电子课程设计论文-激光无弦琴柱

1 电子课程设计实验报告电子课程设计实验报告 项项 目目 激光无弦琴 目录目录 摘要 1 关键词 1 Abstract 1 Keywords 1 一 引言 1 二 激光琴简介 1 三 激光琴原理 2 1 基本原理 2 2 功能结构原理 2 3 系统组成部分 2 4 工作原理 2 四 单片机原理说明 3 五 电路原理图 4 1 感光部分电路 4 2 发音电路 4 六 流程图 5 七 实验所需器材 5 2 八 电路实物图 6 九 改进方案设计 6 十 激光琴未来发展之路 6 十一 结束语 6 参考文献 7 附录 7 项目课题 无弦激光琴项目课题 无弦激光琴 摘 要 伴随着激光技术的发展和广泛应用 激光已不仅在农业 工业 医 疗上得到广泛应用而且激光在与电子技术结合也得到了很好的体现 利用 5 个 激光管发出的光束作为琴弦 利用单片机控制拨动激光琴弦时发出不同音调的 声音 当在激光照射时单片机读取光敏电阻的电压为低电平 令它的逻辑电平 为 0 当无激光照射时单片机读取光敏电阻的电压为高电平 令它的逻辑电平 为 1 因此当遮挡激光的光线时它就能在电路中产生开关的效果 因而 当我 们用手遮挡激光的时候对应的光敏电阻的电压为高电平 此时激光琴就会发出 声音 连续遮挡不同的激光管就能演奏出动听的音乐 关键词关键词 激光管 激光技术 激光琴 光敏电阻 Project The laser harp Abstract Along with the development and wide application of laser technology the laser has not only been widely used in the agricultural industrial medical and laser in combination with electronic technology has also been well represented We make the five beam emitted from the laser tube as the strings use of single issue and produce different tones of voice SCM detect photosensitive resistor at both ends is low when the laser irradiated so it s logical level 0 and the photosensitive resistor voltage read by the microcontroller when the laser irradiation is high so it logic level 1 Therefore when the laser light was covered it make an efficiency of the switch Thus when we block the laser by hands the resistance of the photosensitive resistor corresponding voltage is high the laser piano will sound and the laser tube will be able to play a fantastic music while covering different laser light 3 Keywords Laser tube Laser Technology Laser piano photosensitive resistor 一 引言一 引言 激光琴是一种没有琴弦的琴 逐渐代替琴弦的是一束激光光束 当你用手 去遮挡光束时 激光琴会发出相应音符的声音 和按不同琴键而发出不同音符 的声音一样 十分有趣 能够吸引读者的积极性 在把握光电效应的同时我们 更要掌握激光琴的原理和使用方法 激光琴主要是利用光电效应可以把光信号 转变为电信号 动作迅速灵敏 我们研究他的每一束光束由每一个激光点所发 出的不同音调和音色与普通的琴类所发出的音调和音色是否完全相同 每遮挡 一个光束时激光琴发出的声音与琴类的各个琴键或琴弦的所发出的声音与之相 对应 但由于本次设计用的是无源蜂鸣器 所以音色可能没有琴弦发出的声音 那么纯正 二 激光琴简介二 激光琴简介 激光琴是指一架没有琴弦的琴 取而代之的是激光光束 演奏者只需拨动 光束 便如同拨动了琴弦 就可演奏一段旋律 能给观众得到光和声相结合的 美感 