機(jī)械電子工程畢業(yè)論文-基于單片機(jī)的音樂噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　（20 屆）</b></p><p>　　基于單片機(jī)的音樂噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　誠信聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)

2、下獨(dú)立完成的，在完成論文時(shí)所利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。</p><p>　　本人簽名： 年 月 日</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 基于單片機(jī)的音樂噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3、 </p><p><b>　　1．課題意義及目標(biāo)</b></p><p>　　學(xué)習(xí)并掌握單片機(jī)及相關(guān)知識(shí)；了解并掌握音樂噴泉控制系統(tǒng)的工作要求；在查閱資料的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)音樂播放，水泵控制等功能，完成系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)；完成系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，完成系統(tǒng)元器件的選型，在掌握電子線路圖繪制工具軟件的基礎(chǔ)上，完成

4、系統(tǒng)組成框圖的繪制、完成相關(guān)電路圖及系統(tǒng)原理圖的繪制；完成系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　2．主要任務(wù)</b></p><p>　　(1)、閱讀任務(wù)書，通過查閱相關(guān)資料，構(gòu)建設(shè)計(jì)方案并充分論證，并撰寫開題報(bào)告；</p><p>　　(2)、進(jìn)行系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，熟悉開發(fā)環(huán)境；</p><p>　　(3)、系統(tǒng)硬件

5、設(shè)計(jì)，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)；</p><p>　　(4)、畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書；</p><p><b>　　3．主要參考資料</b></p><p>　　[1]李曉林.單片機(jī)原理與接口技術(shù)[M] . 北京：電子工業(yè)出版社, 2013</p><p>　　[2]徐沐龍.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M] . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2013<

6、;/p><p>　　[3]蒲珊珊.基于8751單片機(jī)的音樂噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J] . 機(jī)械制造與自動(dòng)化, 2011，2</p><p><b>　　4．進(jìn)度安排</b></p><p>　　審核人： 年 月 日 </p><p>　　基于單片機(jī)的音樂噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</

7、p><p>　　摘 要：在音樂噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通過兩種噴泉造型方案的優(yōu)缺點(diǎn)的比較，選擇了最優(yōu)的方案。本設(shè)計(jì)主要闡述音樂噴泉的工作原理，并完成小型音樂噴泉系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件方面的設(shè)計(jì)改進(jìn)?？刂葡到y(tǒng)以單片機(jī)為核心控制變頻器、電磁閥和水下照明燈具等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)音樂播放和噴頭噴水同步的目的。為了便于理解音樂噴泉的工作原理，本設(shè)計(jì)同時(shí)還簡要介紹了元器件的參數(shù)和工作原理。最后，利用Altium designer 軟件繪制硬

8、件原理圖。</p><p>　　關(guān)鍵詞：音樂噴泉，控制系統(tǒng)，單片機(jī)，變頻器，電磁閥 </p><p>　　Music Fountain Control System Design Based On SCM</p><p>　　Abstract： In the design of the control system about music fountain, the

9、 best music fountain modeling is chosen according to the comparison of two styling plans’ merits and demerits. This paper mainly describes the principle of musical fountain and completes the design of small scale music f

10、ountain system concerning about hardware and software. The control system within taking microcomputer as the core controls frequency transformer, solenoid valve, underwater lightings and other facilities. And </p>

11、<p>　　Keywords: Music Fountain, Control System, SCM, Frequency Transformer, Solenoid valve </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 前言1</b></p><p>　　1.1

12、課題研究背景和意義1</p><p>　　1.2 音樂噴泉的發(fā)展?fàn)顩r1</p><p>　　1.3 音樂噴泉的工作原理2</p><p>　　1.4 課題主要研究內(nèi)容2</p><p>　　2 音樂噴泉造型和工作流程設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1 造型方案設(shè)計(jì)和選擇4</p>&

13、lt;p>　　2.2 水泵選擇5</p><p>　　2.3 噴泉彩燈和噴頭選擇6</p><p>　　3 硬件電路設(shè)計(jì)及元器件介紹7</p><p>　　3.1 控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.2 單片機(jī)原理與應(yīng)用8</p><p>　　3.3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)10</

14、p><p>　　3.3.1 噴泉控制系統(tǒng)組成10</p><p>　　3.3.2 接口芯片與單片機(jī)連接11</p><p>　　3.3.3 變頻器選型13</p><p>　　3.3.4 電磁閥驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.4 硬件延時(shí)電路設(shè)計(jì)17</p><p>　

15、　4 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.1 系統(tǒng)工作流程19</p><p>　　4.2 系統(tǒng)資源分配20</p><p>　　4.3 音樂控制碼的編制20</p><p>　　4.4 軟件流程23</p><p><b>　　5 結(jié) 論24</b></p

16、><p><b>　　參考文獻(xiàn)25</b></p><p><b>　　致 謝26</b></p><p>　　附錄1電器接線圖和硬件原理圖27</p><p>　　附錄2程序清單29</p><p><b>　　1 前言</b></p&g

17、t;<p><b>　　課題研究背景和意義</b></p><p>　　音樂噴泉理論是一位德國人在二十世紀(jì)三十年代初提出的，起初他僅把小型噴泉建造在商場(chǎng)和酒店內(nèi)供人欣賞。在隨后的十幾年間，噴泉技術(shù)被引進(jìn)美國，走向世界。在音樂噴泉走向世界的同時(shí)，各種新興技術(shù)被不斷應(yīng)用在音樂噴泉上，使得音樂噴泉的設(shè)計(jì)更加多樣，構(gòu)造也越來越復(fù)雜，使得噴泉、音樂和燈光之間的配合顯得更加十分巧妙而富有美

18、感。</p><p>　　隨著市場(chǎng)的不斷擴(kuò)展，國內(nèi)關(guān)于噴泉的研究和開發(fā)工作呈現(xiàn)出一片欣欣向榮的景象。根據(jù)檔案記載，我國在20世紀(jì)80年代中期開始引進(jìn)和設(shè)計(jì)音樂噴泉。音樂噴泉既是一種水景藝術(shù)，把聲、光、水、電完美結(jié)合，體現(xiàn)動(dòng)靜結(jié)合，形成活潑氣氛，給人以美的享受；同時(shí)也能夠大幅改善周圍環(huán)境，有效降低PM2.5的含量。根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2014年整個(gè)音樂噴泉行業(yè)的年產(chǎn)值已經(jīng)突破百億大關(guān)。為了引導(dǎo)我國音樂噴泉行業(yè)健康有序地

19、發(fā)展，行政主管部門、技術(shù)監(jiān)督部門和社會(huì)學(xué)術(shù)團(tuán)體相繼頒布和出版了相關(guān)國家設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊(cè)和行業(yè)術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)。例如在1989年出版的《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》中首次將“水景設(shè)計(jì)”以專門章節(jié)的形式進(jìn)行詳細(xì)介紹。</p><p>　　為了適應(yīng)社會(huì)市場(chǎng)需求，音樂噴泉行業(yè)逐步從大型化轉(zhuǎn)向小型化和專業(yè)化的方向發(fā)展。因此音樂噴泉的控制方式也變得靈活多變，比如PLC（可編程邏輯控制器）、單片機(jī)和DSP（數(shù)字信號(hào)處理）等都在音樂噴泉中有所應(yīng)

