音乐彩灯的设计

音乐彩灯的设计

摘要

本文基于计算机控制系统和音乐彩灯控制特点，使用音乐彩灯控制系统的分层控制结构。

系统的上位机采用工业PC几控制板卡输出和下层结构，中间级采用单片机控制跑马灯的变化；现场级采用电控柜和驱动板来控制彩灯、电机等执行元件。

采用矩阵式控制原理，即开关量输出控制就是将一组一维的空间变量按照时间间隔输出的过程，完成对跑马灯和开关板的控制。

为实现灯形变化和音乐的同步，首先对音乐作品的节拍、旋律等音乐要素进行理论分析，在作品曲式结构分析的基础上对音乐进行分段；并且同过找音乐与灯光对应关系（主要是二者之间表达的感情之间的联系），最终利用软件把不同的音乐旋律、节拍等特征匹配不同类型的灯光变化和彩灯颜色，从而实现灯形变化和音乐的协调控制。

关键词：计算机控制，矩阵控制，波形文件，音乐彩灯

Music Lantern Design

Abstract

Based on the computer control system control features lights and music, music lights control system using the hierarchical control structure.

Systems using industrial PC host computer control boards of several output and lower structures, the middle-level changes using SCM Marquee; field level by cabinet and the driver board to control lights, motors and other actuators.

Using matrix control theory, which switch output control is a set of one-dimensional space variable output in accordance with the process time interval to complete the marquee and switch board control.

Shape changes to achieve the light and music synchronization, the first beat of the music, melodies and other elements of music theory, musical structure in the works based on the analysis carried out on the music section; and had to find the same correspondence between music and light ( between the two main link between the expression of feelings), and ultimately use the software to different music melodies, rhythms and other characteristics match the different types of lighting changes and lights color, light shape change and to achieve coordinated control of music.

Keywords: computer control, matrix control, wave files, music, light

目录

摘要 ............................................................. I Abstract .......................................................... II 目录 . (i)

第1章绪论 (1)

1.1 灯光艺术的发展历史 (1)

1.1.1 从客观存在到人工照明 (1)

1.1.2 可控光的启蒙 (1)

1.1.3 光的审美功能的实现 (2)

1.2 电气时代设备的多样化发展 (2)

第2章硬件电路设计 (3)

2.1总体方案设计 (3)

2.1.1 现场灯的类形和分布 (3)

2.1.2 硬件结构功能 (4)

2.1.3 控制对象的选择 (4)

2.1.4 系统方案的选择 (5)

2.2 矩阵式控制原理 (7)

2.3 硬件结构 (7)

2.4 跑马灯控制器 (13)

第3章控制系统软件设计 (15)

3.1 软件工作流程 (15)

3.1.1 声音的产生 (16)

3.1.2 花形的产生 (16)

3.2 波形文件结构 (16)

3.2.1 RIFF文件格式 (17)

3.2.2 WAVE文件格式 (18)

3.3 音乐文件的分析 (24)

3.3.1 音的概念和性质 (24)

3.3.2 音乐的基本要素 (24)

3.3.3 音乐的曲式 (26)

3.3.4 《卡门序曲》 (27)

3.3.5《卡门序曲》波形曲线 (28)

3.4 基本灯形 (29)

3.4.1 灯光与音乐的对应关系 (29)

3.4.2 音乐要素表达的情感 (29)

3.4.3 灯光表达的情感 (32)

第4章灯光艺术的发展前景 (34)

4.1 舞台灯光 (34)

4.1.1 科技发展是舞台技术发展的必由之路 (34)

4.1.2 科技发展是舞台技术持续发展的核心动力 (35)

4.2 起居生活灯光 (35)

4.2.1 住宅灯光 (36)

4.2.2 酒店灯光 (37)

参考文献 (38)

致谢 (39)

附录1 (40)

附录2 (52)

第1章绪论

1.1灯光艺术的发展历史

人类认识事物总是从实际需要开始的，每当灯光技术有所前进或革新时，总是首先应用于生活当中，且仅仅作为日常照明工具来使用。其后才被其他领域所应用，随着时间的推进灯光技术的成熟，其应用领域的也不断的扩大，人们对灯光意识的要求也越来越高，审美诉求也越来越丰富。

1.1.1从客观存在到人工照明

公元前20世纪至公元13世纪，人们对光的理解主要来源于对自然世界的观察由于许多自然现象以当时的德科学水平无法做出清楚地解释，所以人们对于光的理解涉及到两个范畴：一是代表着神迹的自然光；二是日常生活中不可缺少的生活照明措施。随着科学的发展，特别是西方哲学家和科学家用各种研究方式对光进行剖析，于是发展出光学、人体功能学等自然学科范畴的理论，光的折射与衍射、透射等这些基础学科的研究位置后来的灯光在技术上的发展奠定了理论基础。而随着人类生活的实际需要逐步改进，从原始人类粗糙的火把，到利用各种油脂的可燃性制造的油灯，再到复合材质加工的提灯，最后到经过加工制成的蜡烛，其实用性和光源特性在各个领域一直沿用了数千年。

“神之光”与“人之光”在现在看来虽然都是“光”，但在当时却有着截然不同的现实意义，这无疑与当时社会的发展、美学思潮、哲学思潮以及科学的研究水平有着密切的关系。

从古至今光的最基本的功能——使事物可见。除去日常生活中的照明外，人们通过各种方式对灯光进行应用，如节日里的各种彩灯，舞台上华丽的灯光等。然而在相当一段长的时间里人们对灯光的认识里它只是完成照明任务，而没有意识到它的价值，特别是舞台上的灯光。在戏剧发展的十几个世纪中，人们只从实际出发使用这些光，在脑海中认为光智能照明，而不存在艺术价值。

1.1.2可控光的启蒙

“舞台灯光是戏剧演出中不可缺少的一个组成部分”这样的主观意识，在14世纪文艺复兴时期的意大利才初露端倪。

随着人们对艺术的追求与时代的进步，人们对自然和人体价值越来越重视，这是艺术家和科学家们对人和自然做出了新的评价，艺术不在为宗教服务，而科学也有了更为贴切实际需要的进展，光学的研究是人们对光有了更加客观的认识，并且制成了一些简单或者复杂的光学仪器，这些都为后来各种照明器材的发明铺平了道路；通过

科学家的不断发明与创新，人们对光的产生方式有更多的选择，特别是电的普及使得灯光艺术逐渐发展成为一门独立的学科。

1.1.3光的审美功能的实现

审美是除去照明以外灯光必须具备的第二个基本功能，不管是视觉的享受还是对事物及人物的体现都离不开灯光的点睛作用。几乎在所有有灯光应用的地方，设计师们总是绞尽脑汁寻求各种照明方法来控制光的效果，画面效果的美观与否已成为评价灯管效果的基础标注之一。可以说，审美功能的实现，是灯光艺术在其整个发展历史中迈上的第一个台阶。

随着科学的发展和人类的进步，瓦斯灯、灰光灯和弧光灯等化学照明设备已经取代了油灯和蜡烛。新技术带来的更为有效的光量输出以及更为丰富的灯光表现效果，价值化学照明设备的特性使对灯光的远程控制成为可能，艺术家们实现模拟自然光的愿望终于实现了。

1.2电气时代设备的多样化发展

科学发展的越为快速，人们对审美追求的跟迭越来越快，自从人类社会进入资本主义的发展阶段，现代工业文明改变了人与人之间的关系，他也改变了传统的生活方式，加速了生活节奏。在这样的社会条件下，灯光艺术在其所在的领域中从再现走向了表现。而此时灯光设备也越来越多样化和自动化，灯光设备的多样化使得灯光的表现形式也各有不同。科学的发展和人民对灯光效果的新要求导致了光源、灯具和控制设备的多样化：化学灯、白炽灯等不同输出效果的光源逐渐被分门别类的采用；泛光灯、聚光灯等灯具从不同角度的投射也被归为面光、脚光、逆光等光位，形成一定的表现规则和方法；从盐水调光器到电阻式调光器，控制设备在逐渐向着更便捷、可控性更高的方向发展。这些技术和理论的成形除了可以达到比先前更有效、更美观的照明目的和审美目的，在受到象征主义、立体主义等艺术思潮的影响后，灯光还具有了渲染气氛，抽象地表现人物心理特征的新功能。

新时期对电子设备和投影设备的探索使得灯光艺术的可利用手段更加多元化。为了得到更加多样的光束及光影效果，人们将聚光灯分为聚光效果的凸透镜聚光灯和柔光效果的螺纹聚光灯，通过调节焦距还可以得到不同光束角的光效；人们还通过对灯泡表面进行不同处理得到窄光束、柔光束、大面积很早名等不同的光效。

第2章硬件电路设计

2.1总体方案设计

总体方案的设计首先要明确用户对灯光控制系统的功能要求，还有就是根据自身的技术条件来设计。对于我们已经掌握的技术，能够实现的功能我们可以先应用在系统中；对于我们还没完全掌握的，不成熟的技术，我们可以先不放入系统，但要继续研究，等一定时间内完成后，再补充道系统中区。

