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微型ktv
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发表于Sun Oct 21 21:35:58 CST 2018   |  只看该作者 1# 电梯直达

摘要:本设计给出了以AT89C52为核心的单片机控制系统,配以蓝牙模块,液晶显示模块,LED模块以及播放模块等组成。单片机通过蓝牙和无线通信系统联系起来,手机端负责发送数据,通过蓝牙发送给单片机,从而实现对音频按键的控制。通过D0~D7的八位数据端传输数据和指令的方式实现LCD的显示。通过制作硬件电路和软件的设计编写,然后进行软硬件的调试运行,最终达到设计电路的乐器运行。本系统运行稳定,具有实时显示队员信息、显示相应播放语句的歌词、硬件电路简单、软件功能完善、控制系统可靠、性价比较高等优点。

关键词:AT89C52,音频功率放大,蓝牙遥控,流水小灯。

Abstract:The system is based onAT89C52 microcontroller as the core,Bluetooth module,LED control module,liquid-crystal display module as well as transmit module.Connecting microcomputer to nRF communications system through Bluetooth. The phone in charge of sending data to microcomputer through Bluetooth so that it can control keystoke.Achieving display of LCD by active-matrix.By making hardware ware and designing software,then debugging and troubleshooting so as to succeed in operating musical instrument.The system’s operation is stabilize.,has a series of advantages that can display information of team numbers timely、display the libretto of what we play、easy hard wares、complete soft wares as well as perfect cost performance.

Keywords:AT89C42bluetooth module,active-matrix addressing,the lamplet of eotic effet.

 

 

 

 

 

 

1系统方案设计和论证

1.1系统总体方案设计

本系统主要由AT89C52单片机控制系统模块、蓝牙模块、液晶显示模块、LED模块、播放模块组成。本系统的结构框图如图1所示。

图一  系统结构框图

  其中,蓝牙模块通过连接智能手机和单片机,使用者用手机键盘中的0~9九个按键,通过蓝牙发送相应的数据至单片机,单片机接收并处理数据,再按照事先下载进单片机的程序,执行相应的步骤。

  液晶显示模块通过D0~D7的八位数据端传输数据和指令。与单片机上LCD模块中接口相连,操作方便,通过对应的程序烧录,在显示屏上显示本队的队员基本信息。

LED模块采用射极跟随电路驱动发送,数字信息直接经调制发送,而音频信号采用ADC转换再经FSK调制发送。将LED灯摆成五角星形,通过程序控制使其亮度随电子琴音频的变化而变化。

  播放模块通过蓝牙连接,发送信号给单片机后,单片机对应引脚与喇叭相连,连续按下键盘上按键,便连续发出对应的音乐。

1.2  设计方案论证

1.2.1单片机主控模块

方案一:选用STM32作为主控芯片。STM32内含ARM Cortex-M3内核,具有12D/A转换器,时钟频率最高可达72MHz,处理速度相比其他芯片较快。但由于其功能众多,结构较复杂,且对于电子琴的处理而言显得浪费资源。

方案二:选用AT89C52作为主控芯片。AT89C2是一个低功耗,高性能的单片机。片内含4k Bytes ISP的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度,非易失性存储技术制造,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元,功能强大的微型计算机AT89C52可为许多嵌入式控制应用系统提供性价比高的解决方案。

 综合上述比较,选用方案二。

1.2.2 播放模块

  方案一:利用蜂鸣器实现音乐的播放。通过单片机编程技术对芯片进行功能设定,从而播放音乐。同时,利用单片机内部的定时器中断,来产生不同频率的方波,驱动蜂鸣器发出不同音调的音乐。再利用延迟函数控制发音时间的长短,这种控制结构简单,但经过初步调试,发现其音色和音频放大的效果并不能完全令人满意,达不到预期的效果。