20、用。本課題主要針對(duì)國內(nèi)大學(xué)的廣場(chǎng)和酒店門口進(jìn)行的音樂噴泉設(shè)計(jì)。控制系統(tǒng)將采用單片機(jī)為核心，驅(qū)動(dòng)噴泉噴頭處電磁閥的啟閉和潛水泵電機(jī)的運(yùn)停，并解決系統(tǒng)中音樂放音和噴頭噴水不同步的問題。</p><p>　　1.2 音樂噴泉的發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　在這之前，我見識(shí)了各種各樣的噴泉，但是真正目睹音樂噴泉的風(fēng)采是在家鄉(xiāng)的容湖生態(tài)公園。那是一個(gè)大型的音樂噴泉—水幕電影，不單單可以隨音樂變化，

21、還可以播放視頻。自此以后，我就被音樂噴泉的魅力深深折服，因此對(duì)國內(nèi)音樂噴泉的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行調(diào)研。</p><p>　　音樂噴泉是高科技與自然的完美結(jié)合，充分體驗(yàn)了人們的智慧，世界各地的音樂噴泉體現(xiàn)美的形式也是不盡相同。北京石景山古城公園的音樂噴泉在我國建造時(shí)間比較早，它可以隨音樂交替產(chǎn)生百合、玉蘭、秋菊等花型，變化無窮，豐富了動(dòng)態(tài)空間的美麗圖景?，F(xiàn)在，我國噴泉建設(shè)向著大型化、復(fù)雜化的方向發(fā)展，藝術(shù)效果更加絢麗多姿。

22、例如，在洛陽開陽湖建設(shè)的音樂噴泉被稱作“亞洲第一大音樂噴泉”，在水景綜合工程擁有許多世界之最，包括369米數(shù)控跑泉，12萬平方米的水景面積，360度無差別定位數(shù)控?fù)u擺等。位于世界知名學(xué)府哈佛大學(xué)校園內(nèi)的唐納音樂噴泉是一座霧噴泉。春、夏、秋三季，水霧像云一樣在石上舞蹈，模糊了石頭的邊界。白天，陽光的反射令水霧產(chǎn)生彩虹；晚上，水霧在燈光的照射下產(chǎn)生迷離的效果。</p><p>　　上述音樂噴泉都屬于大型音樂噴泉，由專

23、門公司量身定做，造價(jià)昂貴，流量需求大。目前，國內(nèi)的音樂噴泉逐漸向智能化、綜合化、多樣化方向發(fā)展。</p><p>　　1.3 音樂噴泉的工作原理</p><p>　　噴泉設(shè)備安裝在人工構(gòu)筑的整形或天然泉池中，噴射優(yōu)美的水資，以供人觀賞。噴泉的工作原理從物理方面屬于動(dòng)量守恒的范疇：當(dāng)水流從大直徑管道到小直徑管道時(shí)，流速會(huì)產(chǎn)生一定的變化，從而沖向背離地面的方向。大直徑管道中水流速度由水泵決定

24、，小直徑管道中的流速是原來速度和動(dòng)量轉(zhuǎn)化速度的和。這就需要建立一個(gè)微元方程計(jì)算動(dòng)量守恒，求出出口的速度，然后水流做拋物線運(yùn)動(dòng)。前提是理想狀態(tài)，忽略摩擦和風(fēng)的影響。</p><p>　　音樂噴泉的工作原理與噴泉的工作原理并沒有太大的差別。音樂噴泉只是將音樂和噴泉水柱結(jié)合起來，并使水柱形狀和音樂音頻同步變化。而水柱是由與電機(jī)相接水泵控制的，異步電機(jī)如果直接接入工頻電源，其轉(zhuǎn)速是固定不變的，這就需要通過變頻器調(diào)節(jié)電源的

25、頻率控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。通過改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速改變水泵供水的壓力使水柱產(chǎn)生變化。</p><p>　　1.4 課題主要研究內(nèi)容</p><p>　　現(xiàn)在音樂噴泉的應(yīng)用越來越普遍，涉及到的控制方式也越來越多，于是音樂噴泉的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)涵蓋了機(jī)械電子工程的各個(gè)學(xué)科，且生動(dòng)形象。雖然噴泉的種類繁多，花型千姿百態(tài)，但是他們都有相似之處：花型的形成基本都是由調(diào)速水泵、輸水管道、電磁閥門和不同性質(zhì)的噴頭構(gòu)成。

26、因此，音樂噴泉的設(shè)計(jì)建造同樣離不開以上的基本元件。通常情況下，利用開關(guān)量控制上述元器件。這些開關(guān)量控制水泵、電磁閥、燈光的動(dòng)作隨音樂進(jìn)行組合，進(jìn)而產(chǎn)生一場(chǎng)美輪美奐的視覺盛宴。當(dāng)然，有個(gè)別水泵需要用模擬信號(hào)實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)速實(shí)現(xiàn)預(yù)期的藝術(shù)效果。</p><p>　　針對(duì)不同花型變換要求需要采用不同的控制方法?，F(xiàn)在音樂噴泉有以下三種主要的控制形式：1、聲控方式：這種控制方式使得噴泉可以接受任何音頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)聲音和噴泉的完美

27、結(jié)合，比如音樂演唱會(huì)現(xiàn)場(chǎng)等等。2、程序控制：這種控制方式需要提前在控制單元中預(yù)存程序，程序應(yīng)囊括各種水型和花樣，然后和燈光一起形成絢麗的藝術(shù)效果。其優(yōu)點(diǎn)比較明顯：造假低廉、控制簡單、適用于狹小的空間。3、手動(dòng)控制：這是目前最常用的控制方式。特點(diǎn)是由人工操作進(jìn)行表演，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。</p><p>　　通過上文控制方式特點(diǎn)的介紹，程序控制方式能夠滿足本設(shè)計(jì)的要求?？刂葡到y(tǒng)要能夠控制水泵轉(zhuǎn)速，同時(shí)讓噴泉水柱升降變化連續(xù)，

28、這就需要變頻器的密切配合。同時(shí)，在系統(tǒng)中還將配備一定數(shù)量的電磁閥。通過預(yù)存的花型字表控制電磁閥開關(guān)狀態(tài)的不同組合，使噴泉花型不斷變化。這就間接是觀眾感受到噴泉隨音樂變化的效果。因?yàn)樯婕暗阶冾l器、水泵、電磁閥、噴頭的選擇，所以需進(jìn)行噴泉造型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，并以此作為元器件選擇的依據(jù)；同時(shí)要進(jìn)行控制系統(tǒng)包括硬件和軟件的設(shè)計(jì)，以此實(shí)現(xiàn)放音、噴泉效果變化和他們之間同步處理。</p><p>　　2 音樂噴泉造型和工作流

29、程設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 造型方案設(shè)計(jì)和選擇</p><p>　　方案：在本設(shè)計(jì)中選擇安裝十六個(gè)噴頭，分為內(nèi)外兩圈布置。為了讓水流快速到達(dá)每個(gè)噴頭，有以下兩種供水方式供選擇：方案，將潛水泵安裝在噴泉水池中央，然后用十字管道將內(nèi)外兩圈連接起來供水。方案，將潛水泵安裝在內(nèi)圈或者外圈</p><p>　　管道上，然后用一根短直管將內(nèi)外圈連接起來供水。通過對(duì)上述

