音樂彩燈控制器---課程設(shè)計

1、<p><b>　　主要內(nèi)容：</b></p><p>　　選取一種方法設(shè)計音樂彩燈控制器，要求該音樂彩燈控制器電路由三路不同控制方法的彩燈所組成，采用不同顏色的發(fā)光二極管作課題實驗。</p><p><b>　　基本要求：</b></p><p>　?。?）第一路為音樂節(jié)奏控制彩燈，按音樂節(jié)拍變換彩燈花樣。&l

2、t;/p><p>　?。?）第二路按音量的強(qiáng)弱（信號幅度大?。┛刂撇薀?。強(qiáng)音時，燈的亮度加大，且燈被點亮的數(shù)目增多。</p><p>　?。?）第三路按音量高低（信號頻率高低）控制彩燈。低音時，某一部分燈點亮；高音時，另一部分燈電亮。</p><p><b>　　參考資料：</b></p><p>　　[1] 劉國鈞，陳紹業(yè)

3、，王鳳翥.圖書館目錄[M].北京：高等教育出版社，1957.15-18.</p><p>　　[2] 劉潤華,劉立山.模擬電子技術(shù)[J].山東:石油大學(xué)出版社,2003.</p><p>　　[3] 蘇成富.彩燈控制器[J].北京:電機(jī)電器技術(shù),2000，（01）.</p><p>　　[4] 祝富林.音樂彩燈電路CS9482[J].北京:電子世界,1995，（12

4、）.</p><p>　　[5] 彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)[J].北京:高等教育出版社,1997.</p><p>　　完成期限 2007.7.16至2007.7.20 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　專業(yè)負(fù)責(zé)人

5、 </p><p>　　2007年 7 月 13 日</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1設(shè)計要求1</b></p><p><b>　　2方案設(shè)計1</b></p><p><b>　　2.1設(shè)計思路

6、1</b></p><p>　　2.2總體方案方框圖1</p><p><b>　　2.3基本原理2</b></p><p>　　3總體方案的選擇和設(shè)計2</p><p>　　3.1簡單聲控音樂彩燈控制器2</p><p>　　3.2音樂彩燈控制器3</p>&

7、lt;p>　　4單元電路的設(shè)計3</p><p>　　4.1整流電路的設(shè)計3</p><p>　　4.2 濾波電路的設(shè)計4</p><p>　　4.3高通濾波器5</p><p>　　4.4低通濾波器5</p><p>　　4.5元件參數(shù)的計算及選擇6</p><p><

8、b>　　5總電路圖7</b></p><p><b>　　6總結(jié)7</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)8</b></p><p><b>　　附錄9</b></p><p><b>　　1設(shè)計要求</b></p&g

9、t;<p>　　選取一種方法設(shè)計音樂彩燈控制器，要求該音樂彩燈控制器電路由三路不同控制方法的彩燈所組成，采用不同顏色的發(fā)光二極管作課題實驗。</p><p>　　（1）第一路為音樂節(jié)奏控制彩燈，按音樂節(jié)拍變換彩燈花樣。</p><p>　　（2）第二路按音量的強(qiáng)弱（信號幅度大?。┛刂撇薀簟?qiáng)音時，燈的亮度加大，且燈被點亮的數(shù)目增多。</p><p>　

10、　（3）第三路按音量高低（信號頻率高低）控制彩燈。低音時，某一部分燈點亮；高音時，另一部分燈點亮。</p><p><b>　　2方案設(shè)計</b></p><p><b>　　2.1設(shè)計思路</b></p><p>　　根據(jù)課題要求，可將控制器分為三部分來實現(xiàn)。</p><p>　　（1）由于音樂的

11、節(jié)奏是具有一定時間間隔的節(jié)拍脈沖信號。因此，可采用記數(shù)、譯碼驅(qū)動電路構(gòu)成節(jié)拍脈沖信號發(fā)生器，使相應(yīng)的彩燈按節(jié)奏點亮和熄滅。</p><p>　?。?）將聲音信號變成電信號，經(jīng)過放大、整流濾波，來點亮彩燈，以實現(xiàn)聲音信號強(qiáng)弱的控制。</p><p>　　（3）采用高、低通有源濾波電路來實現(xiàn)高、低音對彩燈的控制。</p><p>　　2.2總體方案方框圖</p&g