2.1.1 现场灯的类形和分布

跑马灯

摇摆

彩灯

主

彩

灯

图2-1 现场灯得分布图

如上图2-1所示，图中显示了音乐彩灯所采用的主要彩灯形式和位置分布。主要包括以下几种类形：

主彩灯：在彩灯中央设计了一个主彩灯，是彩灯中变化的主要表现，随着音乐的变换而变化，带动现场的气氛。

摇摆彩灯：在主彩灯的外围设计了两圈摇摆彩灯。主彩灯变化时，许多摇摆彩灯在摇摆电机的作用下摆动，发射出的光线在音乐节奏的带动下能很好表现出特殊的艺术效果。

跑马灯：在摇摆彩灯的周围安装了两组跑马灯，在播放音乐时启动，两组彩灯以几十毫秒的时间间隔轮流闪烁，形成一种气势磅礴的动感效果。另外还能通过跑马的流动形成各种图案。

2.1.2 硬件结构功能

经过考虑，和自身情况。制定了此次音乐彩灯控制系统的方向：音乐彩灯控制系统的上位机有多媒体工业PC机组成的现场控制系统。该系统有音频与灯形的同步功能，能实现预编程曲目播放功能；自行识别乐曲旋律、节奏、乐感和音频的强弱度；以及全程实时音控功能。具体描述如下：

1) 手动功能：在灯光表演间歇时，可以点击鼠标独立打开关板上的开关控制灯形变换。用于设备调试和试运行等工作。

2）程序功能：如果需要有不同的作何造形变化，则可打开程序功能，使灯形按设定的程序变化，出现不同的造形，使人感受不同景色的美妙。

3）乐曲编辑功能：通过对音频信号的处理，绘制波形曲线，从而分析乐曲的各个音乐要素的主要特征。对人工编曲、音乐与灯形的同步起主导作用。

4）预编程序控制：灯光变换的主要表现形式。根据某一首乐曲的情感与意境，人工编制各种灯形、动作开关的开启和闭合，使灯光的表现与音乐的情感和意境相吻合。

2.1.3 控制对象的选择

音乐彩灯控制系统所要进行的工作，一是音乐播放，二是控制灯光表演动作；所要解决的主要问题是音乐和灯形变换同步的问题。

1.音乐：

(1)采用什么样的音乐播放方式，功率放大和扬声器等扩声系统。

(2)如何进行音乐信号处理，达到音乐和彩灯配合，音乐旋律和灯光状态，高度同步的要求。

2.彩灯：

(1)对于主彩灯：把输入的音乐信号分为高，中，低三个频段，分别控制彩灯的各种颜色，并让它们分别通过三个带通滤波器通道，得到了放大的音乐信号，再通过一个放大及整流电路，得到一个直流信号，最后利用一个光耦合电路，实现音乐对灯光的调节。

技术指标：

音乐信号分为三个频段，分别控制红、绿、蓝三种颜色的彩灯。

A)高频段控制灯变为蓝色。

B)中频段控制灯变为绿色。

C) 低频段控制灯变为红色。

D) 每组彩灯的亮度随各路输入信号的大小分八个等级。输入信号最大时，彩灯最亮。

(2) 对于跑马灯：需要在直接启动电磁阀和彩灯后，通过控制器快速的控制大量的电磁阀的开闭，使得彩灯已种方式进行变化，控制点数多，速度要求非常快。

(3) 对于摇摆彩灯：可通过电脑输出信号通过驱动板直接控制电机要被达到预期目的。

2.1.4 系统方案的选择

1) 音乐处理：

一种方案如图2-2所示，利用计算机软件直接播放声音WA VE 文件或MIDJ 文件，通过声卡输出到功率放大器，扬声器等扩声系统：同时，用软件对声音文件进行处理，编辑生成控制代码控制开关板输出到放大器，再到现场控制开关动作。此方法可以利用分析软件对声音文件直接进行分析，编曲，生成的控制文件更容易和乐曲同步，从而控制效果更好；而且随着计算机的发展，由16位声卡输出的音频信号已经能够达到CD 机播放的效果。

方案一

图2-2 声音文件作为音源的控制方式 方案二

音乐的处理有多种方式，一种较为传统的方式。由CD 音源发出信号道延时器，声源 CPU 控制软

件 开关板 外围设 备

灯形

功

放 音乐

延时后到功率放大器，在通过扩声系统到现场的扬声器播放。声音需要延时在播放出来，这是因为灯光变化的动作时经过一系列电子程控机械动作才表现出来，他比声音播放要缓慢0.3~0.5秒左右。

图2-3 CD 作为音乐源的控制方式

如图2-3所示，音乐信号还要经过变换电路放大、滤波、限幅和检波，变成与音乐幅度的对数比例的包络检波信号送到采集卡，通过A/D 转换成计算机可识别的信号，然后通过软件进行编曲生成控制文件，再由控制文件控制电磁阀动作。

这种方式优点是由CD 音源播放的乐曲效果非常好，现场感很强。缺点是声音信号通过A/D 转换后可能造成失真，生成的控制灯形的文件会有可能会有不同程度的变形。

2) 彩灯的处理

彩灯采用直接驱动开关板开光来那个输出的方式配合灯形变化：

1) 对于主彩灯：用变频器模拟信号控制，要计算机通过D/A 卡进行控制；

2) 对于摇摆彩灯：在控制光束转动的同时，可以通过直接驱动开关板控制摇摆电机动作；

3) 对于跑马灯：由于跑马灯控制点数多，要求响应速度快，采用分级控制，采用单片机制作的“跑马灯控制器”，计算机调用控制器中预存的灯形，要跑马灯控制器控制跑马灯的变化，达到控制灯形的变化；

由上可知，控制方式可归结为：

a) 开关量输出控制问题

b) 音乐编辑分析与灯形同步的问题；

c) 跑马灯控制器控制问题；

d) 变频器模拟量输出控制问题；

本次论文主要就前3个问题进行说明。

CD A/D CPU 控

制

软

件 开关 外围设 备 灯形

延迟 功放 扬声器 音乐

2.2 矩阵式控制原理

音乐彩灯开关量输出控制，从计算机的控制角度来看就是将一组一维的空间变量

{}12,,.........,n e e e e =按照T ?时间间隔顺序输出的过程。我们可以用一个控制矩阵ij A ????

来进行表述，如公式(2.1)：

111212122212.....................n n ij m m mn e e e e e e A e e e ????????=???????? （2.1）

对于控制矩阵处理是整个控制程序的核心，由于硬件驱动板卡为216?路输出，ij A ????的列数为16的整数倍。目前系统主控变量设计最大为256n =，行数数量不受限制。所以，控制矩阵最大可以做到256m ?,m 可以取任意自然数。实际控制矩阵中，行数m 时乐曲的播放时间和间隔T ?取值之比。

矩阵ij A ????中行代表音乐输出时间，第i 行元素对应某时间段T ?里一个确定控制输出点排列。T ?的取值范围是10ms~1s ，按1ms 间隔可调。

矩阵ij A ????中列代表输出地址码排列，

第j 列的每个元素对应控制该点部件的一个时间间隔为T ?的输出序列，于是ij A ????的每个元素ij A 对应第j 个被控件在第i 个时段

的输出状态，ij A =1为开始，反之为关闭。如果木夯元素全为零，表明此时段这个系统无输出，某列元素全为零表明该部件在工作时间无输出（可能是备用通道）。

一首乐曲有许多时间段T ?组成，这样可以在音乐同步播放时，用ij A ????控制开关量输出，就会形成不同灯形的变化。

矩阵控制原理在系统控制上的主要应用，在于音乐处理方面，乐曲编辑和生成控制文件的方法都是依据此原理。而且，在跑马灯控制器的软件设计方面也依据此原理。

2.3 硬件结构

根据设计本控制系统采用了分层控制结构。主控计算机作为上位机；二层中间级是跑马灯控制器，其作用是扩充控制点，能控制上百个跑马灯动作；第三层是位于现场的电控柜、驱动板，用来控制彩和电磁阀的执行元件。具体说明如下：

1 第一级：上位机是本控制系统的核心。由于现场电磁干扰很大，使用环境比

较恶劣，主机采用标准的工控机。上位机的任务是实现人机交互界面，播放音乐文件，对音频信号进行分析、处理，对下级输出模块进行操作和控制整个系统的启停等功能。为完成上位机对各类功能部件的控制，机箱内配置了声卡、D/A卡和多个开关量功率输出办，而且还要保证有足够的扩展能力。如下图所示，主板卡配置如下：

1.1声卡：选用标准16位声卡，通过其音频信号输出端子，给功率放大器输出信号，其输出效果相当于CD音频的效果。

1.2D/A卡：用来输出模拟信号控制变频调速器，12位的分辨率和100KHz的转换速率，输出控制信号幅度为0~10V，一般有8~16个通道，为提高抗干扰能力采用光电隔离输出。

