基于51单片机的音乐喷泉设计

蒙启熟 广西城市职业大学

1 音乐喷泉控制系统整体设计

本系统设计主要围绕单片机展开的单片机控制系统设计，以STC89C51RC为控制核心，LM386 作为设计音频放大电路芯片核心，ADC0832作为转换模块核心，加上音乐输入系统和输出控制系统等组成的一个整体。

2 音乐喷泉硬件系统的设计

硬件系统的设计主要由音乐输入系统、数模转换系统、单片机控制系统和输出控制系统等组成。本章节主要对音频放大电路、单片机电路、硬件部件的设计介绍，对个硬件功能的选用以及电路板的制作。

2.1 音乐信号的采集

本次设计是使用外部音源的喷泉系统，第一步对模拟音乐信号的采集，再对音乐信号进行特征识别。音频信号的采集主要包括两个过程，一是音频放大和，二是进行A/D 的转换，下面分别进行分析。

2.2 单片机电路

单片机要采集音乐信号，并据此调节I/O口的输出来控制水泵和彩灯。主芯片选用STC89C51RC单片机。STC89C51RC单片机是一个低功耗，高性能的51内核的CMOS 8位单片机，片内含8K空间的可反复擦写1000次的Flash只读存储器，具有256bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个I/O口，1个看门狗定时器，3个16位可编程定时器，具有ISP功能，能够满足设计要求。使用简单且价格非常低廉。故系统的主控制器采用此方案。

STC89C51RC是 采 用8051核 的ISP（In System Programming）在系统可编程芯片，最高工作 时钟频率为80MHz，片内含8K Bytes的可反复擦写1000次的Flash只读 程序存储器，器件兼容标准MCS-51 指令系统及80C51 引脚结构，芯片内集成了通用8位 中央处理器和ISP Flash 存储单元，具有在系统可编程（ISP）特性，配合PC端的控制程序即可将用户的程序代码下载进单片机内部，省去了购买通用编程器，而且速度更快。STC89C51RC系列 单片机是单时钟/ 机器周期(1T)的兼容8051 内核单片机，是高速/低功耗的新一代8051 单片机，全新的流水线/ 精简指令集结构，内部集成MAX810 专用复位电路。

2.3 ADC0832与单片机89C51的连接

ADC0832的时钟信号来自单片机89C51的ALE信号，89C51采用12MHz时钟频率，ALE为2MHz，经四分频后为500KHz作为ADC0832的时钟频率。用P2.7控制A/D转换的启动与转换结束后数字量的读取。ADC0832的地址锁存允许管脚（ALE）H和启动管脚（START）相连。

3 软件系统的设计

主程序流程：音乐流水灯设计采用C语言进行编程，通过模块化编程，从数据采集，数据处理，到驱动电路都需要单片机系统里的程序去操作，执行。所以需编写一个程序对电路进行控制。主程序实现原理：点亮第一支灯，读取A/D转换器的数据，根据数据所反映的模拟信号的大小来控制从第一支灯点亮到下一支等所需要的时间。将数字信号分为4个大小段00H~3FH，40H~7FH，80~BFH，C0H~FFH。分别对应4个间隔时间调用4个延时子程序0.01S，0.O2S，0.03S，0.04S。延时结束就可以点亮下一支灯了，然后再读取一次A/D转换器的数据，再延时再点亮，一直这样执行下去。直到点亮8支灯，又从第一支开始。

4 结论

在本文设计的音乐喷泉模拟形小型音乐喷泉，在系统设计中，运用流体力学理论设计了喷泉的管路系统；运用单片机实现了乐曲播放和流量及花型控制。不足之处在于：系统利用的是单片机产生方波信号控制扬声器发音，所以播放的只能是音乐的曲调，而不是真人真唱的歌曲，不过在整个设计过程中自己也懂得了许多东西，也培养了独立思考和设计的能力，树立了对知识应用的信心，发现自己越来越喜欢科技的东西，同时发现血的知识只有不断的使用才会记得更清晰，用了才知道自己那些明白了，那些是自己薄弱的地方，学的越多的发现自己不知道的越多，渐渐的却知道的越多，学习使自己充分体会到了设计过程中的喜悦。