音乐彩灯控制课程的设计说明书.docx

1 设计课题任务、功能要求说明及总体方案介绍1.1设计课题任务设计一种组合式彩灯控制电路，该电路由三路不同控制方法的彩灯所组成，采用不同颜色的发光二极管作设计实验1.2 功能要求说明总共有3路电路实现音乐彩灯① 第一路为音乐节奏控制彩灯，按音乐节拍变换彩灯花样。② 第二路按音量的强弱（信号幅度大小）控制彩灯。强音时，灯的亮度加大，且灯被点亮的数目增多。③ 第三路按音调高低（信号频率高低）控制彩灯。低音时，某一部分灯点亮；高音时，另一部分灯点亮。1.3设计课题总体方案介绍及工作原理说明(1) 设计思路根据课题要求，本控制器可分别用三部分电路实现。①音乐的节奏往往由乐队的鼓点来体现，实质上它是具有一定时间间隔的节拍脉冲信号。因此，可采用计数、译码驱动电路构成节拍脉冲信号发生器（或称时间顺序控制器），使相应的彩灯按节奏点亮和熄灭。②为实现声音信号强弱的控制，应该将声音信号变成电信号，经过放大、整流滤波，以信号的平均值驱动彩灯发亮。信号强，则灯的亮度大，且点亮灯的数目增多。③为实现高、低音（不同频率信号）对彩灯的控制，采用高、低通有源滤波电路。低通滤波器限制高音频信号通过，而高通滤波器限制低音频信号通过，分频段输出信号，经过放大驱动相应的发光二极管点亮。(2) 控制器原理框图通过音箱输入电信号，信号源经放大器放大后输出分别送往：（1）单稳态触发器，输出脉冲信号通过驱动电路来驱使彩灯发光；（2）多谐振荡器脉冲输出到计数器，计数脉冲通过计数和译码驱使彩灯发光；（3）送往高低通电路，取出所需要频段信号后驱动彩灯发光。图1.1控制器原理图2音乐彩灯控制器的仿真分析2.1音乐彩灯控制器的参数选择2.1.1音乐节奏控制彩灯音频放大电路放大电路使用基极分压式射基偏置电路放大：工作电压为12V，三极管为9014，9014的放大倍数在100~1000 ,而b-e极电压0.7V才能饱和导通，所以用R22=1M的电阻，同时兼顾其他指标，工程上一般取VBQ=（3-5）V，所以R23取330K，使电压适合于三极管的放大。由于9014承受的最大电流,R24=5.1K。图2.1音频放大电路多谐振荡器图2.2多谐振荡器该电路工作电压Ucc设为12V，当远远大于时，,此时输出的波形为理想对称的方波，所以使用的可变电阻，这样实现了方波，也使可以调节电路的灵敏度。C1在充、放电过程中，其电压在的1/3到2/3之间变化，所以时基电路3脚输出高电平的时间可用以下式表示（即充电周期），即…………………………2.13脚输出低电平时间（即放电周期）: ……………………………2.2振荡周期： ………………2.3根据以上公式可以求出R1、C1、C2，由于电容在市场上的型号不多。所以就选相近的,。其他电路CD4017的供电的电压为3V～15V为了方便电源供电就选用12V作为供电电压。LED的供电电压为2.5V，为了不超过它的最大电流，所以要串联一个稳压电阻，先选取R=1K的电阻。2.1.2音乐大小控制彩灯放大电路由于555单稳态电路是低电平触发，所以设计时采用了反向放大，三极管起反向作用，故采用射基偏置电路。VT（9014） b-e极最大电流为0.1A，所以根据基尔霍夫定理得：………………………2.4……………………2.5可得： =330K。同时兼顾其他指标，工程上一般取VBQ=（3-5）V，所以R2=110k图2.3单稳态电路由于电容的容量和耐压不好选，所以就先选电容为，设单稳态的暂态时间为。根据公式： ……………………2.6得 、 …………………2.7所以R1取5k限流电阻的计算：由于的脚电压为2V，LED的承受电流为30mA，取的最大取值为：……………2.8取R=680?2.1.3音调高低控制彩灯图2.4高通电路RC有源高通滤波器参数的计算（设上限频率f=1000HZ）： (1)通常电容C的容量宜在微法数量级以下，的值一般约为几百千欧内，vh由于电容容量档级较少，常先选用值，再计算电阻的值。选择,则=16K…………2.9（2）考虑到二价巴特沃斯滤波器的=0.707和……………………2.10故有R4=0.586R3,运算放大器两输入端的外接电阻必须满足平衡条件：……………………2.11由……………………2.12和…………………2.13得,,,。（3）供电为12V，可LED承受的电流为灯泡电压为，由……………………2.14取R5=550。 图2.5低通滤波电路由于高通滤波器与低通滤波器在电路结构上存在对偶关系，他们的幅频响应也存在对偶关系，设置的频率界限为1000Hz，所以两个电路参数一样，只是接法不一样。2.1.4电源电路参数桥式整流二极管参数计算正向平均电流：………………2.15 最大反向电压： ………………2.16滤