1、谢 辞17参考文献18附录一 元件清单19附录二 原理图20附录三 PCB图22第一章 方案设计1.1 课程设计项目名称基于单片机的声控彩灯设计 1.2 项目设计目的及技术要求 1. 选择合适传感器； 2. 选择合适放大器及A/D转换器件； 3.单片机根据音频信号大小驱动LED亮灭； 4. 可调拾音灵敏度； 5. LED的个数、造型自定； 1.3设计方案选择及论证方案一：使用MIC采集声音之后用LM386放大，之后通过比较器，最后交给AT89S52分析处理来驱动LED发光。其框图如图1-1所示。单片机控制电路发光LEDMIC采集比较器LM386放大图1-1方案二：基于NE5532运放放大音频信
2、号，交给AD进行模数转换，输出结果送至控制电路，从而驱动LED发光。本方案主要是通过NE5532来放大音频信号，稳压电路使输入AD的电压保持在0到5V范围。其硬件构成框图如图1-2所示。MIC采集声音滤波稳压电路解调电路NE5532放大电路 AT89S52单片机AD模数转换复位电路时钟直流5V电源电路供电信号LED彩灯图1-2单片机彩灯循环控制系统硬件框图1.4方案选择方案一中,电路相对简单，制作相对较容易点，成本也相对较低。但LM386放大倍数最多只有200倍，达不到要求或实现困难。采用方案二其优点是电路集成度高，工作原理简单，清晰明了，自定义编程，移植性好等。综上，显然方案二各方面优越于方
3、案一，以及为了体现专业优势，本次设计采用第二种方案。第二章 相关芯片介绍2.1 NE5532放大器1、芯片介绍NE5532/SE5532/SA5532/NE5532A/SE5532A/SA5532A是一种双运放高性能低噪声运算放大器。 相比较大多数标准运算放大器，如1458，它显示出更好的噪声性能，提高输出驱动能力和相当高的小信号和电源带宽。这使该器件特别适合应用在高品质和专业音响设备，仪器和控制电路和电话通道放大器。如果噪音非常最重要的，因此建议使用5532A版，因为它能保证噪声电压指标。2、主要特性小信号带宽：10MHZ 输出驱动能力：600，10V有效值 输入噪声电压：5nV/Hz（典型
4、值） 直流 电压增益：50000 交流电压增益：2200-10KHZ 功率带宽： 140KHZ 转换速率： 9V/s 大的电源电压范围：3V-20V 单位增益补偿3、引脚说明26581734NE5532图2-1 NE5532 8脚引脚图1脚：第一个放大器的输出端2脚：第一个放大器的反相输入端3脚：第一个放大器的同相输入端4脚：接负电源或接地5脚：第二个放大器的同相输入端6脚：第二个放大器的反相输入端7脚：第二个放大器的输出端8脚：接正电源端 2.2 AT89S52 1、芯片介绍AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司
5、高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/
6、计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 2、主要特性l 与MCS-51单片机产品兼容l 8K字节在系统可编程Flash存储器l 1000次擦写周期l 全静态操作：0Hz33Hzl 三级加密程序存储器l 32个可编程I/O口线l 三个16位定时器/计数器l 八个中断源l 全双工UART串行通道l 低功耗空闲和掉电模式l 掉电后中断可唤醒l 看门狗定时器l 双数据指针l 掉电标识符 图2-2 AT89S52引脚图VCC：电源电压输入端GND：电源地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TT
7、L门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被
8、内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口除了作
9、为普通I/O口，还有第二功能：P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（T0定时器的外部计数输入）P3.5 T1（T1定时器的外部计数输入）P3.6 /WR（外部数据存储器的写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器的读选通）I/O口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。读端口时实际上并不从外部读入数据，而是把端口锁存器的内容读入到内部总线，经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线。89C51的P0、P1、P2、P3口作为输入时都是准双
10、向口。除了P1口外P0、P2、P3口都还有其他的功能。 RST：复位输入端，高电平有效。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。ALE/PROG：地址锁存允许/编程脉冲信号端。当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作