30、兩個(gè)方案分析比較，</p><p>　　我們不難得，如果采用方案所述供水方式，距離水泵較遠(yuǎn)的噴頭水柱變化會(huì)明顯滯后于距離水泵較近出噴頭水柱變化。然而，方案的供水形式產(chǎn)生的滯后效應(yīng)比方案要小。同時(shí)方案相對(duì)于方案擁有其他優(yōu)點(diǎn)，比如控制方案靈活，可視效果好，觀賞性強(qiáng)等。</p><p>　　綜上所述選擇方案作為本次設(shè)計(jì)的花形造型方案，其造型形式如圖2.1所示。在造型設(shè)計(jì)中要根據(jù)人眼視角的生理特點(diǎn)

31、和附近景物確定噴泉在廣場(chǎng)的空間位置，以此取得較好的視覺效果。經(jīng)咨詢醫(yī)務(wù)人員和查詢有關(guān)資料，人眼視角包括垂直視角和水平視角。當(dāng)垂直視角在30度、水平視角在45度的范圍內(nèi)，有良好的視域。經(jīng)計(jì)算水平視距取為2.5M左右合適，噴泉的水柱高度和寬度按最大為2M進(jìn)行設(shè)計(jì)[1]。</p><p>　　圖2.1 噴泉造型設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.2 水泵選擇</b>&l

32、t;/p><p>　　目前，許多水景工程都采用潛水泵作為水力提升設(shè)備。潛水泵是控制器立式離心泵。三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理基于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子電流的相互作用。當(dāng)定子的對(duì)稱三相繞組接到三相電源上時(shí)，繞組內(nèi)將通過對(duì)稱三相電流，并在空間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)沿定子內(nèi)圓周切線方向旋轉(zhuǎn)[2]。通常異步電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度接近于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度，轉(zhuǎn)差率S很小，為0.15—0.16。因?yàn)闈撍霉ぷ鲿r(shí)泵體可以完全浸于水

33、中，同時(shí)其電機(jī)和水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)部件都采用水潤滑方式，因此不會(huì)產(chǎn)生過高的熱損失，效率較高。經(jīng)過查閱JB/T8092-1996標(biāo)準(zhǔn)選擇潛水泵的型號(hào)列于表2.1。</p><p>　　表2.1 潛水泵的主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　　2.3 噴泉彩燈和噴頭選擇</p><p>　　水下照明燈具是水景中常用設(shè)備，特別是在音樂噴泉中。因?yàn)樵趪娙邪惭b水下照明設(shè)備主要追求的是藝

34、術(shù)創(chuàng)意設(shè)計(jì)而非照明亮度，所以景觀照明燈具的選擇要充分考慮造型美觀色彩艷麗。水下照明燈一般是在水面以下5-10cm處配置，其最大水深不超過50cm。水下燈將完全密封，有將防沖擊的燈泡直接置于水中和將燈泡裝在有密閉的燈具外殼內(nèi)兩種。經(jīng)過有關(guān)資料選擇燈具如表2.2 。</p><p>　　目前，在噴泉設(shè)計(jì)中噴頭的選擇余地很大，但有三種是最常用的：旋轉(zhuǎn)、樹冰和霧狀噴頭。旋轉(zhuǎn)噴頭以水流的噴射作為動(dòng)力推動(dòng)噴頭旋轉(zhuǎn)，形成水柱四

35、射的效果。樹冰噴頭噴射的水柱粗大挺拔，能抵抗一定的側(cè)向風(fēng)。霧狀噴頭噴射出來非常細(xì)小的水滴，在空氣形成霧狀，在陽光照射下可形成美麗的彩虹，通常在雕塑設(shè)計(jì)中用于美化。經(jīng)過對(duì)上述三種噴頭噴射效果的分析比較，在噴泉內(nèi)圈選擇旋轉(zhuǎn)噴頭，外圈采用樹冰噴頭。</p><p>　　表2.2 水下燈具選擇表</p><p>　　3 硬件電路設(shè)計(jì)及元器件介紹</p><p>　　3.1

36、 控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式如圖3.1所示，從圖可以看出控制系統(tǒng)硬件包括單片機(jī)，延時(shí)電路，調(diào)控器件等組成。該控制系統(tǒng)是通過對(duì)音樂進(jìn)行預(yù)處理，將其轉(zhuǎn)換成匯編程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)，使單片機(jī)直接連接揚(yáng)聲器播放音樂。當(dāng)然，其它控制語句也需要寫進(jìn)控制程序。從控制結(jié)構(gòu)形式原理圖中可以看出，單片機(jī)同時(shí)需要對(duì)電磁閥、變頻器和燈光進(jìn)行控制。下面對(duì)控制原理進(jìn)行一些必要介紹。單片機(jī)對(duì)電磁閥的控制原理是預(yù)

37、先將編制完成的花型控制字表存入單片機(jī)，當(dāng)單片機(jī)執(zhí)行程序時(shí)，通過查表得方式去取不同的花型。而花型的不同是通過對(duì)不同類型噴頭處電磁閥的開閉進(jìn)行組合形成的。同樣，單片機(jī)控制變頻器的思想與之有相似之處。只不過是依據(jù)音樂頻率編制控制字，同時(shí)查表方法也不盡相同，這樣就實(shí)現(xiàn)了變頻器依據(jù)接受不同信號(hào)輸出不同頻率值控制水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。揚(yáng)聲器和燈光是經(jīng)過同一個(gè)I/O接口經(jīng)延時(shí)電路實(shí)現(xiàn)同步動(dòng)作的。在燈光之前還應(yīng)接一個(gè)固態(tài)繼電器，使燈具與單片機(jī)隔離，并驅(qū)動(dòng)

38、燈具動(dòng)作。</p><p>　　圖3.1 控制系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)形式</p><p>　　3.2 單片機(jī)原理與應(yīng)用</p><p>　　目前世界上單片機(jī)的生產(chǎn)廠商很多，其主流產(chǎn)品多達(dá)70多個(gè)系列、500多個(gè)品種，但最早推出的是Intel公司的MCS8051/31系列單片機(jī)，它是世界上使用量最大的幾種單片機(jī)之一[4]。MCS-51子系列中主要有8031、8051、87

39、51三種類型。8031單片機(jī)由于片內(nèi)不帶ROM（程序存儲(chǔ)器），因此在使用時(shí)需進(jìn)行ROM擴(kuò)展和邏輯電路設(shè)計(jì)，但是改寫或者更換程序比較麻煩，需要用特殊紫外線照射，并且寫入到外接程序存儲(chǔ)器的程序代碼安全性不高。而8051與8031有很大不同，其片內(nèi)有4K掩膜ROM，因此無需存儲(chǔ)器擴(kuò)展和外接邏輯電路，更能體現(xiàn)“單片”的簡練。但是用戶自己沒有辦法向其片內(nèi)寫入程序，只能由生產(chǎn)廠家一次性燒入，日后無論誰都不能改寫程序。8751與8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)幾乎沒

40、有差別，只是8751片內(nèi)的4K內(nèi)存為EPROM(紫外線可擦除ROM)，用戶可以將自己編寫的程序?qū)懭隕PROM中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與應(yīng)用，但改寫同樣需要用紫外線照射擦除后再燒寫。綜合考慮本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，在SCM中需要提前燒寫程序。因此，本次設(shè)計(jì)選擇8751單片機(jī)作為控制核心，這樣能夠使控制電路簡單。</p><p>　　3.2.1 復(fù)位電路設(shè)計(jì)</p><p>　　關(guān)于介紹單片機(jī)外部引腳的書籍資料