  方案二:利用喇叭放大器实现音乐的播放。TELESKY是一种音频集成功放,具有自身功耗低,失真小,性能可靠的优点。其原理是:当载流导体通过磁场时,会受到一个电动力,当音圈输入交变音频电流时,音圈受到一个交变推动力产生交变运动,反复推动空气而发声。此设计通过多次测试,声音洪亮清晰,节拍正常,达到了预期效果。

1.2.3 液晶显示模块

  方案一:选用TFT液晶显示屏。TFT液晶显示屏分辨率为320x240,是最好的LCD才射显示器之一,具有高响应度,高亮度,高对比度等优点,但TFT液晶显示器所需的资金投入以及技术需求较高。

  方案二:选用12864液晶显示屏。LCD12864可完成汉字、图形显示,且显示清晰,具有功耗相对较低,体积娇小不耗面积,超薄重量轻等优点。

  综合上述比较,选用方案二。

2. 理论分析和计算

发音原理以及计数脉冲值与发音频率的转化

  发音原理:由于本系统可以产生各种频率的声音,所以可由喇叭发出“DO”、“RE”...的音阶。系统中的定时器O工作于模式0,计时时长可根据所发音的频率而定,而由频率值推得的定时器计数初值。 

一首音乐是由许多不同的音阶组成的,而每个音阶对应的不同的频率。可以用单片机的定时器T0来产生这样方波频率信号。若要产生音频脉冲,只要算出某一音频的周期,再用此周期除以2,即为半周期的时间。每当计时终止后,就将P3.3反向,然后重复计时再反相,就可在P3.3引脚上得到此频率的脉冲。利用AT89C52D的内部定时器使其工作计数器模式(MODE1)下,改变计数值TH0及TL0以产生不同频率的方法产生不同音阶。例如:频率为523HZ,其周期T=1/523=1912us,因此只要令计数器计时956us/1us=956,每计数956次时将I/O反相,就可得到中音DO(523HZ)。计数脉冲值与频率的关系式是:N=fi/2/fr

式中,N是计数值;fi是机器频率(晶体振荡器为12MHz时,其频率为1MHz)。Fr是想要的频率。其计数初值T的求法如下:

T=65536-N=65536-fi/2/fr

例如:设K=65536,fi=1MHz,求低音DO(261Hz)、中音DO(523Hz)、高音DO(1046Hz)的计数值。T=65536-N=65536-fi/2/fr=65536-500000/fr。

低音DO的T=65536-500000/262=63627.中音DO的T=65536-500000/523=64580.高音DO的T=65536-500000/1046=65059.单片机12MHZ晶振,高中低音符与计数T0相关的计数值如图2所示。

音符

频率(HZ

简谱码(T值)

音符

频率(HZ

简谱码(T值)

1DO

262

63628

5SO

784

64898

2RE

294

63835

6LA

880

64968

3M

330

64021

6LA

880

64968

4FA

349

64103

1DO

1046

65058

5SO

392

64260

2RE

1175

65110

6LA

440

64400

2RE

1175

65110

7SI

494

64524

4FA

1397

65178

1DO

523

64580

5SO

1568

65217

2RE

587

64684

6LA

1760

65252

3M

659

64777

7SI

1967

65283

4FA

698

64820

 

 

 

              图二  高中低音符与计数T0的计数值

3. 电路的设计

3.1.1led流水点亮电路

   发光二极管的正极由电源提供5V的电压,负极通过大约300欧姆电阻接单片机I/O口。单片机的P1口和P3口控制显示信号的输出,通过程序控制高低电频的转换,实现流水灯的循环点亮。系统上电后,先是LED1LED10,LED9LED2的发光二极管逐个点亮,然后灯全亮,全灭。若单片机处于有电状态,则程序一直循环下去,彩灯两点间隔移动时间为0.5秒。LED流水点亮电路图如下图三所示。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


