数电课程设计报告电子技术课程设计题目名称：音乐彩灯控制器1.设计任务和要求(1) 任务设计一种组合式彩灯控制电路，该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设计实验。

(2) 要求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，另一部分灯点亮。

摘要随着现代社会经济的飞速发展和夜市的兴起，各种彩灯装饰层出不穷，给城市的夜间带来绚丽的色彩。

夜间漫步于城市的每一个角落，触目可及变幻莫测、摇曳生姿的各式彩灯，无一不诱惑着人们好奇的双眼。

门面店铺灯光装潢大都采用时明时暗或部分循环点亮的流水模式，有新意的要属那些旋转上升变化的广告装饰灯。

在公园里有树状的彩灯，它从底部开始亮起，然后快速沿枝干向上窜升，到达顶端后向各处散开，远远望去犹如仙女散花，煞是好看。

有音乐的娱乐场所，比如说舞厅，酒吧间和咖啡厅的彩灯会随着悠扬的音乐闪烁生辉，这些场所的灯光一般比较幽暗，更加显得彩灯扑朔迷离、捉摸不定，一如可望而不可即的魑魅。

而气势磅礴、规模宏大的当然是大型的节日彩灯，把许多组彩灯进行不同的组合，便得到花样众多的主题字型或代表喜庆吉祥的图案。

这些彩灯不仅增添了节日的气氛，而且丰富了人们多姿多彩的生活。

本文介绍的彩灯控制器是一种组合式彩灯控制电路。

声控彩灯是音乐声响与彩灯灯光的相互组合，使音乐的旋律伴以亮度、颜色和图案不断变换的灯光，使人的视觉和听觉结合在一起获得综合的艺术享受。

本设计伴随音乐的节奏、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：设计音乐信号放大电路；设计滤波电路，实现音乐的音调控制彩灯；555基本电路构成单稳态实现音乐大小控制彩灯；555基本电路构成多谐电路实现音乐节奏控制彩灯。

其次本文还详细阐述了音乐彩灯控制器的结构和功能，并对各组成部分的工作原理进行了比较详细的分析，而且对各组成部分的附加元的参数设定也做了较为严密的计算。

关键字：音乐的强弱节奏音调彩灯控制器整流滤波高低通滤波 555基本电路一．方案设计(1) 设计思路根据课题要求，本控制器可分别用三部分电路实现。

①音乐的节奏往往由乐队的鼓点来体现，实质上它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（或称时间顺序控制器），使相应的彩灯按节奏点亮和熄灭。

②为实现声音信号强弱的控制，应该将声音信号变成电信号，经过放大、整流滤波，以信号的平均值驱动彩灯发亮。

信号强，则灯的亮度大，且点亮灯的数目增多。

③为实现高、低音（不同频率信号）对彩灯的控制，采用高、低通有源滤波电路。

低通滤波器限制高音频信号通过，而高通滤波器限制低音频信号通过，分频段输出信号，经过放大驱动相应的发光二极管点亮。

(2) 控制器原理框图① 采用运算放大器或555定时器构成多谐振荡器，产生矩形波信号作为计数器的时钟脉冲。

② 计数器输出经译码器可得多路译码输出信号，再通过驱动器使相应的彩灯点亮。

③ 采用动圈式话筒或者扬声器，将声响信号变成电信号输出，并经放大器将其放大。

由于音频信号的频率高于发光元的响应频率，为使发光元有适当的显示时间，可加入延时电路，减少发光元闪烁现象。

④ 人耳听觉范围的信号频率在20Hz-20kHz，为简单起见，可将音频信号分成两个不同频段，分别用低、高通滤波器来区分这两段频率信号，然后经驱动电路使音响放大器的设计。

控制器原理图二．具体方案的分块实现 .1.节奏控制彩灯1.1乐节奏控制彩灯的工作原理.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。

我们的目标是要彩灯按照节奏依次闪亮。

因此，设计了一个多谐振荡器，由音乐信号调谐，产生计数脉冲，使彩灯循环点亮的速率随音乐的节奏而改变。

有了节奏脉冲，还应有相应的计数器和译码器，这样才能依次点亮彩灯。

当绿色的LED点亮时，由于脉冲电流过大所以还需要限流电阻保护LED。

由于在触发节奏脉冲的电压比输出的音频信号大，所以还需要一个音频放大电路。

电源与上电路公用一个。

电路工作原理：音频信号输入后经过放大电路放大后进入多谐振荡调制其频率，多谐振荡产生出脉冲信号后送计数器计数后译码，再送入驱动电路驱动绿色的LED彩灯闪亮。

图1-1节奏流程框图1.2音乐节奏控制彩灯的实现1.2.1音乐节奏控制彩灯的主要参数计算1、音频放大电路放大电路使用共集电极放大：工作电压为12V，三极管为9014，9014的放大倍数在100~1000 ,而b-e极电压小于0.7V才能饱和导通，所以用1M的电阻使电压适合于三极管的放大。

由于9014承受的最大电流,。

2、无稳态电路图1-2 无稳态电路该电路工作电压设为12V，当远远大于时，,此时输出的波形为理想对称的方波，所以使用的可变电阻，这样实现了方波，也使可以调节电路的灵敏度。

C1在充、放电过程中，其电压在的1/3到2/3之间变化，所以时基电路3脚输出高电平的时间可用以下式表示（即充电周期），即3脚输出低电平时间（即放电周期）: 振荡周期：振荡频率为：输出脉冲占空比：根据以上公式可以求出、、，由于电容在市场上的型号不多。