1.3D/D卡：开关量输出卡，选用32位通道的光电隔离功率输出板，驱动能力达到24V，500mA，但是由于彩灯的设备都有三相的交流供电，所有后面还要加上一级固态继电器的驱动板来驱动220V的交流继电器或电磁阀门。

2中间级：对于如跑马灯的阀门和循环彩灯等花色比较单一、控制点数多、但要求响应速度又很快的输出量，采用下位机分级控制，即由主控机发出控制命令送至下位分机，再由分机根据接受的命令输出不同的花色信号来驱动阀门和彩灯。

3现场控制级

电气控制级是现场控制级的重要组成部分，它起到承上启下的作用，其接收电脑信号后通过内部继电器、接触器变换处理，使电机、彩灯做出相应的变化，从而达到预期的目的，勾画出一幅优美动人的花色画面，供人们观赏享受。

电控柜：主要功能是接收电脑输出的控制讯号，控制相应的彩灯、电机动作，对执行工况进行测量及指示。

驱动板：主要的功能是电脑输出的弱点控制信号置换成能与电器控制柜相连控制相应的功率继电器的信号，并具有光电隔离功能，以防止强电网络对控制微机的干扰。驱动器部分采用大功率固态继电器使系统运行无噪音、无触点、无火花、无电磁干扰，增加回路工作的可靠性，大大减少了主回路的故障，延长了使用寿命。

总体硬件原理图如图2-4所示：

图2-4 音乐彩灯总体硬件结构图 主彩灯控制器如图2-5所示：

图2-5 音乐彩灯主彩灯电路系统设计框图 驱动板 声

卡

D/A 卡 开关

板 开关板 开关板 V AG IPC CPU

键盘 显示器

功放

扬声

器 主彩灯控

制 彩灯摇摆电机

驱动板 驱动板 跑马灯控制器 跑马灯控制器 跑马灯 驱动板 变频器 电机 上位机 中间级 现场级

电气控制柜 高频段通道 中频段通道 低频段通道 放大器 放大器 放大器 整流 整流 整流 耦合 驱动器 耦合 驱动器 耦合 驱动器 音

乐

信号

双向 晶闸管 彩灯 双向 晶闸管 双向 晶闸管 彩灯 彩灯

1) 带通滤波器

带通滤波器是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器，与带阻滤波器的概念相对。一个模拟带通滤波器的例子是电阻-电感-电容电路(RLC circuit)。这些滤波器也可以用低通滤波器同高通滤波器组合来产生。

工作原理：

一个理想的滤波器应该有一个完全平坦的通带，例如在通带内没有增益或者衰减， 并且在通带之外所有频率都被完全衰减掉，另外，通带外的转换在极小的频率范围完成。实际上，并不存在理想的带通滤波器。滤波器并不能够将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉，尤其是在所要的通带外还有一个被衰减但是没有被隔离的范围。这通常称为滤波器的滚降现象，并且使用每十倍频的衰减幅度dB 来表示。通常，滤波器的设计尽量保证滚降范围越窄越好，这样滤波器的性能就与设计更加接近。然而，随着滚降范围越来越小，通带就变得不再平坦—开始出现―波纹‖。这种现象在通带的边缘处尤其明显，这种效应称为吉布斯现象。

除了电子学和信号处理领域之外，带通滤波器应用的一个例子是在大气科学领域，很常见的例子是使用带通滤波器过滤最近3到10天时间范围内的天气数据，这样在数据域中就只保留了作为扰动的气旋。

图2-6 带通滤波器

图2-6中，1A,2A 分别为低通和高通滤波器，二者串联构成带通滤波器，其上限截止频率取决于低通滤波器，下限截止频率取决于高通滤波器。

1h= 3.14152

F RC ? (2.2) ''1h= 3.14152

F R C ? (2.3)

根据技术指标中给定的截止频率，只要给出合理电容C ，C ′的值，即可求得电阻 R ，R ′的值。这样根据课题中的要求就得到了音乐信号的三个通道。图中低通滤波器和高通滤波器的增益可分别由式子（2.4），（2.5）决定。

11f R Ah R =+ (2.4)

'

'11f R Ah R =+ (2.5)

这样就得到了整个带通滤波器对音乐信号的放大增益。

在频带较低的剪切频率f1和较高的剪切频率f2之间是共振频率，这里滤波器的增益最大，滤波器的带宽就是f2和f1之间的差值。

2) 放大整流电路

图2-7 放大整流电路

如图2-7所示，3A,4A 可对信号实现放大功能，D1,D2为整流二极管整流。当3A 的同相输入端输入信号为正半周时D1导通并通过R2形成强的负反馈，使3A 工作在电压跟随状态，其输出为正。4A 的同相输入端通过 R4 接地，D2因反向而截止，4A 工作在电压跟随状态，其输出为零。当3A 的同相输入端输入负半周时，D1截止，D2导通，并通过R3与4A 串联组成两及极电压跟随器，使4A 为负半周波形。由于运用了理想运放的输入端虚断，虚短和开环放大倍数无限大的理论，时整流输出电压克服了二极死区电压的影响即使输入电压的幅度小于0.7V ，只要不为零，该电路就可以进行整流。音乐信号经整流后就会在RP 上形成于音乐信号的幅度成正比的直流电压。途中C1为滤波电容，以减小输出波形的脉动。

图2-8 灯光控制电路

以选用管压降小。工作频率高的锗管为宜，如2AP9.R2,R3 的作用主要是在输入正半波时，限制通过D1 流入4A 输出端的电流，这两个电阻的阻值应该在10k以上。D1 和C2 组成滤波电路，以减小整流电路的纹波电压，选C1 为10 uF ，R4 为20k。

3)灯光亮暗程度的控制（光耦合驱动电路）

如图2-8所示，在光耦合器的初级回路中接入三极管T1，来自音乐传感电路的音乐信号控制T1中电流的大小，信号越强，电流越大，经光耦的耦合使双向晶闸管的触发电路产生相应的相移，其导通角增大，这样流经灯的电流就会增加，灯的亮度就会增强。反之，信号越弱，双向晶闸管的导通角就越小，彩灯的亮度就会减小。这样才彩灯就会随音乐信号的强弱而闪烁，实现了音乐对灯光的调节。

光耦合器是一种完成电——光，光——电转换的器件，用在电压和阻抗不同的电路之间，抑制传输系统的噪声和消除接地回路的噪声，使电路得到简化。该器件反应快体积小，耐冲击。高速光耦合的基极引出端相当于天线，将会导致噪声增大，所以我们在这里使用无基极的光耦合器

4)直流稳压电源

220V的交流电压经变压，整流，滤波，稳压后得到稳定的直流电压。其电路图

如下：

图2-9 电源电路

2.4 跑马灯控制器

跑马灯是由多个顺序排列的彩灯组成，按时序点亮，可以构成各种形态的彩灯变换，可以形成跑动形态，又可构成跳变、流水、追逐等形态，还可以构成固定造形的花样，变化多端。

跑马灯的工作原理：

图2-11 跑马灯控制结构图

跑马灯控制器的工作原理是利用矩阵式控制原理，其结构如图2-11所示。当单片机接受到某一种控制信号后，按着设定的时间产生中断，然后顺序读取FLASHROM 芯片里的花形矩阵数据，再通过地址译码器分别锁存到输出口上，由外围驱动板通过固态继电器控制跑马灯。如果工控机向单片机发送不同的控制信号，就能快速地实现各种花形切换。花形控制信号由4位，共计16个状态，出0FH 作为停止信号之外，其余15个状态分别对应15种花样的矩阵，存储器采用64KB 的FLASHROM 芯片，驱动板 上

位

机 花型控制信号 光电隔离

单片机 地址分配 花型储存器

锁存器 串口

如果控制矩阵最大为256*256点，恰好4KB空间安放一种花形，单片机P1.0~P1.2口用于识别4位控制信号但同时也得到花形矩阵的分区地址代码。从FLASH相应地址空间调出花形数据，再通过地址分配电路，锁存到外围开关。

第3章 控制系统软件设计

控制系统的软件结构在整个音乐彩灯控制系统中是非常重要的环节。我们不但要实现音乐的播放，还要进行音乐的编辑工作，把声音转换成花形的控制代码。本章从控制软件流程入手，说明控制系统是徒河来完成对WA VE 波形文件分析处理，乐曲编辑工作的。