41、很多，在這里就不對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)介紹了。只簡要介紹下最小系統(tǒng)即使得單片機(jī)能夠工作的最基本電路, 最小系統(tǒng)必須要接有復(fù)位電路和時(shí)鐘電路。如果沒有復(fù)位電路單片機(jī)就沒有辦法正常工作。復(fù)位電路分為上電復(fù)位和外部復(fù)位兩種方式。利用電容器的充電即可實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。在時(shí)鐘電路工作后，在RST端連續(xù)給出2個(gè)機(jī)器周期的高電平即可完成復(fù)位操作。這種復(fù)位方式適用于長時(shí)間不斷電工作的單片機(jī)設(shè)計(jì)，如果中途想要單片機(jī)復(fù)位只能斷電再通電實(shí)現(xiàn)。外部復(fù)位的方式是當(dāng)復(fù)位按鍵按下

42、后，復(fù)位端通過51Ω的小電阻與+5V電源接通，迅速放電，使RST引腳為高電平；當(dāng)復(fù)位鍵彈起后，+5V電源通過2KΩ電阻對(duì)22μF電容重新充電，RST引腳端出現(xiàn)復(fù)位正脈沖。其時(shí)間常數(shù)取決于RC電路的時(shí)間常數(shù)。外部復(fù)位只要按下復(fù)位按鈕大于單片機(jī)的兩個(gè)時(shí)鐘周期就能進(jìn)行復(fù)位（回到初始狀態(tài)）。經(jīng)過對(duì)兩種復(fù)位方式的比較，外部復(fù)位是本設(shè)計(jì)的首先復(fù)位方式，連接方式如圖3.2所示。因?yàn)檎{(diào)試過程中要經(jīng)常對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位，這樣方便工作異常時(shí)能及時(shí)進(jìn)行復(fù)位而不

43、用斷電。</p><p>　　圖3.2 單片機(jī)復(fù)位電路</p><p>　　3.2.2 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)</p><p>　　單片機(jī)通過片內(nèi)的時(shí)鐘電路和定時(shí)電路來完成定時(shí)控制功能，單片機(jī)利用內(nèi)部時(shí)鐘方式或者外部時(shí)鐘方式產(chǎn)生時(shí)鐘。時(shí)鐘電路為單片機(jī)按序工作提供條件，如果沒有時(shí)鐘電路來產(chǎn)生時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)單片機(jī)，那么單片機(jī)就無法執(zhí)行程序。在本設(shè)計(jì)中采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，如3.3所示。經(jīng)

44、查閱資料，在本次設(shè)計(jì)中采用12MHZ的晶振，計(jì)算可得單片機(jī)的機(jī)器周期為1μs，指令周期為1～4μs。同時(shí)，在晶振的兩端一般采用兩個(gè)大小為15～33pF的瓷片電容。在本方案中擬用30pF。 </p><p>　　圖3.3 MCS-51單片機(jī)時(shí)鐘產(chǎn)生方式</p><p>　　3.3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)<

45、;/p><p>　　3.3.1 噴泉控制系統(tǒng)組成</p><p>　　音樂噴泉控制系統(tǒng)硬件電路以8751型單片機(jī)為核心。根據(jù)前面章節(jié)的介紹可知，8751單片機(jī)片內(nèi)具有4K的EPROM,因而可以滿足需求不必進(jìn)行片外程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展。另外，在本次設(shè)計(jì)中提前將所需的程序編制完成寫入單片機(jī)，不用進(jìn)行大量運(yùn)算和數(shù)據(jù)暫存，片內(nèi)的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器已然能夠滿足運(yùn)行過程中對(duì)RAM容量的需求，故也不用進(jìn)行片外擴(kuò)展。

46、為了使控制簡單方便，在單片機(jī)的P0口設(shè)置了第一曲、第二曲以及循環(huán)播放的功能。從單片機(jī)的資料知P1口可以進(jìn)行位尋址，因此用P1.7口作為放音和燈光控制輸出口，在定時(shí)器T0的計(jì)數(shù)值達(dá)到設(shè)定值后，I/O口取反產(chǎn)生相應(yīng)頻率的PWM波。在噴泉造型設(shè)計(jì)中可以看出，系統(tǒng)需要控制的電磁閥數(shù)目較多，并且電磁閥之間的控制信號(hào)是相互獨(dú)立的。除此之外，變頻器也需要控制信號(hào)。這就造成僅僅選用單片機(jī)的輸出口不能滿足控制需求，因此要對(duì)單片機(jī)進(jìn)行I/O接口擴(kuò)展,以便能

47、同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁閥和變頻器的控制，也簡化了日后更改控制動(dòng)作的流程和工作量。此處，將8155芯片作為控制接口擴(kuò)展的最佳選擇。8155是Intel公司生產(chǎn)的可編程多功能接口芯片，被廣泛應(yīng)用在單片機(jī)系統(tǒng)中。8155可以直接與51系列單片機(jī)直接連</p><p>　　為使觀眾感受到音樂播放和花型變化同步，系統(tǒng)采用了硬件延時(shí)電路，其電路設(shè)計(jì)將在后面進(jìn)行介紹；為了實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電與弱電之間隔離，采用光電隔離電路。系統(tǒng)中還選用了SSR(

48、固態(tài)繼電器)隔離單片機(jī)和水下照明燈，它是一種通斷電子開關(guān),沒有接觸點(diǎn)的四端有源元件，兩個(gè)輸入端和兩個(gè)端。輸入和輸出之間為光電隔離。當(dāng)在輸入控制端輸入的直流或者脈沖信號(hào)達(dá)到特定電流值時(shí)，輸出端就能從阻斷狀態(tài)變成導(dǎo)通狀態(tài)，因此可以控制較大負(fù)載[7]。雖然整個(gè)元器件在動(dòng)作過程中沒有機(jī)械接觸部件，但是它的功能和常用的機(jī)械式電磁繼電器幾乎沒有區(qū)別。與普通繼電器相比，固態(tài)繼電器具有與邏輯電路兼容性強(qiáng)、輸入功率小、靈敏度高、電磁干擾小、轉(zhuǎn)換快速等一系

49、列優(yōu)點(diǎn)，有逐步取代傳統(tǒng)電磁繼電器之勢(shì)，而且可以進(jìn)一步擴(kuò)展到傳統(tǒng)電磁繼電器無法應(yīng)用的計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域?，F(xiàn)將上文所述方案轉(zhuǎn)變成硬件電路圖即控制系統(tǒng)原理圖，并用電路繪圖軟件Altium Designer繪制出來，詳見本設(shè)計(jì)說明書附錄1。</p><p>　　Altium Designer是由Protel Technology公司推出的用于EDA(電路設(shè)計(jì)自動(dòng)化)的軟件。這套軟件是一套完整的板卡級(jí)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)了在單個(gè)應(yīng)

50、用程序的集成，能夠支持整個(gè)設(shè)計(jì)過程。利用這個(gè)軟件可以幫助工程師完成原理圖設(shè)計(jì)、PCB（印刷電路板）設(shè)計(jì)、電路系統(tǒng)仿真和可編程邏輯器件設(shè)計(jì)等工作。</p><p>　　3.3.2 接口芯片與單片機(jī)連接</p><p>　　可編程RAM/IO接口芯片8155片內(nèi)有256字節(jié)的RAM、14位定時(shí)/計(jì)數(shù)器以及三個(gè)并行I/O口,即A口、B口和C口,其中C口只有6位。A口、B口既可以作為基本I/O口