11、用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。PSEN：外部程序存储器的选通信号，低电平有效。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。EA/VPP：外部程序存储器访问允许。当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源。XTAL1、XTAL2:片内振荡器反相放大器和时钟发生器的输入、输出端
12、。2.3 ADC0809ADC 0808和ADC 0809除精度略有差别外（前者精度为8位、后者精度为7位），其余各方面完全相同。它们都是CMOS器件，不仅包括一个8位的逐次逼近型的ADC部分，而且还提供一个8通道的模拟多路开关和通道寻址逻辑，因而有理由把它作为简单的“数据采集系统”。利用它可直接输入8个单端的模拟信号分时进行A/D转换，在多点巡回检测和过程控制、运动控制中应用十分广泛。 主要技术指标和特性（1）分辨率： 8位。（2）总的不可调误差： ADC0808为0.5LSB,ADC 0809为1LSB。（3）转换时间： 取决于芯片时钟频率，如CLK=500kHz时，TCONV=128s。
13、（4）单一电源： +5V。（5）模拟输入电压范围： 单极性05V；双极性5V,10V（需外加一定电路）。（6）具有可控三态输出缓存器。（7）启动转换控制为脉冲式（正脉冲），上升沿使所有内部寄存器清零，下降沿使A/D转换开始。（8）使用时不需进行零点和满刻度调节。（1）IN0IN78路模拟输入，通过3根地址译码线ADDA、ADDB、ADDC来选通一路。（2）D7D0A/D转换后的数据输出端，为三态可控输出，故可直接和微处理器数据线连接。8位排列顺序是D7为最高位，D0为最低位。（3）ADDA、ADDB、ADDC模拟通道选择地址信号，ADDA为低位，ADDC为高位。地址信号与选中通道对应关系如表1
14、1.3所示。（4）VR（+）、VR（-）正、负参考电压输入端，用于提供片内DAC电阻网络的基准电压。在单极性输入时，VR（+）=5V，VR（-）=0V；双极性输入时，VR（+）、VR（-）分别接正、负极性的参考电压。图2-3 ADC0808/0809外部引脚图（5）ALE地址锁存允许信号，高电平有效。当此信号有效时，A、B、C三位地址信号被锁存，译码选通对应模拟通道。在使用时，该信号常和START信号连在一起，以便同时锁存通道地址和启动A/D转换。（6）STARTA/D转换启动信号，正脉冲有效。加于该端的脉冲的上升沿使逐次逼近寄存器清零，下降沿开始A/D转换。如正在进行转换时又接到新的启动脉冲
15、，则原来的转换进程被中止，重新从头开始转换。（7）EOC转换结束信号，高电平有效。该信号在A/D转换过程中为低电平，其余时间为高电平。该信号可作为被CPU查询的状态信号，也可作为对CPU的中断请求信号。在需要对某个模拟量不断采样、转换的情况下，EOC也可作为启动信号反馈接到START端，但在刚加电时需由外电路第一次启动。（8）OE输出允许信号，高电平有效。当微处理器送出该信号时，ADC0808/0809的输出三态门被打开，使转换结果通过数据总线被读走。在中断工作方式下，该信号往往是CPU发出的中断请求响应信号。4、工作时序与使用说明ADC 0808/0809的工作时序如图2-4所示。当通道选择
16、地址有效时，ALE信号一出现，地址便马上被锁存，这时转换启动信号紧随ALE之后（或与ALE同时）出现。START的上升沿将逐次逼近寄存器SAR复位，在该上升沿之后的2s加8个时钟周期内（不定），EOC信号将变低电平，以指示转换操作正在进行中，直到转换完成后EOC再变高电平。微处理器收到变为高电平的EOC信号后，便立即送出OE信号，打开三态门，读取转换结果。图2-4 ADC 0808/0809工作时序模拟输入通道的选择可以相对于转换开始操作独立地进行（当然，不能在转换过程中进行），然而通常是把通道选择和启动转换结合起来完成（因为ADC0808/0809的时间特性允许这样做）。这样可以用一条写指令
17、既选择模拟通道又启动转换。在与微机接口时，输入通道的选择可有两种方法，一种是通过地址总线选择，一种是通过数据总线选择。如用EOC信号去产生中断请求，要特别注意EOC的变低相对于启动信号有2s+8个时钟周期的延迟，要设法使它不致产生虚假的中断请求。为此，最好利用EOC上升沿产生中断请求，而不是靠高电平产生中断请求。第三章硬件设计3.1、驻极体电容传声器驻极体话筒的工作原理是这样的：当驻极体膜片遇到声波振动时，就会引起与金属极板间距离的变化，也就是驻极体振动膜片与金属极板之间的电容随着声波变化，进而引起电容两端固有的电场发生变化（UQ/C），从而产生随声波变化而变化的交变电压。由于驻极体膜片与金属