3.1 软件工作流程

声音 波形文件库 控制原理 输出地址码

信号处理 乐曲编辑 基本花形库

输出阵列

TXT 文件

主控调用

声卡输出 开关板输出

驱动板 驱动板

跑马灯控制

电控柜

功放 扬声器 灯形 图3-1 软件控制流程图

软件控制系统流程图如图3-1，具体说明如下：

3.1.1声音的产生

利用计算机软件直接播放声音WA VE文件或MIDI文件，通过声卡输出到功率放大器，扬声器等扩声系统

首先，建立波形文件库，作为音乐原始文件。预存若干“.WA V”文件，选择适合特定环境的乐曲，包含丰富的现代音乐、古典音乐、东西方名曲等。

主控程序，从文件库中读取声音文件，在程序中产生播放列表。用主控程序把文件列表内的声音文件调入内存，然后输出到声卡。同时对信号作延时处理保证与花形同步。有出错检查，故障提示功能。

声卡，通过声卡输出音频信号到功率放大器。

功放，通过功放把计算机输出的音频信号放大，增加混音效果处处到位于现场的扬声器。

扬声器，通过扬声器人们就能听到动听的音乐。

3.1.2花形的产生

花形产生过程相对复杂，要用软件对声音文件进行处理，利用矩阵式工作原理，编辑生成控制代码控制开关板输出到驱动放大器，在控制现场控制跑马灯的动作。

输出地址码，每一个开关、彩灯的控制，在开关板上都对应一个地址。由所有控制点组成了输出地址码表，对地址的操作就相当于对输出设备的操作。

音乐信号，利用分析软件把音乐波形文件编辑、分析，提取典型特征；按不同节奏、旋律分成若干段落。

乐曲编辑，依据矩阵控制理论，把所要的乐曲按照以特征为基础的时间段，结合输出地址码生成的基本花形，最终生成控制输出地址码的输出阵列TXT文件。

输出阵列文件，其包含以音乐特征为基础的输出阵列，即一组一维的输出地址码按照时间间隔顺序牌类的文件格式。

主控调用，在程序菜单中可以选择不同乐曲清单，播放乐曲；在播放乐曲的同时计算机调用相应乐曲的输出阵列文件，按地址输出到开关板，完成乐曲播放和花形输出相关联的功能。

开关板输出，有开关板输出开关量到驱动板，再到现场执行元件实现音乐彩灯花形的控制。

跑马灯控制器输出：在编曲时可以加上对跑马灯的控制，系统的上位机通过开光板的控制线来控制跑马灯的花形变化。

3.2波形文件结构

音频数据文件存储格式的形式多种多样，如常见的WA V、MP3、VOC、SND、WMA文件等，每种形式又具有多种不同的属性和标准。然而，各种音频数据文件格

基于89c51单片机控制的LED音乐彩灯控制器的设计说明

基于89c51单片机控制的LED音乐彩灯控制器的设计 随着人们对房屋的装饰需要彩灯，在许多城市可以看到彩色霓虹灯。LED彩灯由于其丰富的 灯光色彩，便宜的造价以及简单等特点而得到了广泛的应用，用彩灯来装饰街道和城市建础物已经成为一种时尚。但目前市场上各种各样的LED彩灯控制器大多数用全硬件电路实现， 电路结构复杂、电路复杂、功率损耗大等缺点。此外从功能效果上看，亮灯模式少而且样式单调，缺乏用户可操作性…… 本方案提出一种基于8951 单片机的彩灯控制方案，实现对LED 彩灯的控制。本方案以8951单片机作为主控核心，在主控模块上设有3个按键和8个LED显示灯，根据需要可以 编写若干种亮灯模式，利用其部定时器TO实现一个基本单位时间为1ms的定时中断，根据 各种亮灯时间的不同需要，在不同时刻输出灯亮或灯灭的控制信号，然后驱动各种颜色的灯亮或灭。与普通LED彩灯相比，具有体积小、价格低、功耗低等优点。 2 系统功能 LED彩灯用软件控制硬件的方式来控制彩灯闪烁，即彩灯控制器和管LED模块。彩灯采 用8951提供+ 5V电压工作，经过电源变换，输出直流工作电压，一方面为管LED模块提供 + 5V工作电源，另一方面为主控模块单片机系统彩灯控制器提供5V工作电源。整个系统工 作由软件程序控制运行，根据需要用户可以在LED彩灯工作时通过主控模块上的按键来设定亮灯时间和灯光闪动频率。 上电后系统经过初始化，查询是否有功能切换键按下：有，则进入设定模式状态；无，则进入默认工作状态。在设定模式状态下，可以根据个人爱好及不同场合的需要来指定调用哪种模式，并且可以改变每种模式的时间T1、频率F1参数，在工作状态下，LED彩灯控制器按照程序设定好的若干亮灯花样模式程序顺序调用往下走，开始工作，依次8个等亮完为 一个亮灯周期，然后再回主循环继续工作，同样如果想进入其它设定模式状态，只需按下功能切换键即可。整个3 种亮灯模式时间可以看作一个大周期T, 对于每一个模式编写一个独立工作子程序，其中设定了从左到右点亮LED,从右到左点亮LED,还有自己定义的LED点 亮方式。 因此在LED彩灯上电工作后，可以方便地通过主控模块上的显示器指定LED彩灯当前 工作模块，工作时间Ti ，频率Fi 等实时参数。若实际应用需要根据不同场合和时间来改变彩灯闪亮效果，可以通过主控模块上的按键来设定LED不同的闪烁频率Fi和亮灯时间Ti , 以便符合实际需要。此外如果对某一种模式感兴趣需要仔细观看该种亮灯模式, 可以让程序 循环。 硬件设计 LED彩灯系统包括，即LED彩灯控制器（8951主控模块），LED彩灯在8951外部接一个震荡时钟频率。用8951的控制器，具有按键、显示等功能，并利用8951的P0 口的8个输 出端上面焊有8个LED彩灯，使用彩灯在软件的控制下工作。 主控模块电路设计 主控模块电路如图1所示。主控模块主要设计器件有89C51, 8个LED显示器，3个开 关按键，1个稳压器（5V电压），1个外部晶振振荡器信号输出驱动，4个电阻。通过软件设 计，使单片机P0 口作为三色LED驱动信号输出口及移位时钟CLOCK!号，8951的P0为LED 的输出口。 软件设计 LED彩灯控制器最大特点在于所有亮灯模式均由软件控制完成。系统中软件可以分为主 程序和中断服务子程序。上电后在按键控制灯的闪烁方式, 通过软件来控制循环, 以一个单位实际1ms的TO定时为中断服务子程序。在这个1ms的TO定时基础上，可以根据需要来确定各种模式工作时间Ti，以及确定在各种亮灯点亮和熄灭各种状态LED灯等。整个系统软 件由程序、各种模式子程序、1ms中断服务子程序、调用循环程序组成。利用TO定时器作

可编程彩灯控制器课程设计报告

前言 电子技术课程设计是配合电子技术基础课程与实验教学的一个非常重要的教学环节。它不但能巩固我们已所学的电子技术的理论知识，而且能提高我们的电子电路的设计水平，还能加强我们综合分析问题和解决问题的能力，进一步培养我们的实验技能和动手能力，启发我们的创新意识几创新思维。 现代生活中，彩灯越来越成为人们的装饰品，它不仅能美化环境，渲染气氛，还可用于娱乐场所和电子玩具中，现以该课题为例进行分析与设计可编程的彩灯控制电路很多，构成方式和采用的集成片种类、数目更是五花八门，而且有专门的可编程循环彩灯控制电路。绝大多数的彩灯控制电路都是用数字电路来实现的，例如，用中规模集成电路实现的彩灯控制电路主要用计数器，译码器，分配器和移位寄存器等集成等。 编者：周滨 2009年1月

目录 一、课题名称 (1) 二、设计目的 (1) 三、设计要求 (1) 四、设计方案 (1) 五、基本原理框图 (4) 六、模块设计思想 (5) 七、所需元器件 (8) 八、实际操作 (9) 九、具体电路 (10) 十、电路图设计 (10) 十一、安装与调试 (10) 十二、存在的不足与新设想 (11) 十三、心得与体会 (11) 十四、参考资料 (13) 附件一 (13) 附件二 (14) 附件三 (14)

一、课题名称 可编程彩灯控制器 二、设计目的 电子课程设计是电类专业学生重要基础实践课是工科专业的必修课。经过查资料、选方案、设计电路、撰写设计报告、使学生得到一次较全面的工程实践训练。理论联系实际，提高和培养创新能力，为后续课程的学习，毕业设计，毕业后的工作打下基础。 学习电路的基本设计方法；加深对课堂知识的理解和应用。完成指定的设计任务，理论联系实际，实现书本知识到工程实践的过渡；学会设计报告的撰写方法。 三、设计要求 1、设计脉冲产生电路、图形控制电路和存储电路； 2、用发光二极管行队列（1×16）作为显示电路，显示内容的动面感 要强； 3、能用按键切换不同的显示组合，至少有3个按键切换； 4、每种组合至少有3种变化，每种组合内图形能连续循环； 5、要有数码管显示当前是第几种组合（或是第几个按键）； 6、图形显示间隔（显示频率）至少有3种可选； 7、控制器可有2种控制方式： （1）规则变化：变化节拍有0.5秒和0.25秒，交替出现，每种节拍可有多种花样各执行1或2个周期后轮换；彩灯变化方向有单向移动和双向移动、跳跃移动等； （2）随机变化。变化花样相同，但节拍和花样的轮换随机出现。 四、设计方案 （一）设计思路 通过对硬件编程，将各种图形存储在EEPROM中，通过计数器控制各种图形的地址，再利用显示点阵显示出来。系统所显示的内容可反复循环，直至加电清零，便可以回到初始画面。

