电子技术课程设计.doc

电子技术课程设计音乐彩灯控制器一、实验名称电子技术课程设计音乐彩灯控制器二、实验目的1、应用电路设计技术，通过设计、电路仿真、电路调试，设计制作满足设计要求的电路作品。2、复习数字电路、模拟电路、微机原理等相关课程学习内容。3、培养设计能力和实践能力，锻炼发现问题、解决问题的能力。三、实验设计要求音乐彩灯控制器是用音乐信号控制多组颜色的彩灯，利用其亮度变化反映音乐信号的强弱，从而使灯的变化规律与音频信号的规律及点评大小相对应，是一种将听信号转换为是信号的装置，用来调节听众欣赏音乐时候的气氛和情绪。1、设计内容设计一台音乐声响与彩灯灯光相互组合的彩灯控制电路。要求电路把输入的音乐信号分成高、中、低三个频段，并分别控制三种颜色的灯。每组彩灯的亮度随各自输入音乐信号大小分六个等级。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。2、设计要求高频段20003000Hz控制蓝灯； 中频段5001200Hz控制绿灯；低频段50200Hz控制红灯。四、课题分析及方案论证1、首先对输入信号进行放大，放大至合适的电压值。设计放大电路图如图1所示。2、对输入信号的频率范围进行鉴别。此时需要使用分频电路。此处对三个频率段均采用带通滤波电路进行频率鉴别，分为低、中、高三个频率段。设计带通滤波器如图2所示。此处以中频段为例，计算元器件参数。按照公式f=1/(2RC)来选取合适的电阻R值与电容C值，其中f为频率。3、对滤波电路的输出信号进行整流，变交流为直流。为简化设计，设计整流电路如图3所示。4、将得到的直流信号与控制信号进行逻辑运算，使得作用在彩灯开关三极管基极上的电压信号占空比随着电压值变化，从而实现灯光的明暗变化。设计电路，如图4所示。5、设计一个10毫伏电压比较电路，如果输入电压值小于10毫伏，则该电路输出逻辑高，使得灯光开关始终闭合，即全亮。首先将信号再一次放大，然后将其整流为直流信号，送入比较器进行比较，给出控制信号。设计比较电路，如图5所示。6、阶梯波发生电路。设计要求根据音乐信号的大小控制彩灯的亮度。因而想到用一节梯波发生器产生6个阶梯，作为参考电压与音乐信号进行比较，从而决定了比较器输出的高电平的个数，最终由平均电压大小来控制灯的亮度。每次不同的个数，将灯的亮度分为6个程度，满足设计要求。此处选用计数器74LS161构成六进制计数器，对应于每一个数（一共六个数），产生出一定值的电平，这样一共六阶电平，即阶梯波。设计图如图6所示。7、为了给整个电路供电（+、5V直流电），需要设计一个直流电源。 此处采用集成稳压器W7805与W7905产生+、5V直流电压。设计稳压直流电源如图7所示。8、为了给整个电路提供时钟，需要设计一个时钟源。此处利用1MHz晶振产生脉冲序列，其后对其进行分频，产生6250Hz脉冲序列。时钟源电路设计如图8所示。五、仿真电路图及结果1、放大电路图如图9所示。通过调节滑线变阻器可以按照要求调节放大倍数以适合要求。图9放大电路图2、带通滤波器仿真电路（以中频段为例），如图10所示。第一级为高通滤波器，第二级为低通滤波器。通过理论计算，选择参数，仿真效果良好。其后的实验当中，也实现了较好的滤波。仿真结果如图11所示。图11（a）所示为测试输入，图11（b）所示为输出波形。可以看到，1500Hz的信号几乎无衰减地通过了滤波电路。图10 滤波电路图11（a）测试输入图11（b）输出波形图3、整流电路仿真图，如图12所示。整流效果如图13所示。图12 整流电路图13 整流输出波形4、灯光开关控制电路仿真图，如图14所示。图14 灯光控制电路5、10毫伏电压鉴别电路仿真图，如图15所示。前一级为放大电路，因为10毫伏电压信号比较小，所以还需要继续放大。接着，将其整流为直流。最后，送入比较器进行比较，给出控制信号。仿真结果如图16所示。当输入小于10毫伏时，输出为高电平；当输入高于10毫伏时，输出为低电平。图15 10毫伏信号鉴别电路图16（a） 输入为5毫伏，输出为高电平图16（b） 输入高于10毫伏，输出为低电平6、阶梯波发生电路仿真图，如图17所示。其输出如图18所示。图17 阶梯波发生电路图18 阶梯波波形图7、电压源于时钟源电路未进行仿真，通过查阅资料，设计电路基本符合要求。七、实验结果及分析1、滤波效果图，如图19所示。可以看到，中频段信号顺利通过，而在其他频段则被予以衰减。图19（a）图19（b）图19（c）2、10毫伏鉴别电路效果图，如图20所示。可以看到，该电路符合要求。图20 10毫伏鉴别电路效果图3、调节输入电压值，输出信号的变化，如图21所示。可以看到，对于不同电压值，占空比随之改变，因而灯开通时间变化，也就是其亮度变化。图21（a）图21（b）八、心得体会通过这一次设计，我们学到了许多的知识，感觉十分充实。首先，我们复习了滤波电路。通过设计，更加熟悉了滤波电路的工作原理。最后通过实验验证与理论分析的对比，更深入地理解理论知识与实际操作相结合的重要性。因而，在以后的学习当中，我们会更加重视实验的作用。其次，通过设计这个音乐彩灯控制电路，体会到模块化设计的优点。在这个思想的指导下，我们首先分析课题，接着划分功能模块，再对各个模块进行设计、仿真、测试、修改等，最后再将各个模块组合在一起进行系统联调。这样的设计过程，确实很有目的性。又因为划分了模块，可以将这些模块分给不同的人负责设计，这样做，提高了设计效率。总之，我们对于模块化设计的思想，有了进一步的体会。最后，这次设计作为一个小工程，锻炼了我们实际操作的能力。有利于工程素养的培养，