18、极板之间所形成的“电容”容量比较小（一般为几十波法），因而它的输出阻抗值（XC=1/2fC）很高，约在几十兆欧以上。这样高的阻抗是不能直接与一般音频放大器的输入端相匹配的，所以在话筒内接入了一只结型场效应晶体三极管来进行阻抗变换。通过输入阻抗非常高的场效应管将“电容”两端的电压取出来，并同时进行放大，就得到了和声波相对应的输出电压信号。3.2NE5532放大电路如图为NE5532音频放大电路，3管脚接输入，双电源供电，输出经过R3和R4构成负反馈电路。反馈增益为：Av=1+R3/R4，增益可调，最大值约为1+10000/22=455倍图3-1NE5532放大电路3.3限幅电路如图3-2为二极管
19、限幅电路。为串联式二极管下限限幅电路。输入信号经二极管D4流入VCC，当输入电压大于VCC，则D4导通，其电阻非常小，所以信号电压值被拉低了，约等于VCC。输入电压下限由D3确定，当电压为负值，则D3导通，输入电压被拉高，相当于接地。当然，二极管有一定的压差，其电压应该为-0.7V到5.7V。图3-2 限幅电路3.4 上电复位电路上电复位电路如图所示，是利用外部复位电路实现。 振荡器启动时间不超过10ms。在加电情况下，这个电可以使单片机复位。按键手动复位又分按键脉冲电平复位和按键电平复位，如图3-3。电平复位将复位端通过电阻与Vcc相连，按键脉冲复位是利用RC分电路产生正脉冲来达到复位的。在
20、按键电平复位和按键脉冲复位两种简单的复位电路中，干扰易串入复位端，在大多数情况下，不会造成单片机的错误复位，但会引起内部寄存器错误复位，这里可在复位端引脚上接一个去藕电容。需说明的是，如复位电路中R、C的值选择不当，使复位时间过长，单片机将处于循环复位状态。复位电路：确定单片机工作的起始状态，完成单片机的启动过程。单片机系统的复位方式有上电自动复位和手动按键复位。本设计采用手动按键复位，该复位方式同样具有上电自动复位功能。电路如下图所示。图3-3 复位电路3.5 时钟电路：本系统采用单片机内部方式产生时钟信号，用于外接一个12MHz石英晶体振荡器和2个30pF微调电容，构成稳定的的自激振荡器，
21、其发出的脉冲直接送入内部的时钟电路。图3-4时钟电路3.6LED彩灯显示电路LED彩灯显示电路（如图所示）实际上是由8个发光二极管和8个电阻构成的电路。发光二极管与电阻对应串联,然后接在与之相对应的P0口上。而P0口不能直接驱动，所以P0口要接上拉电阻。由于发光二极管的导通电压一般为1.7V以上，另外，他的工作电流根据型号不同一般为1mA到30mA，电阻选择范围100欧姆3千欧姆在此我们这里选用330欧姆的电阻。图3-5LED彩灯显示电路3.7串口电路串口电路为单片提供与PC机连接端口，为单片机提供下载程序到单片机程序存储器中。串口原理图如图所示。串口也称串行通信接口，RS-232是目前最常用
22、的一种串行通讯接口，由于其形状和针脚数量的原因，其接头又被称为DB9接头。RS-232针脚定义: 2 RXD Receive Data 接收数据 、3 TXD Transmit Data 发送数据 、5 GND System Ground 系统接地，一般就用到这几个引脚。AT89S52单片机可以通过串口下载，也可以采用USBASP下载口进行程序烧写，可以随时在线编程，具有热拔插特性。USBASP是一种基于ATMEL公司的AVR系列RISC单片机的高速性质和一个由纯软件的USB通信协议栈而USBASP构成的一个可以向51系列,AVR系列单片机下载（烧写）程序的下载器。图3-6串口原理图第四章 软
23、件设计4.1设计程序流程图单片机的应用系统由硬件和软件组成，上述硬件原理图搭建完成上电之后，我们还不能看到彩灯随音量大小变化的现象，我们还需要告诉单片机怎么样进行控制，即编写程序控制单片机管脚电平的高低变化，来实现发光二极管的明灭。软件编程是实现彩灯随音量大小变化的一个重要的组成部分，是本设计的重点和难点。具体流程图如下图所示。开始初始化启动AD读P3口转换结束数据处理驱动LED延时显示YesNO图4-1 程序流程图4.2主程序代码及注释 ORG 0000H AJMP STARTSTART: MOV P1,#0FFH ；初始状态全灭ACALL DIS MAIN: ACALL AD_CHANGE
24、 ；调用AD转换子程序 ACALL GONE ；调用数据处理子程序 ACALL DIS ；调用延时子程序AJMP MAIN ；跳转，继续采集 AD_CHANGE: CLR P2.0 ；START=0 CLR P2.1 ；OE=0 CPL P2.0 ；让START产生一个脉冲 CPL P2.0WAIT: JNB P2.2,WAIT ；查询EOC，直到出现高电平 CPL P2.1 ；OE=1，输出允许 MOV A,P3 ；读P3口数据 MOV 40H,A ；保存RETGONE: MOV A,40H CLR CSUBB A,#25 ；小于0.5V（25是0.5V左右），跳转到 JC LP0SUBB A,#25 ；小于1V，跳转到LP1JC LP1SUBB A,#25JC LP2JC LP3JC LP4JC LP5JC LP6JC LP7AJMP