音乐彩灯控制电路数电FPGA设计(含代码)

音乐彩灯控制电路 1、申请题目：音乐彩灯控制电路 采用4×4矩阵式键盘作为电子琴按键输入，用FPGA设计一个既可以区分不同音高和音阶进行乐曲的弹奏，又可以自动播放乐曲的音乐电路。同时，在播放音乐的同时，点阵板上的彩灯会随着不同的音乐、不同的音阶、音调而出先不同的花型变化。按键音符可以通过数码管显示出来。 2、项目规划： 音乐演奏电路，既有通过键盘自由弹奏，又可以播放内存乐曲（播放的乐曲由设计者自由编辑，以简谱二进制码方式存放在ROM的数据文件中）。 彩灯显示电路，在音乐播放的同时，根据音乐节拍的不同，16路彩灯进行各种花型的变化，彩灯的亮灭有多种不同的模式，可以根据八个拨码开关来进行设计，进行自由组合搭配。不同的音乐对应不同的彩灯模式，每种模式执行16拍后依次循环改变，当音乐停止时，彩灯的变化也停止。 设置启动、停止控制键，可以结束音乐的播放和彩灯变化。 设置选择音乐播放键，共存储了3首音乐，可以通过选择键进行选择播放具体不同的音乐。 设置了彩灯变化选择按钮，有普通彩灯和动感彩灯两种方式进行选择，可以通过按键进行选择。 设计采用音乐引入控制彩灯变化方式。用4×4矩阵式键盘作为按键输入，16×16的LED 点阵板作为彩灯输出。可以通过按键选择弹奏乐曲和播放乐曲两种模式。点阵板上彩灯的变化随着乐曲的不同而进行不同的变化。在播放过程中可以按键进行系统的停止和启动运行。同时也可以通过扬声器将音乐播放出来。 3、实现方案： 问题1：乐曲的发声原理 组成乐曲的2个基本要素是每个音符的发声频率值和它持续的时间，可以利用程序控制FPGA某个引脚输出一定频率的矩形波，便可以得到某个音符的音调，也可以再接上扬声器之后，就能发出相应频率的声音。同时，若能控制每个音符的持续时间，也就控制了乐曲的节奏，因此只需要控制输出到引脚的信号频率的高低以及每个信号持续的时间长短，即可实现乐曲的产生。 问题2：音符的获得方法和乐曲节奏的控制 所有不同的频率信号都可以从同一个系统基准频率分频而来，可以通过预置不同频率的音符信号，通过系统基准频率值计算得到分频系数，提供给之后的节奏使用。每个音符持续的时间是乐曲能连续播放的另一个要素。设全音符的持续时间为1s，则2分音符的持续时间为0.5s，4分音符的持续时间为0.25s。如果采用1MHz的频率作为系统基准频率，则

音乐彩灯控制器课程设计

1. 引言 音乐彩灯控制器是用音乐信号控制多组颜色的灯泡,利用其亮度变化来反映音乐信号，一种将听信号转化为视信号的装置。该控制器具有渲染气氛的作用,增强人们欣赏能力。 2 设计任务与要求： 2.1任务： 1. 设计一种组合式彩灯控制电路，该电路由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课题。 2.第一路为音乐节奏控制彩灯，按音乐节拍变换彩灯花样。 3.第二按音律的强弱（信号幅度大小）控制彩灯。强音时，灯的亮度加大， 且被点亮的数目增多。 4.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，另一部分点亮。 2.2要求： 1、综合运用电子技术课程中所学的理论知识完成课程设计。 2、通过查阅手册和文献资料，提高独立分析和解决实际问题的能力。 3、熟悉常用电子器件的类型和特征，并掌握合理选用的原则。 4、学会电子电路的安装与调试技能。 5、进一步熟悉电子仪器的正确使用。 3 设计思路： 根据课题要求，可将控制器分为三部分来实现： （1）由于音乐的节奏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，使相应的彩灯按节奏点亮和熄灭。（2）将声音信号变成电信号，经过放大、整流滤波，来点亮彩灯，以实现声音信号强弱的控制。 （3）采用高、低通有源滤波电路来实现高、低音对彩灯的控制。 4 设计原理：

如图2.1所示，控制器包括声、电转换和放大电路、时钟脉冲发生器、记数电路和控制电路等。它控制四路彩灯伴随乐曲而闪烁发光。 拾音话筒控制MIC将乐曲声响转变为电信号，经VT1~VT4加至四路模拟开关IC3（CD4066）。555和RP1、R1、R2、D1、C1等组成无稳态多谐振荡器 t(通)=0.693（RP1+R1）C1 t（放）=0.693R2C1 T=0.693（RP1+R1+R2）C1 图示参数的振荡周期T在0.5~5秒范围内变化。555的3脚输出加至IC2作为CP脉冲.IC2采用CMOS型十进制计数器/脉冲分配器CD4017，在时钟CP作用下，Q0（3脚），Q1（2脚），Q2（4脚），Q3（7脚），Q4（10脚）相继出现高电平脉冲，而Q4加至复位端R（15脚），使电路成为一个环形计数电路。Q0~Q3的初期依次将CD4066四模拟开关选通，使乐曲信号依次加至VT5，VT6，VT7，VT8，并依次导通，SCR1~SCR4依次触发导通，彩灯插座依次有电，彩灯顺序点亮，随着悠扬的音乐，彩灯闪烁生辉。 图2.1 音乐彩灯控制电路

节电子技术课程设计报告日音乐彩灯连

河南机电高等专科学校电子技术课程设计报告设计课题：节日音乐彩灯连

题目：节日音乐彩灯连 一、设计任务与要求 选取一种方法设计音乐彩灯控制器，要求该音乐彩灯控制器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课题实验。 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．第三路按音量高低（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。 二、方案设计与论证 1、设计思路 根据课题要求，可将控制器分为三部分来实现。 1．由于音乐的节奏是具有一定时间间隔的节拍脉冲信号。因此，可采用记数、译码驱动电路构成节拍脉冲信号发生器，使相应的彩灯按节奏点亮和熄灭。2．将声音信号变成电信号，经过放大、整流滤波，来点亮彩灯，以实现声音信号强弱的控制。3．采用高、低通有源滤波电路来实现高、低音对彩灯的控制。 2、总体方案方框图

3、方案一：简单声控音乐彩灯控制器 图2低成本声控音乐彩灯 简单声控音乐彩灯控制器的电路如图2所示，R1、R2、D和C组成电阻降压半波整波电路，输出约3V的直流电供SCR的控制回路用。压电陶瓷片HTD担任声-电换能器，平时调W使BG集电极输出低电平，SCR关断，彩灯不亮。当HTD接收到声波信号后，BG集电极电平升高，SCR即开通，所以彩灯能随室内收音机播出的节目的音乐节奏而闪烁发光。W可用来调节声控灵敏度，W由大调小时，声控灵敏度愈高，但W过小时，电灯常亮，这时就失去声控作用，使用调试时，将W由大逐渐调小至某一阻值时，电灯即点亮，再将W退回少许（即稍微调大），电灯就熄灭，这时声控灵敏度最高，离HTD二三米远处普通谈话声就能使彩灯闪烁。如嫌灵敏度太高，只要将W调大些即可，电灯长亮不熄，表示BG的放大倍数β值过小，应更换β大些的三极管。电阻均为1/8W碳膜电阻。 方案二：音乐彩灯控制器 如附录所示为实用音乐彩灯控制电路。该控制器由声电转换和放大电路、时钟脉冲发生器、计数电路和控制电路等组成。拾音话筒MIC将声音信

音乐彩灯控制器(完整版)

摘要 电力电子技术产业作为当代高新技术尤其是信息技术产业与传统产业的接口，在国民经济中扮演着越来越重要的角色。此设计论述了彩灯的总体控制，彩灯将会随着音乐的节奏闪亮，大大的改善了人们的娱乐环境，人们将在音乐和灯光当中消除工作一天的疲惫，并且彩灯的控制不需要人为的操作控制，将会完全自动的运行，使人们感受到了娱乐场所的智能化，人性化。此设计采用了平时常用的集成电路，包括时钟电路、阶梯波电路、滤波器等等，将会很清晰的呈现出它的工作原理，它是电子技术的实例应用。关键词：电子技术音乐彩灯集成电路。II Abstract As the joint between the present hi-Tech industry especially the informationtechnology industry and tradition industry, power electronics industry has been playing amore and more important role in the country economy. Although this industry in Chinahas made some progress through developing more than 30 years, compared with thedeveloped countries the gap is still quite big. This industry can"t meet the demands of thecountry economy development in china. Constituting a series of systemic and scientificdeveloping strategy to speed this industry is the purpose of this paper. The importanteffects of this industry on country economy are discussed, the shaping and developingcondition of this industry is analyzed, and the advantages and disadvantages of thisindustry in China are pointed in this paper. On the basis of referring the advancedexperience of developed countries. keyword: electronic technique music illumination unicircuit

单片机节日彩灯控制器课程设计报告..