12、t;<p><b>　　圖1 基本原理框圖</b></p><p><b>　　2.3基本原理</b></p><p>　　基本原理框圖如圖1所示。</p><p>　　1、采用運算放大器或555定時器構(gòu)成多諧振蕩器，產(chǎn)生矩形波信號作為計數(shù)器的時鐘脈沖，計數(shù)器輸出經(jīng)譯碼器可得多路譯碼輸出信號，再經(jīng)過驅(qū)動器使相

13、應(yīng)的彩燈點亮。</p><p>　　2、采用動圈式話筒或者揚聲器，將聲響信號變成電信號輸出，并經(jīng)過放大器將其放大。由于音頻信號的頻率高于發(fā)光元件的響應(yīng)頻率，為使發(fā)光元件有適當(dāng)?shù)娘@示時間，可加入延時電路，減少發(fā)光元件閃爍現(xiàn)象。</p><p>　　3總體方案的選擇和設(shè)計</p><p>　　3.1簡單聲控音樂彩燈控制器</p><p>　　圖2

14、 低成本聲控音樂彩燈</p><p>　　簡單聲控音樂彩燈控制器的電路如圖2所示，R1、R2、D和C組成電阻降壓半波整波電路，輸出約3V的直流電供SCR的控制回路用。壓電陶瓷片HTD擔(dān)任聲-電換能器，平時調(diào)W使BG集電極輸出低電平，SCR關(guān)斷，彩燈不亮。當(dāng)HTD接收到聲波信號后，BG集電極電平升高，SCR即開通，所以彩燈能隨室內(nèi)收音機(jī)播出的節(jié)目的音樂節(jié)奏而閃爍發(fā)光。W可用來調(diào)節(jié)聲控靈敏度，W由大調(diào)小時，聲控靈敏度

15、愈高，但W過小時，電燈常亮，這時就失去聲控作用，使用調(diào)試時，將W由大逐漸調(diào)小至某一阻值時，電燈即點亮，再將W退回少許（即稍微調(diào)大），電燈就熄滅，這時聲控靈敏度最高，離HTD二三米遠(yuǎn)處普通談話聲就能使彩燈閃爍。如嫌靈敏度太高，只要將W調(diào)大些即可，電燈長亮不熄，表示BG的放大倍數(shù)β值過小，應(yīng)更換β大些的三極管。電阻均為1/8W碳膜電阻。</p><p>　　3.2音樂彩燈控制器</p><p>

16、;　　如附錄所示為實用音樂彩燈控制電路。該控制器由聲電轉(zhuǎn)換和放大電路、時鐘脈沖發(fā)生器、計數(shù)電路和控制電路等組成。拾音話筒MIC將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號，并經(jīng)BG1～BG3放大后加至四路模擬開關(guān)CD4066(IC3)。時鐘脈沖發(fā)生器由IC1(555)和W1、R1、R2、D1、C1等組成，該電路產(chǎn)生信號的周期為T=0.693(Rw1+R1+R2)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IC2作為CP脈沖。IC

17、2采用CMOS型十進(jìn)制計數(shù)器／脈沖分配器CD4017，在時鐘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)行計數(shù)器。Q0～Q3的輸出依次將CD4066四路模擬開關(guān)接通，使樂曲信號依次加至BG5、BG6、BG7、BG8，并依次導(dǎo)通，相應(yīng)SCR1～SCR4被依次觸發(fā)導(dǎo)通，彩燈因插座依次有電而被依次點亮，隨著悠揚的音樂，彩燈閃爍生輝，從而實現(xiàn)了控制

18、四路彩燈伴隨樂曲而發(fā)光。</p><p><b>　　4單元電路的設(shè)計</b></p><p>　　4.1整流電路的設(shè)計</p><p>　　全波橋式整流電路如圖3所示，圖中4個二極管接成電橋的形式，故有橋式整流之稱。</p><p>　　該電路工作原理：設(shè)變壓器次級電壓U2=U2msinwt=U2sinwt，其中U2m