所以就选相近的,。

3 其他电路 CD4017的供电的电压为3V～15V为了方便电源供电就选用12V作为供电电压。

LED的供电电压为3V，电流为15mA，所以要串联一个稳压电阻，由基尔霍夫定理得：U-U=U, 所以=600Ω1.2.2音乐节奏控制彩灯总电路实现三极管构成放大电路,放大后送振荡电路。

用NE555够成自激振荡器送出方波，即是脉冲信号，计数器和译码器用CD4017，他集成了计数和译码两项功能，减小了电路，节约了成本，经过限流电阻使绿色的LED发光。

图1-3节奏电路图用BJT晶体管Q1组成音频放大器，他将音频信号加以放大，然后通过电容C2，滑动变阻器R3加到ME555时基电路的5脚，对555构成的振荡器进行调制。

CD4017为十进制计数器，其CP端输入的计数脉冲来自NE555时基电路组成的多谐振荡器。

当CP端源源不断地输入计数脉冲时，它的输出端Q1-Q9就依次循环输出高电平。

使彩灯LED1～LED10依次点亮。

调节滑动变阻器，因改时基电路的振荡频率，故使彩灯LED1～LED4的循环速率。

音频信号经过放大、通过RP2加到A1的5脚，因改变5脚电平的高低，使555的阀值翻转，电平发生变化，即对振荡器频率进行调制，亦使U1的振荡频率随音乐的频率而变化，所以LED1～LED4的循环点亮的速率又随音乐的节奏而改变。

调节的阻值，则可调节电路的灵敏度。

2.音乐的音量强弱控制彩灯的工作原理音乐的音量强弱，是原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，所以在他达到波峰时说明他的音乐大。

在波谷是他就小，所以就需要设计一个触发电路，由声音的强弱控制，根据要求使用了NE555时基电路中的单稳态电路，触发后驱动红色的LED发光二极管发光。

但由于音频电压过小，所以还要重新设计一个放大电路。

图2-1音乐的音乐强弱2.1乐的音量强弱控制彩灯的电路实现.2.1.1电源电路设计单稳态电路的工作电压在3～18V之间，选取12V电压为电源电压，所以设计时使用220V交流电压经过变压后得到12V的交流电压，再经过桥式整流、整流滤波后由三端稳压7812稳压为12V，供给各个电路元使用。

1．电源电路结构常见小功率直流稳压电源系统由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路等四部分组成，如图2-2所示。

图2-2电源电路结构图稳压电路根据调整元类型可分为电子管稳压电路、三极管稳压电路、可控硅稳压电路，集成稳压电路等。

根据调整元与负载连接方法，可分为并联型和串联型。

根据调整元工作状态不同，可分为线性和开关型稳压电路。

本电路主要采用集成三端稳压电路。

图2-3电源电路2.1.2 电源电路的参数计算（1）桥式整流二极管参数计算正向平均电流：最大反向电压：（2）滤波电容参数：取C2=1000μF 电容耐压：取V,故电容参数为C:1000μF/25V。

通过稳压管7812后稳压为12V，提供给各个电路。

2.1.3放大电路由于555单稳态电路是低电平触发，所以设计时采用了反向放大，三极管起反向作用，放大电源由可得如图2-5所示。

图2-5 放大电路 VT（9014）b-e极承受的极限电压在0.7V，最大电流为0.1A，所以根据基尔霍夫定理得：U-U=U U-IR=U 可得：=330K RP为调谐电阻，由于单稳态电路的触发电压在Vdd/3左右，所以调整555的2脚电压在Vdd/3 上下波动，这样才能是单稳态电路触发，由于电阻可变放大倍数不用计算，VT(9014)的放大倍数在100～1000之间足以使电压达到单稳态所需的Vdd/3 =4V。

图：2-7放大电路仿真图 3．单稳态电路：图2-7单稳态电路由于电容的容量和耐压不好选，所以就先选电容为，设单稳态的暂态时间为。

根据公式：得所以取5k 4.限流电阻的计算由于的 脚电压为2V，LED的承受电流为30mA，取的最大取值为：===667Ω=680Ω2.1.4音乐的音量强弱控制彩灯的电路图的设计实现设计电源电路为了NE555提供稳定的直流电源12V；设计NE555时基电路构成单稳态触发电路，经过限流电阻，点亮电路用红色LED发光二极管。

图2-8音乐的音量强弱的电路图音频输入后，经过由VT组成的音频放大器电压放大。

555时基电路与电阻、电容接成典型的但问他了工作模式，由于、的取值较小，所以暂态时间非常短，。

限流电阻构成保护电路，去驱动红色的LED闪亮。

音频输入时，经VT反向放大，使时基电路2脚电平在1/3V上下波动。

当电位不大于1/3V 时，时基电路置位，进入暂态，3脚输出高电平，晶闸管导通，红色的LED发光。

由于暂态时间很短，很快又翻回稳态，红色的LED彩灯熄灭，也就是说彩灯不会有停滞状态，它能随时基电路的2脚电平即音频电信号的变化而变化。

当变阻器的电阻越小，静态时555的2脚电平越高，电路的声控灵敏度就越低，所以根据需要调节变位器。

3.调高低控制彩灯 3.1 音调高低控制彩灯的工作原理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，以方便驱动蓝色LED 彩灯发光。

音调即是声音中的高音和低音，我们人类能识别的声音频率20～20,所以设置1以上为高音、以下则为低音，所以要一个高低音滤波器去驱动彩灯发光。

放大电路就和上面电路公用，电源公用一个。