单片机原理及接口技术 课程设计报告 单片机节日彩灯控制器设计彩灯控制器 姓 名： 学 号： 指导教师： 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造其自动化 完成日期： 2014年6月27日

目录 第1章．绪论---------------------------------------------------- 1 1.1课题的国内外现状----------------------------------------- 1 1.2课题的发展趋势------------------------------------------- 1 1.3课题研究的主要内容------------------------------------- 1 第2章.节日彩灯控制器的设计-------------------------------------- 3 2.1设计目的 ------------------------------------------------- 3 2.2设计要求 ------------------------------------------------ 3 2.3总体方案设计与选择的论证 -------------------------------- 3 2.4核心芯片及主要功能介绍 ---------------------------------- 4 2.4.1 AT89S52芯片---------------------------------------- 4 2.4.2 74HC377芯片 --------------------------------------- 7 2.4.3 74HC138芯片 --------------------------------------- 7 2.5硬件设计 -------------------------------------------- 8 2.5.1 直流电源电路 ---------------------------------------- 8 2.5.2 按键电路 ------------------------------------------- 9 2.5.3 时钟复位电路 --------------------------------------- 9 2.5.4 LED显示电路---------------------------------------- 10 2.5.5 硬件调试 --------------------------------------------- 10 2.6软件设计------------------------------------------------- 10 第3章.总结----------------------------------------------------- 15 3.1 实验方案设计的可行性、有效性----------------------------- 15 3.2 设计内容的实用性----------------------------------------- 15 3.3 实习心得------------------------------------------------ 15 附录一：总体电路图---------------------------------------------- 19附录二：元器件清单----------------------------------------------20参考文献--------------------------------------------------------21致谢------------------------------------------------------------21

音乐彩灯控制器设计-课程设计(1)

课程设计说明书题目:音乐彩灯控制器 院（部）：理学院 专业班级：应用物理14-1 学号： 2014305070 学生姓名：王伟洲 指导教师：李学超

安徽理工大学课程设计（论文）任务书理学院（部）物理系

前言 随着现在社会的发展，人们生活水平的提高，人们对娱乐环境的要求越来越高，娱乐环境中的灯光控制，成了一个重要的部分。为此，特意设计了关于音乐彩灯的控制。本设计要求将输入音乐信号分为高,中,低三个频段,并且分别控制三种颜色的彩灯.每组彩灯的亮度随各自输入音乐信号大小分为八个等级.输入信号最大时,彩灯最亮.当输入信号的幅度小于10mv时,要求彩灯全亮。

第一部分:实验原理部分 (一).设计框图及电路系统概述 设计框图： 电路系统概述： 1．声音信号要分为三个频段，所以第一步要通过滤波器进行滤波，将音频信号按要求分为三个频段。 2．经过放大器把毫伏级的声音信号放大为与比较信号可比的信号。由于直流信号才可比较，所以在进入比较器前先进行整流。 3．同步脉冲通过简易的数模转换产生阶梯波，放大后的信号与其比较产生高低电平，再和同步脉冲相与产生个数不同的脉冲去触发三极管，由触发脉冲的个数决定彩灯的亮度。 4．如果音乐信号小于10mV，用比较器产生高电平使或门的输出总为高电平，产生的高电平与1HZ的脉冲信号进行与，从而使灯亮暗闪烁。 (二).实验电路结构与分块电路原理 由本实验设计要求可将试验电路基本分为七个组成部分,即 1．电压转换部分 2．语音信号的输入部分 3．基本信号的放大部分 4，滤波选频部分（核心） 5．幅度控制部分 6 .输出显示部分 7．10毫伏比较扩展部分 第三部分:各单元电路的设计方案及原理说明 下面分别从以上几个分块电路说明该彩灯控制器的设计原理与过程. 1.电源电路： 由于实验给出电源为220V交流电，而实验所需芯片的工作电压大致在5－12V，故需要首先设计一个电压转换部分，将220V的交流电转换成5V，12V，相当于一个直流稳压源，以供数字和模拟芯片正常工作。其转换电路如下所示：

基于单片机的音乐彩灯控制器的设计(开题报告)

内江师范学院毕业论文 开题报告 论文题目：基于单片机音乐彩灯控制器的设计 学生姓名XX指导教师 XXX 二级学院工程学院专业名称电子信息工程班级09级2班学号 XXXX XXX年9 月9 日

毕业论文（设计）开题报告 论文题目基于单片机的音乐彩灯控制器的设计 一、选题的背景与意义（本研究的现状综述、理论价值与实际意义） 音乐彩灯是一种被普遍用于娱乐、酒店、饭店酒吧的一种电路装置，我们能在很多场合看到音乐彩灯的应用。 背景：在当今这个社会，音乐彩灯的发展非常广泛，各种娱乐场所，酒店，广场等都采用了彩灯烘托环境的美好。而音乐彩灯能在音乐的节奏下闪耀，更能给客人以全新的感觉。随着电子技术的发展，音乐彩灯有很高的发展前景。 意义：1、相比传统的中小规模集成电路和计算机控制，采用单片机来设计彩灯控制器具有体积小、功耗低、可靠性高、调节灵活等优点。 2、基于单片机的音乐彩灯的控制器有较强的抗干扰能力、低污染、低环境影响、不影响人体且适应性广等优点。对本课题的研究与设计，还能进一步提高自己的电路设计水平，深入对单片机的理解和应用； 二、研究的主要内容和预期目标（研究的框架，要求列到一级提纲） 研究的主要内容： 音乐彩灯控制器主要要求将音乐分成四个不同的频段，将彩灯分为四组，各组彩灯颜色不同，每组彩灯包含两个颜色相同的彩灯。彩灯和音乐的同步控制，用软硬件结合的方法来实现。设计采用AT89S52单片机作为主控芯片，通过3个按键进行数据的输入，编程控制单片机进行音乐播放和彩灯闪烁，并通过小喇叭输出声音，通过LED彩灯和12864液晶屏输出显示。通过软件来控制音乐频率以及发光二级管该亮哪组，亮几盏。在控制彩灯的同时去控制扬声，这样能较好的达到音乐与彩灯的同步控制。 研究的框架： 1 系统的总体设计 2 系统的硬件设计 3 系统的软件设计 4 实验调试 5 设计心得 6 参考文献 7 致谢

声控音乐彩灯课程设计报告

设计题目：声控音乐彩灯 专业电气工程学院 班级 1008班 学号 10291246 学生姓名乔茜 指导教师叶晶晶 提交时间2012年6月29日

目录 一、概述 (2) 1.1目的 (2) 1.2课程设计的组成部分 (2) 二、总结 (5) 3.1课程设计进行过程及步骤 (5) 3.2所遇到的问题，你是怎样解决这些问题的........ 错误！未定义书签。 3.3体会收获及建议 (7)

一、概述 1.1目的 我们都知道，人发出的声音信号中的电压信号是及其微弱的，只是在毫伏级别，而其频率信号一般在几十到几百赫兹，我们希望用声音信号来控制信号灯闪烁的频率，从而可以让大家直观得看到自己说话声音“音符”，如果加上音乐，那么彩灯便会随着音乐的跳动而闪烁出不同的频率。为了实现上述功能，我们首先要将微弱的声音信号放大，然后将声音信号进行降频，降到可以被肉眼分辨出的频率。因此，此电路可以分为三部分：一、电压信号两级放大部分二、频率信号降频部分三、彩灯显示部分 1.2课程设计的组成部分 一：电压信号两级放大部分 这部分我们先用一个电容滤去直流部分，然后通过一个三极管将电压进行第一级放大，再次电容滤去直波，再通过一个三极管放大。经过两次放大后，电压被放大了100倍，这样就将毫伏级别的电压放大到了级别为伏的电压信号，为下一步降频做准备。 以下是第一部分的仿真：

