0832的時鐘信號來自單片機89C51的ALE信號，89C51采用12MHz時鐘頻率，ALE為2MHz，經四分頻后為500KHz作為ADC0832的時鐘頻率。用P2.7控制A/D轉換的啟動與轉換結束后數字量的讀取。ADC0832的地址鎖存允許管腳（ALE）H和啟動管腳（START）相連。

3 軟件系統的設計

主程序流程：音樂流水燈設計采用C語言進行編程，通過模塊化編程，從數據采集，數據處理，到驅動電路都需要單片機系統里的程序去操作，執行。所以需編寫一個程序對電路進行控制。主程序實現原理：點亮第一支燈，讀取A/D轉換器的數據，根據數據所反映的模擬信號的大小來控制從第一支燈點亮到下一支等所需要的時間。將數字信號分為4個大小段00H~3FH，40H~7FH，80~BFH，C0H~FFH。分別對應4個間隔時間調用4個延時子程序0.01S，0.O2S，0.03S，0.04S。延時結束就可以點亮下一支燈了，然后再讀取一次A/D轉換器的數據，再延時再點亮，一直這樣執行下去。直到點亮8支燈，又從第一支開始。

4 結論

在本文設計的音樂噴泉模擬形小型音樂噴泉，在系統設計中，運用流體力學理論設計了噴泉的管路系統；運用單片機實現了樂曲播放和流量及花型控制。不足之處在于：系統利用的是單片機產生方波信號控制揚聲器發音，所以播放的只能是音樂的曲調，而不是真人真唱的歌曲，不過在整個設計過程中自己也懂得了許多東西，也培養了獨立思考和設計的能力，樹立了對知識應用的信心，發現自己越來越喜歡科技的東西，同時發現血的知識只有不斷的使用才會記得更清晰，用了才知道自己那些明白了，那些是自己薄弱的地方，學的越多的發現自己不知道的越多，漸漸的卻知道的越多，學習使自己充分體會到了設計過程中的喜悅。