51、，也可作為選通I/O口；C口除可以作為基本I/O口外，還可以用作A口、B口的應(yīng)答控制聯(lián)絡(luò)線。此外，8155內(nèi)部還有一個(gè)控制寄存器組，用來存放控制命令。</p><p>　　芯片8155可以和8751單片機(jī)直接相連，圖3.4是8155和51系列單片機(jī)連接的一種基本方法。圖中采用線選法、部分譯碼，將P2.2和CE相連，P2.0與IO/M相連，8155的AD0～AD7直接接至P0口，兩者的ALE、RD和WR可直接相連,

52、REST和P2.1口相連，減少復(fù)位電路，節(jié)約設(shè)計(jì)成本。</p><p>　　圖3.4 8155和MCS-51的接線方法</p><p>　　于是根據(jù)下面兩個(gè)表可以寫出8155的RAM和各端口地址及命令字。即：</p><p>　　RAM地址：000H～00FFH 命令口：0100H</p><p>　　PA口: 0

53、101H PB口：0102H</p><p>　　PC口：0103H 命令字：0FH</p><p>　　8155的初始化程序如下：</p><p>　　CLR P2.1 ；8155復(fù)位</p><p>　　SETB P

54、2.1 </p><p>　　CLR P2.1</p><p>　　SETB P2.0 ；8155IO/M=1選擇使用在輸出輸入口</p><p>　　MOV DPTR，#100H ；命令/狀態(tài)寄存器地址100H（指向命令口）</p><p>　　MOV A

55、,#0FH ；設(shè)定命令/狀態(tài)寄存器PA，PB，PC為輸出</p><p>　　MOVX @DPTR，A ；寫入命令字</p><p>　　表3.1 8155端口地址表</p><p>　　表3.2 8155命令字表</p><p>　　3.3.3 變頻器選型</p><p&

56、gt;　　從異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式，可見異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有三種，即改變電動(dòng)機(jī)定子繞組極對(duì)數(shù)p、供電電源頻率f、及電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率s 。在上述調(diào)速中，改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速效率低，變頻調(diào) 速具有轉(zhuǎn)差率有限、效率高、范圍寬和精度大的特點(diǎn)。因此變頻調(diào)速是交流電動(dòng)機(jī)一種很好的調(diào)速方法。</p><p>　　依照本設(shè)計(jì)的要求，需要利用音樂的音頻信號(hào)控制變頻器，然而音頻信號(hào)屬于交流電壓信號(hào)，功率很小，必須經(jīng)過整流濾波穩(wěn)壓輸出直流電壓

57、信號(hào)，但是該信號(hào)依然非常微弱，因此需要對(duì)該信號(hào)進(jìn)行功率放大，輸出0～5V的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)，以次實(shí)現(xiàn)音頻信號(hào)對(duì)變頻器的控制[9]。為了實(shí)現(xiàn)控制目的，下面簡要介紹下通用變頻器.</p><p>　　變頻器是用于控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備，顧名思義，它是通過改變電動(dòng)機(jī)工作電源的頻率來實(shí)現(xiàn)該功能的，其基本電路如圖3.5所示。變頻器靠內(nèi)部IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）的開斷調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來提供

58、其所需要的電源電壓。 </p><p>　　因?yàn)閱纹瑱C(jī)輸出的是數(shù)字信號(hào)，所以可以直接選用具有數(shù)字輸入的變頻器，但是一般的變頻器不能與單片機(jī)直接相連，需要在他們之間增加強(qiáng)電弱電隔離電路。為了使電路設(shè)計(jì)簡單、容易理解，經(jīng)查閱資料，在市場(chǎng)上帶隔離功能的數(shù)字輸入的變頻器，因此可直接選用這

59、種變頻器，這樣就使得硬件電路結(jié)構(gòu)簡單，減少各硬件電路之間的干擾和時(shí)間延遲，以保證音樂放音和花形及流量的同步控制動(dòng)作。</p><p>　　圖3.5 變頻器基本電路</p><p>　　根據(jù)變頻器的選用原則：變頻器的輸出功率和電流選擇必須等于或大于被驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)的功率和電流[11]。變頻器在選型時(shí)主要考慮變頻器容量的大小，變頻器的容量由多種因素影響，其中，影響最大的當(dāng)屬電機(jī)的額定電流。下面進(jìn)

60、行變頻器選型計(jì)算。在本設(shè)計(jì)中變頻器只需驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電機(jī)，而對(duì)于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的變頻器必須滿足下列3項(xiàng)計(jì)算公式：</p><p>　　下面進(jìn)行變頻器選型計(jì)算。在本設(shè)計(jì)中變頻器只需驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電機(jī)，而對(duì)于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的變頻器必須滿足下列3項(xiàng)計(jì)算公式：</p><p><b>　　滿足負(fù)載要求輸出：</b></p><p><b>　　式（3.1）</

61、b></p><p><b>　　滿足電動(dòng)機(jī)容量：</b></p><p><b>　　式（3.2）</b></p><p><b>　　滿足電動(dòng)機(jī)電流：</b></p><p><b>　　式（3.3）</b></p><p&g

62、t;　　式中：PCM-變頻器的容量、PM -負(fù)載要求的電動(dòng)機(jī)輸出功率、UE-額定電壓、IE-額定電流、η-動(dòng)機(jī)的效率、-電動(dòng)機(jī)功率因素、K-電流波形補(bǔ)償系數(shù)，由于變頻器的輸出波形不是完全的正弦，而含有高次諧波的成分，其電流應(yīng)有所增加[10]。對(duì)于PWM控制方式的變頻器，K的取值為1.05～1.1。</p><p>　　根據(jù)以上條件可選擇西門子的MICROMASTE 440通用型的變頻器,其相關(guān)參數(shù)如表3.3所示。

63、對(duì)于表中加、減速時(shí)間，本設(shè)計(jì)擬采用0.1秒以提高變頻器響應(yīng)速度，使之匹配相鄰音符的最小間隔時(shí)間；如果將加、減速時(shí)間設(shè)定值過大，相鄰音符變換時(shí)，變頻器的反應(yīng)就會(huì)變得遲鈍，這是因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)只在揚(yáng)聲器和水下照明燈之前加了延時(shí)電路，故不能直接對(duì)變頻器進(jìn)行延時(shí)處理，所以將變頻器的加減速時(shí)間設(shè)定比較小的值。 </p><p>　　表3.3 MICROMASTE 440變頻器的參數(shù)</p><p>　　

64、根據(jù)前面控制功能分析可知變頻器要實(shí)現(xiàn)八種電機(jī)速度，由于最高轉(zhuǎn)速時(shí)為2860r/min，而在噴泉的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就以最高速設(shè)計(jì)的。那么最高速時(shí)電機(jī)接受正常的供電頻率為50Hz；最低轉(zhuǎn)速時(shí)為357.5r/min，那么變頻器輸出頻率就為6.25Hz；由于考慮到制動(dòng)的原因，制動(dòng)前應(yīng)把速度減到較低的速度，可設(shè)置這個(gè)頻率為6.25Hz。</p><p><b>　　電磁閥驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)</b></p