二：频率信号降频部分 电路主要是四个集成芯片CD4017构成。CD4017是十进制计数器/分频器，其内部由计数器及分频器两部分组成，由译码输出现实对脉冲的分配，整个输出时序就是Q0、Q1、Q2、Q3···、Q9依次出现与时钟同步的高电平，宽电平等于时钟周期。 CD4017有3个输入端（MR、CP0和CP1）,MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时，其输出Q0为高电平，其余输出端（Q1～Q9)均为地电平.CP0和CP1是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号有CP0端输入，若要下降沿来计数，则信号由CP1端输入。 CD4017有10个输出端（Q0～Q9)和1个进位输出端CO。每输入10个计数脉冲，C0就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号，输出端依此变为高电平。 在C1中将11与15相接，即输入端14每输入9个信号时发生一次清零，达到降频的目的。C2中将C1送来的信号分配开，并分在10个端子上得到顺序正脉冲，以达到降频、分频的目的。 第一个芯片进行的是第一次分频，接下来的三个芯片是并联接入状态，其14与第一个的3相连，并利用3,4,10,5,9五个端口进行输出。 以下是第二部分的仿真部分：

音乐节奏彩灯控制器设计

音乐节奏彩灯控制器设计 本设计彩灯伴随音乐的节奏、大小、音调而变化的彩灯控制器。使彩灯在艺术上有了很大的提高，本文的主要内容有以下几点： 1、设计音乐信号放大电路。 2、555时基电路构成单稳态实现音乐大小控制彩灯。 3、555时基电路构成多谐电路实现音乐节奏控制彩灯。 4、设计滤波电路，实现音乐的音调控制彩灯。 第1章绪论 随着科学的发展，人们生活水平的提高，人们不满足于吃饱穿暖，而要有更高的精神享受。不论是思想，还是视觉，人们都在追求更高的美。特别使在视觉方面，人们不满足于一种光，彩灯的诞生让人们是视觉对美有了更深的认识。但现在市面上的音乐彩灯只是按照一定的方式闪烁，让人们感觉到十分的粗糙无味，更没有声音那样用震撼力，音乐彩灯的出现让我们既有了听觉上的享受，更有了精神上的享受。但现在市面上的音乐彩灯只是按照音乐的一种方式闪烁，和音乐没多大关系，根本不能称为音乐彩灯。 本设计是一个音乐彩灯控制器，使其实用于家庭、商场、橱窗、舞厅、咖啡厅、公共广场等场所的摆设、装饰、广告、环境净化与美化，本电路的最大优点是可以实现音乐以三种方式控制彩灯的闪亮。实现了音乐大小、节奏、音调的控制。 设计任务与要求 （1）设计一个音乐声响与彩灯灯光相互组合的彩灯控制电路。 （2）有三路不同控制方法的彩灯，用不同颜色的LED表示。 （3）第一路为音乐节奏控制彩灯，按音乐节拍变换彩灯花样。 （4）第二路按音乐大小（信号幅度大小）控制彩灯，音量大时，彩灯亮度加大，反之亦然。 （5）第三路按因调高低（信号频率高低）控制彩。

第2章音乐大小控制彩灯 2.1系统设计思路 音频在电信号中表现为多个正弦波叠加而形成。音乐的大小就表现为是演唱者的声音的强弱起伏，它在音频信号中表现为正弦波的波峰和波谷，所以在他达到波峰时说明他的音量大。在波谷是音量就小，所就需要一个触发电路使他在音量大的时候就彩灯发光，音量小的时候灯灭。综合考虑：选择了NE555够成的单稳态电路，由于单稳态电路是低电平触发所以还需要一个反相放大器。 音乐的节奏往往是由乐队的鼓点来体现，实质上是具有一定时间间隔的脉冲信号。根据设计要求，彩灯要随着节奏闪亮，需要一个触发电路来检测脉冲信号并产生计数脉冲。根据要求选择了NE555构成的无稳态触发器，由于触发器的触发电压比音频信号的高就还需要一个放大电路，有触发信号后就还需要计数器和译码器来使彩灯闪亮。 音调主要由声音的频率决定，同时也与声音强度有关。对一定强度的纯音，音调随频率的升降而升降；对一定频率的纯音、低频纯音的音调随声强增加而下降，高频纯音的音调却随强度增加而上升，所以应用滤波器滤出高频、低频。以方便驱动彩灯发光。 图2-1 总体框图 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

音乐彩灯

题目音乐彩灯控制器 摘要:设计了一个由音乐声响控制彩灯灯光效果的控制电路.该彩灯控制器有两路,分别由不同颜色的LED组成;驻极体话筒拾取语音信号经过运放放大以及电容耦合,RC滤波后去控制后续电路.第一路通过一组电压比较器对输入的信号进行比较达到点亮不同数目的LED的目的;音量大,彩灯被点亮的数目增多,音量低,彩灯被点亮数目减少;第二路分别通过一个高通滤波器和低通滤波器达到按音调高低控制彩灯的目的.低音时,某一部分亮;高音时,另一部分灯点亮. 关键词:音乐声响，电压比较器，滤波器,彩灯控制 １.系统设计 １.１设计要求 设计一个由音乐声响控制彩灯灯光效果的控制电路．有两路彩灯，分别有若干个不同颜色的ＬＥＤ组成；第一路按音量大小控制；第二路按音调高低控制彩灯． ２. 单元电路设计 ２.１电源电路设计 本电路对电压的稳定性,输出电流能要求都不高,所以用普通的全波整流滤波电路供电,电路图1所示;可以输出0~~18V电压. (元器件:4只整流二极管为1N4001(50V/1A),滤波电容为1000uF电解电容和2只消除高频干扰的0.1μF瓷片电容,1片LM137,电阻R(100和220),1个滑动变阻器) 图1 2.2声音---电平转换电路和电压比较电路 由电压输出的放大了的声音信号经过一组设置了不同参考电压的电压比较器,就能用相应的不同电压去控制LED的亮灭.当电压大于10mV小于20mV时,L4亮,其它灭;当电压大于20mV小于30mV时,L4,L3亮,其它灭;依此类推…… 运放选用运放LM358AH，电路图如图2所示，取R2=1.0KΩ，R5=330KΩ， R1=510KΩ，R3=10Ω，C2=10μF

音乐彩灯控制器.

摘要 本设计彩灯伴随音乐的节奏、大小、音调而变化的彩灯控制器。使彩灯在艺术上有了很大的提高，本文的主要内容有以下几点： 1、设计音乐信号放大电路。 2、555时基电路构成单稳态实现音乐大小控制彩灯。 3、555时基电路构成多谐电路实现音乐节奏控制彩灯。 4、设计滤波电路，实现音乐的音调控制彩灯。 关键字：555 时基电路、音乐大小、节奏、音调。

目录 第一章绪论 (1) 第二章音乐大小控制彩灯 (2) 2.1系统设计思路 (2) 2.2 音乐大小控制彩灯的工作原理 (3) 2.3音乐大小控制彩灯的电路设计 (3) 2.3.1 电源电路设计 (3) 2.3.3 放大电路设计 (4) 2.3.2 音乐大小控制彩灯的电路图的设计实现 (6) 第三章音乐节奏控制彩灯 (8) 3.1 音乐节奏控制彩灯的工作原理. (8) 3.2 音乐节奏控制彩灯的电路设计 (8) 3.2.1 音乐节奏控制彩灯的主要参数计算 (8) 3.2.2 音乐节奏控制彩灯总电路实现 (10) 第四章音调高低控制彩灯 (12) 4.1 音调高低控制彩灯的工作原理 (12) 4.2 音调高低控制彩灯的电路设计 (12) 4.2.1音调高低控制彩灯的主要参数计算 (12) 4.2.2 音调高低控制彩灯的电路图 (14) 第五章实物的制作和调试 (15) 总结 (19) 参考文献 (21) 附录 (22)

第1章绪论 第1章绪论 随着科学的发展，人们生活水平的提高，人们不满足于吃饱穿暖，而要有更高的精神享受。不论是思想，还是视觉，人们都在追求更高的美。特别是在视觉方面，人们不满足于一种光，彩灯的诞生让人们是视觉对美有了更深的认识。但现在市面上的音乐彩灯只是按照一定的方式闪烁，让人们感觉到十分的粗糙无味，更没有声音那样用震撼力，音乐彩灯的出现让我们既有了听觉上的享受，更有了精神上的享受。但现在市面上的音乐彩灯只是按照音乐的一种方式闪烁，和音乐没多大关系，根本不能称为音乐彩灯。 本设计是一个音乐彩灯控制器，使其实用于家庭、商场、橱窗、舞厅、咖啡厅、公共广场等场所的摆设、装饰、广告、环境净化与美化，本电路的最大优点是可以实现音乐以三种方式控制彩灯的闪亮。实现了音乐大小、节奏、音调的控制。 设计任务与要求 （1）设计一个音乐声响与彩灯灯光相互组合的彩灯控制电路。 （2）有三路不同控制方法的彩灯，用不同颜色的LED表示。 （3）第一路为音乐节奏控制彩灯，按音乐节拍变换彩灯花样。 （4）第二路按音乐大小控制彩灯，音量大时，彩灯亮度加大，反之亦然。 （5）第三路按因调高低控制彩。

