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>　?。?）第二路按音量的強弱（信號幅度大?。┛刂撇薀簟娨魰r，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:石油大學出版社,2003.</p><p>　　[3] 蘇成富.彩燈控制器[J].北京:電機電器技術(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[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>　　指導教師 </p><p>　　專業(yè)負責人

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>　?。?）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>　?。?）第二路按音量的強弱（信號幅度大?。┛刂撇薀?。強音時，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>　?。?）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)聲音信號強弱的控制。</p><p>　?。?）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)光元件的響應頻率，為使發(fā)光元件有適當?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，并依次導通，相應SCR1～SCR4被依次觸發(fā)導通，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因受正向偏壓而導通，D2、D4因承受反向電壓而截止；在電壓U2的負半周期時，二極管因受D2、D4正向偏壓而導通，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，但輸出電壓受負載變動的影響較大，其主要用于要求負載電流較小，負載基本不變的場合。當RL=∞時，VL= 2 V2 ；當RLC 的值適當，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載電阻，它為電容C提供放電通路，放電時間常數(shù)RC應滿足：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，其它進口額定通態(tài)電流IT≥1A、斷態(tài)重復峰值電壓UDRM≥400V的雙向晶閘管也可使用，但應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。應用所學的知識及在圖書館搜集的資料，對題目所要求的電路進行了設(shè)計。</p><p>　　1、設(shè)計了兩種音樂彩燈控制器進行對比，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)任務要求對相關(guān)參數(shù)進行了計算，并對相關(guān)元件進行了選擇。</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目的，先建立一個大致的電路工作過程概念。然后再進行細節(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</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:石油大學出版社,2003.</p><p>　　[3] 蘇成富.彩燈控制器[J].北京:電機電器技術(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.簡明機械零件設(shè)計手冊[M].上海:上?？茖W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[J].北京:高等教育出版社,1997.</p><p><b>　　附錄</b></p><