                     图三    LED流水点亮电路

3.1.2TDA2030A音频功放电路

本次音频放大系统的电路,我们采用了TDA2030音频功率放大器为核心元件。它具有自身功耗低,外加元件少以及总谐波失真小等优点。因为声音是不同振幅不同频率的波,即交流信号电流,三极管的集电电流永远是基级电流的a倍。应用这一点,若将小信号注入基级,集电极流过的电流会等于基级电流的a 倍,然后将这个电信号用隔直电容隔离出来,就得到了电流(电压)是原来的a倍的大电流。这就是三极管的放大作用。经过不断的电流及电压放大,就实现了功率放大,从而实现了音频的功率放大。TDA2030A音频功放电路图如下图四所示。

 

                  图四  TDA2030A音频功放电路

  

 

4. 测试方案与测试结果

4.1 测量仪器

     计算器,万用表,记录笔,数据表等。

4.2 系统测试方法及测试数据

 

4.2.1硬件调试

  硬件调试部分主要是针对单片机的调试。在上电之前,要确保电路中不存在短路或者断路的情况,这是整个工作中调试的第一步,也是最重要的一步。在这一步骤中主要使用的工具是万用表,用来检测电路中是否有短路或者有断路的情况,注意焊点之间,确保焊点没有短接在一起,同时注意焊点的美观。在确保硬件电路正常且无异常情况下方可上电调试,其目的是检测电路是否接错,同时还要检验原理是否正确。在本次设计中,上电调试主要是检验单片机控制部分和音频转化电路硬件调试。上电后,按下手机键盘特定的键,发现各个按键对应的发音正确。

4.2.2 软件调试

  调试主要方法及技巧:通常一个调试程序至少具备四个性能:跟踪、断点、查看变量、更该数值。我们将各个子模块的分程序进行调试,发现各子程序正确且平稳运行,再将各子程序进行模块化编程,发现整个程序能进行平稳运行。

4.2.3仿真结果

  利用对电路进行仿真分析,电子琴的仿真电路如下图所示,由于音频功放电路采用了TDA2030芯片,使得音频放大没有杂音和更加稳定,进一步达到了实验效果。但也存在一定瑕疵:按键按下后,延迟一会才有声音。调试结果与预期基本一致。如图所示。

                     图五  电子琴电路仿真图

4.2.4 结果分析

  根据仿真结果可知,本次作品设计可以准确完成预期的要求。分别按下手机键盘上的“0、1、2、3、4、5、6”七个按键,音频放大器会分别发出“DO、RE、MI、FA、SO、LA、SI”七种音符,且可实现对音量的自由调节。

5. 总结

  经过五月份紧张的调试,整个作品基本已达到预期要求。我们从这次预选赛作品设计中受益匪浅,对单片机中的许多模块比如蓝牙模块,lcd模块有了更深入的学习,对dxp以及visio等绘制软件的应用掌握得更加熟练。在整个过程中,我们遇到了许多大大小小的问题,比如在经过一段时间的探索后绘制出的pcb板在焊对应元器件的时候,许多地方出现了虚焊、焊元器件时不小心将板上的铜焊掉落等问题,直接导致了lcd在调试的过程中显示屏无法显示信息等问题,经过队员用万用板逐一探视,最终一一解决。在基本完成了作品的软件和硬件调试后,我们又意识到了一个优秀的作品,不光要做到基本的功能的实现和内部的完美,也要注意作品的外在形象,故后期团队又自主设计并对本作品进行了外表上的包装,让整个作品变得“内外兼修”。总之,通过这次作品的制作,我认识到我们的工作是一个团体的工作,必须发扬团结合作的精神才能更加便捷地解决问题。

参考文献

[1]郭天祥.51单片机C语言教程[M] .电子工业出版社,2009.

[2]杨素行.模拟电子技术基础简明教程[M].高等教育出版社,2001.

[3]康华光,秦臻. 电子技术基础数字部分[M] .现代电子技术,2006.

 

 
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