音乐数字彩灯控制器课程设计说明书

目录 引言 (2) 1.设计意义与要求 (3) 1.1设计意义 (3) 1.2设计要求 (3) 2．方案设计 (4) 2.1 设计思路 (4) 2.2 方案设计 (5) 2．2.1 方案一 (5) 2.2.2方案二 (6) 2.3 方案比较 (7) 3. 部分电路设计（方案一） (8) 3.1芯片逻辑功能介绍 (8) 3.2脉冲信号电路 (14) 3.3 循环电路 (16) 3.4 选通电路图 (20) 3.4 显示电路 (21) 4、调试与检测 (22) 4.1 调试中故障与解决办法 (22) 4.2 调试与运行结果 (22) 仿真操作步骤及使用说明 (23) 5.1各部件说明： (23) 5.2操作说明： (23) 结束语 (24) 参考文献 (25) 附录音乐数字彩灯控制器电路图 (26)

引言 作为一位工科学生，特别是学自动化的学生，学习的不仅仅是专业知识，用科学知识来武装自己，更加注重的是思维模式，以及动手操作能力。随着社会的发展，自动化技术不断提高，我们所学习的自动化技术知识也将得到更广泛的应用。 数字电路技术是本次课程设计的基础，在完成了《数字电路基础》课程教学后，此次的课程设计是对基础知识的一个实践操作。在设计过程中，我们可以充分利用我们学过的基础知识，运用学过的芯片的功能，达到学以致用。 我们在此次课程设计中，我们所选的是“音乐数字彩灯控制器设计”，我们依照自己所学的基础知识，来弄清原理，画出电路图，然后仿真，已达到将自己所学的知识具体化。 通过课程设计，我们初步学习到将自己所学的专业知识运用到实际生活中，学会如何去发现问题，解决问题；知道如何去快速且集中去解决实际问题，高效率的去完成既定任务。同时，在此次课程设计中，也培养了我们的耐心细心以及恒心，锻炼我们的能力。

数电课程设计四花样彩灯控制器

课程设计说明书 课程设计名称：数字电路课程设计 课程设计题目：四花样彩灯控制器 学院名称：信息工程学院 专业：通信工程班级： 1１０４2２学号: 11０4２215 姓名：陈粤龙 评分：教师： 20 13 年 9 月 23 日

数字电路课程设计任 务书 20 １2 －2０13 学年第 1 学期第１9 周- ２０ 周 题目四花样彩灯控制 内容及要求 (1) 彩灯一亮一灭,从左向右移动 （2) 彩灯两亮两灭，从左向右移动 （3）四亮四灭,从左向右移动 (4）从１~8从左到右逐次点亮，然后逐次熄灭 （5）四种花样自动变换. 进度安排 1. 布置任务、查阅资料、选择方案、领仪器设备:2天 2。仿真、画PCＢ线路图：2天 ３。领元器件、制作、焊接：3天 4．调试：２天?5. 验收：1天 6. 提交报告:201３－20１4学年第一学期2—3周 学生姓名：陈粤龙 指导时间:2周指导地点：E610 任务下达2013年 9月 2２日任务完成20１3 年 9 月2 ５日 考核方式1．评阅□２.答辩□3．实际操作□4．其它□ 指导教师系(部）主任 注：１、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份

备查。 2、课程设计结束后与“课程设计小结"、“学生成绩单”一并交院教务存档。

摘要 彩灯控制器在我门日常生活中有重要的运用，如广告牌的设计和节日彩灯的设计都能运用到它的原理.本次设计的四花样彩灯控制器是其中较简单的,但这是进行复杂设计的基础。 本次课程设计要设计一个四花样彩灯控制器。首先要分析设计要求，从要实现四花样入手推导出要使用的芯片。可通过八位右移寄存器７4LS164实现八个彩灯的向右移动,从它的右移输入端输入四种码来实现它的四种花样。根据四种花样确定这四种码，可通过模十六计数器７４LS１61的输出端接与门74LS08和非门74LS0４产生。要实现彩灯的自动转换，把四种码输入四选一数据选择器74LS １５３的四个输入端,它的地址输入端接双Ｄ触发器7４LS74的两个输出端，74L Ｓ74可产生四种循环的状态，从而实现彩灯的自动转换。时钟信号由两个5５5产生,一个产生周期为0.721秒的矩形脉冲控制模十六计数器74LＳ1６１和八位右移寄存器74LＳ1６4,另一个产生周期为14.０1秒的脉冲控制双Ｄ触发器。当彩灯完成一种花样时，双Ｄ触发器输出状态改变，数据选择器选择另一种码输出,彩灯变为下一种花样，直到完成四种花样再循环变化. 经实验验证，所设计的四花样彩器能完成四花样变换，每一种花样循环两次，四种花样不断循环。 关键字：时钟脉冲分频自动转换控制器数据选择器

单片机音乐彩灯设计说明

艺术彩灯控制系统设计 一．概述 1．1 艺术彩灯的设计背景及意义 彩灯是人们日常生活中的一种装饰用品，它美观大方，尤其在节日期间，倍增节日气氛。它蕴涵着丰富的文化底蕴，被广泛地应用于各种店面的装饰。变换无穷的彩灯样式，给城市增添活力，吸引着人们的注意力，深受人民的喜爱。在日常生活中，人们还将彩灯摆放成各种图案，增添美感。随着电子技术的发展，应用系统向着小型化、快速化、大容量、重量轻的方向发展。科学技术更加贴近人们的生活，向着满足人们需求的方向发展。节日彩灯的设计与制作工艺也一步一步的走向成熟。 1.2 系统设计功能概述 本设计是以AT89C51单片机为基础的音乐彩灯控制方案，来实现对LED彩灯的控制。以AT89C51单片机作为主控核心，通过汇编语言来控制单片机按下“开始”按键，8个LED灯从上到下开始循环点亮，按下“上”按键，灯由上向下流动，按下“下”按键，灯由下向上流动，按下“停止”按键，所有灯为暗。 二．彩灯设计容简要： 2.1彩灯设计任务： 以单片机为核心，设计一个节日音乐彩灯控制器。 2.2彩灯设计要求： P1.2----开始，按此键则灯开始流动（由上而下）。P1.3----停止，按此键则停止流动，所有灯为暗。P1.4----上，按此键则灯由上向下流动。P1.5----下，按此键则灯由下向上流动。 2.3彩灯总体控制框图：

3.2 AT89C51单片机硬件结构： AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的单片机芯片，它采用静态CMOS 工艺制造8位微处理器，最高工作频率位24MHZ。AT89C5外形及引脚排列如图所示： 管脚说明： RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

音乐彩灯控制器课程设计说明书

学号：0121111360104 题目音乐数字彩灯控制器设计 学院自动化 专业自动化 班级1101 姓名温志伟 指导教师李彬、林伟 2013 年7 月 5 日

课程设计任务书 学生姓名：温志伟专业班级：自动化1101 指导教师：李彬、林伟工作单位：武汉理工大学 题目: 音乐数字彩灯控制器设计 初始条件： 1)运用所学的模拟电路和数字电路等知识； 2)用到的元件：实验板、电源、连接导线、74系列芯片、555芯片或微处 理器等。 要求完成的主要任务: 1)数码管自动依次显示数字队列0，1，2，3，4，5，6，7，8，9（自然数 列）；1，3，5，7，9（奇数列）；0，2，4，6，8（偶数列）；0，1，2，3， 4，5，6，7，0，1（音乐数列）。然后又依次显示同上数列，不断循环； 2)打开电源开关，自动清零，即通电后最先显示出自然数列的0，再显示 出1，然后按上述规律变化； 3)每个数字的一次显示时间（从数码管显示之时起到消失之时止）基本相 等。 4)严格按照课程设计说明书要求撰写课程设计说明书。 时间安排： 第1天下达课程设计任务书，根据任务书查找资料； 第2～4天进行方案论证，软件模拟仿真并确定设计方案； 第5天提交电路图，经审查后领取元器件； 第6～8天组装电路并调试，检查错误并提出问题； 第9～11天结果分析整理，撰写课程设计报告，验收调试结果； 第12～14天补充完成课程设计报告和答辩。 指导教师签名： 2013年 6月24日 系主任（或责任教师）签名： 2013年 6月24日

目录 引言 (1) 1设计意义及要求 (2) 1.1设计意义 (2) 1.2设计要求 (2) 2方案设计 (3) 2.1设计思路 (3) 2.2设计方案 (3) 2.2.1方案一（个人设计方案） (3) 2.2.2方案二（小组设计方案） (4) 2.3方案比较 (5) 3部分电路设计 (6) 3.1脉冲产生电路 (6) 3.2自然数列、奇偶数列、音乐数列产生电路 (7) 3.2.1自然数列的产生 (7) 3.2.2奇偶数列的产生 (8) 3.2.3音乐数列的产生 (9) 3.3选通电路的实现 (10) 3.4数码显示电路 (11) 4调试与检测 (13) 4.1调试中故障及解决办法 (13)