65、><p>　　電磁閥最常用于電磁控制領(lǐng)域，用在工控系統(tǒng)中調(diào)整介質(zhì)的流量、方向、壓力等參數(shù)。在保證精度和靈活性的前提下，電磁閥配合不同的電路實(shí)現(xiàn)預(yù)期的控制。電磁閥種類繁多，類型相異的電磁閥在工控系統(tǒng)的不同位置發(fā)揮迥然不同的作用。</p><p>　　在電磁閥選擇時(shí)要綜合考慮下面幾個(gè)方面：適用性、可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性等方面。安裝時(shí)要注意電磁閥應(yīng)垂直向上安裝，在額定電壓15%-10%波動(dòng)范圍內(nèi)正常

66、工作。本課題設(shè)計(jì)電磁閥的驅(qū)動(dòng)電路如圖3.6所示，在電磁閥前面設(shè)計(jì)了光電隔離電路，實(shí)現(xiàn)了電磁閥的控制不受其他電路的影響和提高單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力的功能。</p><p>　　圖3.6 電磁閥驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　3.4 硬件延時(shí)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　為了達(dá)到音樂播放和噴頭噴射水柱達(dá)到同步的要求，設(shè)計(jì)中必須進(jìn)行延時(shí)計(jì)算。但是，這種同步并不全是完全的同步，只

67、是從技術(shù)上減小了聽覺和視覺之間的差異。因此，延時(shí)計(jì)算是及其重要的，這將決定硬件延時(shí)電路延遲時(shí)間的設(shè)定。</p><p>　　從上文的設(shè)計(jì)可知，水流經(jīng)水管流至噴頭的過程中，不僅存在沿程損失，而且在噴頭處和水管管徑變化處存在沖擊。在電磁閥啟動(dòng)或者關(guān)閉時(shí)，水流突然運(yùn)動(dòng)或者停止都會(huì)導(dǎo)致動(dòng)能向壓力能的瞬間轉(zhuǎn)變。因此，理論上水流到達(dá)噴頭處所花費(fèi)的時(shí)間比實(shí)際到達(dá)所用時(shí)間小，兩者間的時(shí)間差就是產(chǎn)生沖擊的時(shí)間。</p>

68、<p>　　從前文的說明可知，變頻器反應(yīng)(tp)、水泵動(dòng)作(tb)、電磁閥開閉(tf)和產(chǎn)生沖擊（tc）都會(huì)產(chǎn)生延時(shí)，因此延時(shí)計(jì)算要包括以上幾方面。</p><p>　　經(jīng)計(jì)算得總的延遲時(shí)間為：</p><p>　　下面介紹硬件延時(shí)電路設(shè)計(jì)方案。為了使播放音樂、控制變頻器和變換花型同步動(dòng)作，必須要進(jìn)行延時(shí)電路設(shè)計(jì)。但是同時(shí)用軟件控制無法滿足上述要求，故需要設(shè)計(jì)硬件延時(shí)電路。&

69、lt;/p><p>　　在本設(shè)計(jì)中采用數(shù)字式長延時(shí)電路,電路如圖3.7所示。因?yàn)闆]有用到電容和阻抗很高的電路，所以具有延時(shí)精度高，延時(shí)范圍寬等特點(diǎn)。該電路以MC14521B集成塊為核心，將觸發(fā)輸入端接地或者不加任何信號(hào)，電路進(jìn)入延時(shí)狀態(tài)，通過三刀開關(guān)與不同觸點(diǎn)的接通和阻值100K?可變電阻器來調(diào)整延時(shí)范圍。當(dāng)用容量不同的電容替換39Pf電容，可以進(jìn)行更長或者更短的延時(shí)。如果在觸發(fā)輸出端加正信號(hào)，4521B內(nèi)的分頻器復(fù)

70、位。要使延時(shí)穩(wěn)定可靠，一般采用6～15V的穩(wěn)壓電源供電。由總的延遲時(shí)間的計(jì)算知，該電路的延遲時(shí)間為0.357s，所以應(yīng)將39nF的電容換成13nF。</p><p>　　圖3.7硬件延時(shí)電路</p><p>　　4 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　系統(tǒng)工作流程</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的音樂噴泉

71、控制系統(tǒng)具備以下功能：</p><p>　　音樂播放：將預(yù)存音樂控制碼，經(jīng)處理后，通過延時(shí)電路驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器播放樂曲。由于燈光和揚(yáng)聲器共用相同的I/O口，燈光將由固態(tài)繼電器SSR驅(qū)動(dòng)同步變化。</p><p>　　按鍵功能：采用了點(diǎn)動(dòng)觸發(fā)按鈕。從附錄1中硬件電路原理圖可以看出，按鍵S3 、S4 、S5時(shí)為高電平觸發(fā)，如圖4.1所示。</p><p>　　花形控制：花型控

72、制包括大小和形狀的控制。其控制過程為：系統(tǒng)啟動(dòng)后，系統(tǒng)自動(dòng)自檢，等待動(dòng)作命令；若為正常按鍵（一個(gè)瞬時(shí)一個(gè)按鍵），則進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作，否則視為錯(cuò)誤命令，系統(tǒng)報(bào)警。自檢完成系統(tǒng)正常，依次執(zhí)行軟件動(dòng)作，當(dāng)按下停止或復(fù)位命令時(shí)，系統(tǒng)結(jié)束所有動(dòng)作。</p><p>　　圖4.1 按鍵連接電路</p><p>　　4.2 系統(tǒng)資源分配</p><p>　　為了便于程序編寫，先對(duì)

73、系統(tǒng)的資源分配加以說明。</p><p>　　定時(shí)器：定時(shí)器采用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器（簡稱T/C），TMOD(定時(shí)器工作方式寄存器)用于選擇定時(shí)器的工作方式，它的高4位控制定時(shí)器T1，低4位控制定時(shí)器T0。然后令T/C工作在計(jì)時(shí)模式下，通過改變TH0和TL0的計(jì)數(shù)值從而產(chǎn)生不同的頻率也就產(chǎn)生不同的音節(jié)。</p><p>　　片內(nèi)RAM及標(biāo)志位的分配與定義如表4.1所示。</p&g

74、t;<p>　　表4.1 8751單片機(jī)片內(nèi)RAM及標(biāo)志分配表</p><p>　　4.3 音樂控制碼的編制</p><p>　　本設(shè)計(jì)選用兩首歌曲《茉莉花》和《蘭花草》程序，程序見附錄3音樂程序模塊。</p><p>　　音頻脈沖的產(chǎn)生，首先要計(jì)算出音頻的周期（1/f），然后將周期乘以1/2。采用定時(shí)器計(jì)時(shí)半周期時(shí)間的方法，計(jì)時(shí)終止立即對(duì)P1.7

75、取反相，重復(fù)上述過程,就可在P1.7引腳上得到此頻率的脈沖。利用8751的內(nèi)部定時(shí)器使其工作計(jì)數(shù)器模式（MODE1）下，改變計(jì)數(shù)值TH0及TL0以產(chǎn)生不同頻率的方法產(chǎn)生不同音階，例如，頻率370Hz音符周期T＝1/370＝2703μs，因此只要令計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)1351μs/1μs=1351，每計(jì)數(shù)1351次時(shí)將P1.7反相，就可得到中音FA（370Hz）。計(jì)數(shù)脈沖值與頻率的關(guān)系是： （N-計(jì)數(shù)值，fi-機(jī)器頻率，fr-想要頻率）。C調(diào)各音符