19、為其幅值，U2為有效值。在電壓U2的正半周期時，二極管D1、D3因受正向偏壓而導(dǎo)通，D2、D4因承受反向電壓而截止；在電壓U2的負(fù)半周期時，二極管因受D2、D4正向偏壓而導(dǎo)通，D1、D3因承受反向電壓而截止。U2和UL的波形如下圖所示，顯然，輸入電壓是雙極性，而輸出電壓是單極性，且是全波波形，輸出電壓與輸入電壓的幅值基本相等</p><p>　　由理論分析可得，輸出全波單向脈沖電壓的平均值即直流分量為： <

20、/p><p>　　UL0=2U2m/=U2≈0.9U2 （1）</p><p><b>　　其紋波系數(shù)g為</b></p><p>　　γ= UL /UL0 （2）</p><p>　　圖3 全波橋式整流電路 &l

21、t;/p><p>　　式中，UL為諧波（只有偶次諧波）電壓總有效值，其值應(yīng)為</p><p>　　UL （3）</p><p>　　由式（1）、（2）和（3）通過計算可得g≈0.48。由結(jié)果可見，全波整流電路的輸出電壓紋波比半波整流電路小得多，但仍然較大，故需用濾波電路來濾除紋波電壓。</p><p&g

22、t;　　全波整流電路中的二極管安全工作條件為：</p><p>　　1、二極管的最大整流電流必須大于實際流過二極管平均電。由于4個二極管是兩兩輪流導(dǎo)通的，因此有</p><p>　　IF＞ID0=0.5UL0/RL=0.45U2/RL</p><p>　　2、二極管的最大反向工作電壓UR必須大于二極管實際所承受的最大反向峰值電壓URM，即</p>&l

23、t;p>　　UR＞URM =U2 </p><p>　　4.2 濾波電路的設(shè)計</p><p>　　經(jīng)整流后的直流輸出電壓脈動性很大，不能直接使用。為了減少其交流成分，通常在整流電路后接有濾波電路。濾波電路的主要任務(wù)是將整流后的單向脈動直流電壓中的紋波濾除掉，使其變成平滑的直流電。在小功率電路中常采用電容濾波電路，將濾波電容C 直接并聯(lián)在負(fù)載RL兩端，就可組成電容濾波電路。由于電容的

24、儲能作用，使得輸出直流電壓波形比較平滑，脈動成分降低，輸出直流電壓的平均值增大。采用電容濾波電路可以得到脈動性很小的直流電壓，但輸出電壓受負(fù)載變動的影響較大，其主要用于要求負(fù)載電流較小，負(fù)載基本不變的場合。當(dāng)RL=∞時，VL= 2 V2 ；當(dāng)RLC 的值適當(dāng)，且整流電路的內(nèi)阻較小時，VL=（1.1～1.2）V2。濾波電容的選擇與負(fù)載RL 的大小有關(guān)，確切地說是由放電回路的時間常數(shù)τ來確定的。電容放電的時間常數(shù)τ（τ=RLC）越大，放電過

25、程越慢，輸出電壓中脈動（紋波）成分越少；VL的平均值越大，濾波效果越好。一般取τ≥（3～5）T/2（T 為電源交流電壓的周期）。RL 為整流濾波電路的負(fù)載電阻，它為電容C提供放電通路，放電時間常數(shù)RC應(yīng)滿足：RC>（3～5）T2。其中：T=20ms是50 Hz 交流電壓的周</p><p><b>　　4.3高通濾波器</b></p><p>　　由分析知道截止

26、頻率為50Hz，于是就有</p><p>　　Hz </p><p>　　選取R7=R8=4k，C1=C2=0.8F。</p><p>　　此高通濾波器的增益，由前分析知，故選取R10=4k，R9=4k</p><p>　　如圖4所示為有源低通濾波電路。該電路的截止頻率fc=100Hz。電路中，R

27、1與R2之比和C1與C2之比可以是各種值。該電路采用R1=R2和C1=2C2。采用C1=C2和R1=2R2也可以。</p><p>　　圖4 高通濾波器電路圖</p><p><b>　　4.4低通濾波器</b></p><p>　　如圖5所示為有源低通濾波電路。該電路的截止頻率fc=10kHz。電路中，R1與R2之比和C1與C2之比可以是各種

28、值。該電路采用R1=R2和C1=2C2。采用C1=C2和R1=2R2也可以。</p><p>　　圖5 低通濾波器電路圖</p><p>　　4.5元件參數(shù)的計算及選擇</p><p><b>　　由于：，。</b></p><p>　　IN4001的反向擊穿電壓，額定工作電流，故整流二極管選用IN4001。</p

29、><p><b>　　根據(jù) </b></p><p><b>　　和公式</b></p><p><b>　　(C為常數(shù))</b></p><p><b>　　可求得：</b></p><p><b>　　濾波電容：<

30、/b></p><p>　　電容的耐壓要大于，故濾波電容C取容量為，耐壓為的電解電容。</p><p>　　4.5.1SCR及其它元件的選擇</p><p>　　SCR可用國產(chǎn)3CTS1型（1A、400V）雙向晶閘管，其它進(jìn)口額定通態(tài)電流IT≥1A、斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM≥400V的雙向晶閘管也可使用，但應(yīng)注意管腳引線的正確接法，以免錯接后通電損壞器件。T用

31、晶體管收音機(jī)里常用的小型推挽輸出變壓器來代替，要求初級與次級間絕緣性要良好，這一點應(yīng)特別引起重視，以免使用中發(fā)生人體觸電危險！Rw選用470～5.1k的普通電位器。插頭采用的是220V交流電路常用的普通二極插頭。選用市售節(jié)日閃光彩燈鏈（燈泡套有塑料花，每串約20只燈泡，工作電壓為交流220V）一至數(shù)串并聯(lián)構(gòu)成，但總瓦數(shù)（各并聯(lián)彩燈鏈瓦數(shù)之和）不得超過180W；使用前，還應(yīng)將每串彩燈鏈的第一個帶有雙金屬片的燈泡換成普通備用燈泡，不再讓其控

32、制彩燈鏈自動閃亮即可。彩燈鏈燈泡數(shù)目多、體積小，可以將它纏繞在各種圖案、家具等的四周，也可將它置于花叢中，形式不拘一格，布置起來靈活方便。</p><p><b>　　5總電路圖</b></p><p>　　把上述各部分電路連接起來便構(gòu)成了完整的音樂彩燈控制電路。其總電路圖如附錄所示。</p><p><b>　　6總結(jié)</b&

33、gt;</p><p>　　本次課程設(shè)計要求設(shè)計一種音樂彩燈控制器。應(yīng)用所學(xué)的知識及在圖書館搜集的資料，對題目所要求的電路進(jìn)行了設(shè)計。</p><p>　　1、設(shè)計了兩種音樂彩燈控制器進(jìn)行對比，方案一是成本相對低廉的簡單控制器，此控制器雖能滿足題目中某些要求，但為了更好的完成本次設(shè)計，故采用了方案二。</p><p>　　2、在方案二的設(shè)計中，用到了放大器、整流電路

34、、高通濾波電路、低通濾波電路等基本電路。</p><p>　　3、根據(jù)任務(wù)要求對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了計算，并對相關(guān)元件進(jìn)行了選擇。</p><p>　　4、為了做好這次的課程設(shè)計，要充分理解電路的任務(wù)目的，先建立一個大致的電路工作過程概念。然后再進(jìn)行細(xì)節(jié)的分析，理論的驗證，最終得出一套最優(yōu)的方案。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b><

35、/p><p>　　[1] 劉國鈞，陳紹業(yè)，王鳳翥.圖書館目錄[M].北京：高等教育出版社，1957.15-18.</p><p>　　[2] 劉潤華,劉立山.模擬電子技術(shù)[J].山東:石油大學(xué)出版社,2003.</p><p>　　[3] 蘇成富.彩燈控制器[J].北京:電機(jī)電器技術(shù),2000,（01）.</p><p>　　[4] 祝富林.音樂

36、彩燈電路CS9482[J].北京:電子世界,1995,（12）.</p><p>　　[5] 唐金松.簡明機(jī)械零件設(shè)計手冊[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,2000年10月.</p><p>　　[6] 彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)[J].北京:高等教育出版社,1997.</p><p><b>　　附錄</b></p><