76、頻率與計(jì)數(shù)值T的對(duì)照表如表4.2所示。計(jì)數(shù)初值T的算法：。</p><p>　　表4.2 C調(diào)各音符頻率與計(jì)數(shù)值T的對(duì)照表</p><p>　　在單片機(jī)片內(nèi)一個(gè)音符占據(jù)一個(gè)字節(jié)，音符高低對(duì)應(yīng)字節(jié)的高四位，音符節(jié)拍對(duì)應(yīng)字節(jié)的低四位，表4.3節(jié)拍與節(jié)拍碼的對(duì)照。假如某拍為0.8秒，那么1/4拍是0.2秒，節(jié)拍時(shí)間通過設(shè)定延遲時(shí)間來求出來。例如，1/4拍的節(jié)拍時(shí)間為DELAY，那么相應(yīng)的1拍為

77、4DELAY，以此類推。因此，如果計(jì)算出1/4拍的延遲時(shí)間，剩余節(jié)拍的時(shí)間就是它的n倍（n為整數(shù)），如表4.4為1/4和1/8節(jié)拍的時(shí)間設(shè)定。</p><p>　　表4.3 節(jié)拍與節(jié)拍碼的對(duì)照</p><p>　　表4.4 各調(diào)1/4節(jié)拍的時(shí)間設(shè)定 各調(diào)1/8節(jié)拍的時(shí)間設(shè)定 </p><p>　　表4.5簡譜對(duì)應(yīng)的簡譜碼、T值</p>&l

78、t;p>　　根據(jù)表4.2所示內(nèi)容將樂譜的音符建立T值表的順序表，然后把T值表建立在TABLE1，構(gòu)成發(fā)音符的計(jì)數(shù)值放在TABLE中；簡碼（音符，參照表4.5）為高4位，節(jié)拍（節(jié)拍數(shù)，參考表4.3）為低4位，音符節(jié)拍碼放在程序的“TABLE”處[16]。</p><p><b>　　4.4 軟件流程</b></p><p>　　依據(jù)前文介紹的硬件系統(tǒng)工作流程，將

79、軟件設(shè)計(jì)分為下面兩個(gè)模塊：首先，主程序包括系統(tǒng)初始化和按鍵檢測(cè)，按鍵自檢是指檢測(cè)是否有相應(yīng)的按鍵操作，以便程序執(zhí)行正常。其次是花型控制?；ㄐ涂刂屏鞒淌侨〉没ㄐ涂刂谱?，輸送到8155芯片的PA、PB端口，開啟或者關(guān)閉電磁閥。其中花型的變換采用循環(huán)的方式，每間隔大概5秒循環(huán)一次。通過單片機(jī)時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)計(jì)算可知，單片機(jī)的機(jī)器周期（一個(gè)節(jié)拍的時(shí)間）為0.4秒，也就是說相鄰音符之間的間隔為0.4秒，所以每經(jīng)過大概13個(gè)音符花型改變一次。因此軟件

80、設(shè)計(jì)可以通過計(jì)算音符數(shù)來調(diào)用花型程序。根據(jù)控制系統(tǒng)原理圖設(shè)置PA、PB各個(gè)端口的狀態(tài)，獲得以下程序控制字。</p><p>　　圖4.2 主程序流程圖</p><p><b>　　5 結(jié) 論</b></p><p>　　噴泉作為水景設(shè)計(jì)的重要表現(xiàn)形式，噴泉的廣泛建造不僅給人們的生活添加些許情趣，而且向著種類豐富、造型美觀、花型靈活的音樂噴泉發(fā)

81、展。同時(shí)得益于燈光藝術(shù)的襯托，噴泉更加絢麗引人注目。音樂噴泉的設(shè)計(jì)研究擁有很大的發(fā)展?jié)摿?，?dāng)代的高新技術(shù)被廣泛應(yīng)用。在本設(shè)計(jì)中，我僅僅對(duì)音樂噴泉的初步設(shè)計(jì)與研究進(jìn)行闡述。關(guān)于提高節(jié)拍和噴泉同步精確性的問題，需要對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行全面考慮，包括樂譜的識(shí)別提取、延時(shí)計(jì)算等。</p><p>　　本文設(shè)計(jì)的音樂噴泉控制系統(tǒng)是大學(xué)校園廣場(chǎng)和酒店門口用的小型音樂噴泉。基于控制系統(tǒng)簡單廉價(jià)的原則，在設(shè)計(jì)中采用把音樂延遲播放的方法

82、解決音樂和噴泉同步的問題，這種方法與造價(jià)高昂、設(shè)備完善的大型音樂噴泉正好相反。雖然解決了同步性的問題，但系統(tǒng)還存在不少問題，最顯著的是只能播放音樂的曲調(diào)，因?yàn)橄到y(tǒng)是利用單片機(jī)產(chǎn)生的PWM波信號(hào)控制揚(yáng)聲器發(fā)音的。</p><p>　　在未來隨著技術(shù)的成熟，小型音樂噴泉新產(chǎn)品會(huì)越來越多，下一步的發(fā)展也將變得更加廣闊，將建立音樂噴泉系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)采集和數(shù)字處理模塊。</p><p><b>

83、;　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　毛培琳.噴泉設(shè)計(jì)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社.1990.</p><p>　　程憲平.機(jī)電傳動(dòng)與控制[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社.2010.9.</p><p>　　王淵峰，戴旭輝.電路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)教程[M].北京：科學(xué)出版社.2011.11.</p><p>　　余錫存，曹國華.單

84、片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].西安：電子科技大學(xué)出版社.1999.</p><p>　　張毅坤，梁莉，陳善久.單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用[M].西安：電子科技大學(xué)出版社.2013.2.</p><p>　　周峰.基于單片機(jī)的音樂噴泉系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J] . 內(nèi)江科技, 2013，34（11）.</p><p>　　張毅剛.單片機(jī)控制固態(tài)繼電器SSR的簡單方法[J].電子查詢網(wǎng)2

85、006第6期.</p><p>　　石小和.我國音樂噴泉控制系統(tǒng)研究進(jìn)展[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用2014年20期.</p><p>　　王蓮濤.變頻控制系統(tǒng)在音樂噴泉中的應(yīng)用[D].電子世界2005第7期.</p><p>　　魏世化.變頻器在音樂噴泉控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].變頻世界2006年第2期.</p><p>　　王延才，王偉.變頻器原

86、理及應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社.2005.</p><p>　　李光飛，樓然苗.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)例指導(dǎo)[M].北京航空航天大學(xué)出版社.2004.</p><p>　　博景源.單片機(jī)音樂演奏控制器設(shè)計(jì)[J].電子世界2003第10期.</p><p>　　張均，廖建波.小型音樂噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).1999,21(4).</p><p

87、>　　張長軍，王連濤.單片機(jī)控制在音樂噴泉中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)2006年第10期.</p><p>　　吳金戎，沈慶陽．8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用[T].北京：清華大學(xué)出版社2002： 124-130.</p><p>　　劉莉宏.基于音樂特征識(shí)別的音樂噴泉智能控制系統(tǒng)的研究.北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào).2009,8（4）.</p><p>　　Vic

88、tor P. Nelson , Digital Logical Circuits Analysis ＆Design [J]. Prentice Hall , 2003（6），40-94.</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　光陰荏苒，大學(xué)四年的生活即將結(jié)束，我們也要踏入社會(huì)的洪流之中。在此，向在校期間對(duì)我進(jìn)行諄諄教誨的老師表示衷心的感謝和

89、祝福。在大四后半學(xué)年，在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，苦和樂交織在一起?，F(xiàn)在畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我對(duì)單片機(jī)的工作原理和控制程序的編制有了深入了解和實(shí)踐。</p><p>　　在這個(gè)過程中我收獲很多，體會(huì)到知行合一的重要性。一個(gè)優(yōu)秀的畢業(yè)設(shè)計(jì)，僅依靠個(gè)人的力量是很難完成，因?yàn)槟憧倳?huì)遇見這樣那樣的困難，但導(dǎo)師同學(xué)的一個(gè)提示、一個(gè)引導(dǎo)卻可以讓你豁然開朗，茅塞頓開。在這次設(shè)計(jì)的過程，我對(duì)此深有體會(huì)。同時(shí)我也深刻領(lǐng)悟到

90、了團(tuán)隊(duì)精神的重要性。</p><p>　　在此，我由衷的向我的指導(dǎo)老師張煥梅表示感謝。張老師在我設(shè)計(jì)期間給了我莫大的幫助，為我的設(shè)計(jì)付出了大量的心血和汗水，是她的監(jiān)督和引導(dǎo)才使我能夠如期完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。最后，我要向百忙之中抽出時(shí)間對(duì)我的設(shè)計(jì)進(jìn)行審閱、評(píng)議和參與本人設(shè)計(jì)答辯的各位老師表示感謝。在設(shè)計(jì)中存在的各種問題，還請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。</p><p>　　附錄1電器接線圖和硬件原理圖<

91、;/p><p><b>　　附錄2程序清單</b></p><p><b>　　控制程序：</b></p><p>　　ORG 0000H</p><p><b>　　AJMP CSH</b></p><p>　　ORG 000BH</p>

92、<p><b>　　LJMP TIM0</b></p><p>　　………………………………………………………………………</p><p>　　************ T0、8155、P1口初始化 ************</p><p>　　………………………………………………………………………</p><

93、p>　　ORG 0030H</p><p>　　CSH： MOV R0，#7FH</p><p>　　CSH1： MOV @R0, #00H</p><p>　　DJNZ R0, CSH1</p><p>　　MOV SP,#60H</p><p>　　MOV TMOD，#01H<

94、;/p><p>　　CLR TCON.1</p><p>　　SETB IE.1</p><p><b>　　SETB PT0</b></p><p>　　CLR P2.1</p><p>　　SETB P2.1</p><p>　　CLR P2.1</

95、p><p>　　SETB P2.0</p><p>　　MOV DPTR，#100H</p><p>　　MOV A，#0FH</p><p>　　MOVX @DPTR, A</p><p>　　………………………………………………………………………</p><p>　　********

96、********* 掃鍵程序 *****************</p><p>　　………………………………………………………………………</p><p>　　WAIT: NOP </p><p>　　MOV P1，#0FH</p><p>　　JNB P1.0，JPZZ1</p><p>　　JNB

97、 P1.1，JPZZ2</p><p>　　JNB P1.2，XUNHUAN</p><p>　　MOV 5CH，#00H</p><p>　　AJMP MAIN</p><p>　　JPZZ1： MOV 5CH，#00H</p><p>　　MOV 20H，P1.0</p>&l

98、t;p>　　SETB P1.0</p><p>　　AJMP MAIN</p><p>　　JPZZ2： MOV 5CH，#57H</p><p>　　MOV 20H，P1.1</p><p>　　SETB P1.1</p><p>　　AJMP MAIN</p><

99、p>　　XUNHUAN：MOV 5CH，#00H </p><p>　　MOV 21H，P1.2</p><p>　　SETB P1.2</p><p>　　AJMP MAIN</p><p>　　………………………………………………………………………</p><p>　　************

100、*** 主程序 ***************</p><p>　　………………………………………………………………………</p><p>　　MAIN: MOV 22H,#00H</p><p>　　MAIN0： LCALL DCF</p><p>　　MSD： MOV A，5CH</p><

101、p>　　MOV DPTR，#TABLE</p><p>　　MOVC A，@A+DPTR</p><p>　　MOV R5，A</p><p>　　JZ END1</p><p>　　ANL A，#0FH</p><p>　　MOV R6，A</p><p&

102、gt;　　MOV A，R5</p><p><b>　　SWAP A</b></p><p>　　ANL A，#0FH</p><p>　　JNZ BQYU</p><p>　　CLR TR0</p><p><b>　　AJMP D1</b>

103、</p><p>　　………………………………………………………………………</p><p>　　************ 花型子程序 ************</p><p>　　………………………………………………………………………</p><p>　　DCF: MOV 23H, # 13</p><p>

104、　　MOV A, 22H</p><p><b>　　RL A</b></p><p>　　MOV DPTR, #DCFB</p><p>　　MOVC A, @ A + DPTR</p><p>　　MOV 25H, A</p><p>　　MOV A, 22H</p><p

105、><b>　　RL A</b></p><p><b>　　INC A</b></p><p>　　MOVC A, @ A + DPTR</p><p>　　MOV 24H, A</p><p><b>　　PUSH A</b></p><p>&

106、lt;b>　　PUSH PSW</b></p><p>　　MOV A, 25H</p><p>　　MOV DPTR, # 102H</p><p>　　MOVX @ DPTR, A</p><p>　　MOV A, 24H</p><p>　　MOV DPTR, # 101H</p>

107、<p>　　MOVX @ DPTR, A</p><p><b>　　POP A</b></p><p><b>　　POP PSW</b></p><p><b>　　RET</b></p><p>　　………………………………………………………………………<

108、;/p><p>　　************ 音符計(jì)數(shù)值 ************</p><p>　　………………………………………………………………………</p><p>　　TABLE1: DW 64021, 64103, 64260, 64400</p><p>　　DW 64524, 64580, 64684, 64777</p&

109、gt;<p>　　DW 64820, 64898, 64968, 65030</p><p><b>　　DW 64943</b></p><p>　　………………………………………………………………………</p><p>　　************ 簡譜碼值表 ************</p><p>

110、　　………………………………………………………………………</p><p><b>　　TABLE:</b></p><p><b>　　; [ 00 ]</b></p><p>　　DB 94H, 84H, 94H, 0B4H</p><p>　　DB 64H, 84H, 98H, 82H, 92

111、H</p><p>　　DB 0BCH, 84H, 92H, 0B2H</p><p>　　DB 8CH, 04H</p><p>　　DB 0B4H, 0A4H, 0B4H, 0C4H</p><p><b>　　; [ 19 ]</b></p><p>　　DB 64H, 84H, 94H,

112、082H, 92H</p><p>　　DB 0BCH, 84H, 92H, 0B2H</p><p>　　DB 8CH, 04H</p><p>　　DB 84H, 64H, 8FH</p><p>　　DB 8CH, 0F6H, 0F2H, 0F2H, 64H, 84H</p><p><b>　　; [

113、 39 ]</b></p><p>　　DB 94H, 0BAH, 92H, 85H</p><p>　　DB 54H, 44H, 0C4H, 0C 4H</p><p>　　DB 68H, 82H, 64H, 54H</p><p>　　DB 4FH, 54H, 64H</p><p>　　DB 44H,