与传统的琴类相比 激光无弦琴更能体现它的自动化和全能化 三 激光琴的原理三 激光琴的原理 1 基本原理 基本原理 在自然界 有些物质一经光照射 其内部的原子就会释放出电子 使物体的 导电性增加 原来电阻很大的材料 在光照下 电阻就会变得很小 这种现象 叫做光电效应 用这种材料可以做成光敏元件 对电路进行光控 利用光学控 制原理制作的激光琴 使得演奏者无需用手接触琴身 而只需用手遮住一束光 无弦琴就会发出声音 相当于拨动一根琴弦 经过不停地对光控制 可以 演 奏 出不同的音阶和乐曲 在日常生活中 激光琴可以作为游乐景点的休闲设 施供游人弹奏 而不用担心破坏琴键 不用担心染上细菌 2 功能结构原理 功能结构原理 激光琴是一种以光束作为琴弦的乐器 本次设计的激光琴较为简单 其结构 主要由 5 个激光管构成的发射部分 五个光敏电阻与 52 单片机构成的感应部 分和一个无源蜂鸣器构成的响应部分三部分组成 通过单片机串行口进行数据 传输 当用手挡住五根激光束中的一根时 蜂鸣器响起与之对应的五个音节中 的一个 连续遮住不同的激光束时能演奏出简单的音乐 3 系统组成部分 系统组成部分 整个激光琴系统分为发射 感应及响应三部分 1 发射部分 由五个激光管发出激光束模仿琴弦构成 激光管发射的集中且亮度较高的红外线有利于感应部分的光敏电阻较敏感地感 应光强变化从而产生较明显的阻值变化 2 感应部分 主要由光敏电阻和 AT89C52 单片机两部分部分组成 激光管发射的光束被挡住时 对应的光敏电阻感应并产生阻值变化 五个光敏 电阻组成的系统产生高低电位的变化 并由单片机读取光敏电阻高低电位变化 完成操作指令的输入 单片机根据指令信息来控制数据通过串行口传输数据 4 对其输入信号进行判断 然后对接蜂鸣器的 p3 7 口进行高低电平的赋值 使其 产生相应的反应 输出相应频率的方波 3 响应部分 主要是一个无源蜂鸣器 蜂鸣器根据单片机输出的不同频率方波输出不同的音 调 可以对应不同竖琴琴弦发出不同频率的声音 4 工作原理 工作原理 当有激光照射时 光敏电阻阻值变小 单片机读取光敏电阻的电压 此时 它为低电平 当无激光照射时 光敏电阻阻值变大 单片机读取光敏电阻的电 压 则这时它为高电平 这样 当遮挡激光的光线时 就能在电路中产生开关 的效果 人耳能听到的声音频率为 20Hz 至 20kHz 竖琴音符频率也应该在此范围 只是 不同的音符 有着自己固定的频率 通过 52 单片机自带的 16 位定时器 就可以产生上述音频 一般音乐电路是以正弦波信号驱动喇叭以产生音乐 而 在数位电路里则是以脉动信号驱动 例如竖琴的标准音 la 为 440Hz 通过计算 可知 它的半周期为 1136 s 这样 只要在半周期时跳变引脚电平 就可以 产生 440Hz 的方波了 再经过电声转换元件 蜂鸣器 就可以产生标准音 la 了 其他音符也是这样产生的 至于音调 如图为 C 调音阶表 包括高 中 低三个音阶 每个音阶为八 音度 每个音阶之间的频率相差一倍 四 单片机原理说明四 单片机原理说明 管脚功能说明 1 VCC 电源电压 2 GND 地 3 P1 口 P1 口是一个 8 位双向 I O 口 口引脚 P1 2 P1 7 提供内部上 拉电阻 P1 0 和 P1 1 要求外部上拉电 阻 P1 0 和 P1 1 还分别作为片内精密 模拟比较器的同相输入 ANI0 和反相输 入 AIN1 P1 口输出缓冲器可吸收 20mA 电流并能直接驱动 LED 显示 当 P 口引 脚写入 1 时 其可用作输入端 当引 脚 P1 2 P1 7 用作输入并被外部拉低时 它们将因内部的写入 1 时 其可用作 5 输入端 当引脚 P1 2 P1 7 用作输入并被外部拉低时 它们将因内部的上拉电 阻而流出电流 4 P3 口 P3 口的 P3 0 P3 5 P3 7 是带有内部上拉电阻 的七个双向 I O 口引脚 P3 6 用于固定输入片内比较器的输出信号并且它作为一通用 I O 引脚 而不可访问 P3 品缓冲器可吸收 20mA 电流 当 P3 口写入 1 时 它们被内 部上拉电阻拉高并可用作输入端 用作输入时 被外部时拉低的 P3 口脚将用上 拉电阻而流出电流 P3 口还用于实现 AT89C2051 的各种第二功能 如下表所列 P3 口还接收一些用于闪速存储器编程 和程序校验的控制信号 5 RST 复位输入 RST 一旦变 成高电平所有的 I O 引脚就复位到 1 当振荡器正在运行时 持续给出 RST 引脚两个机器周期的高电平便可 完成复位 每一个机器周期需 12 个振 荡器或时钟周期 6 XTAL1 作为振荡器反相器的输 入和内部时钟发生器的输入 7 XTAL2 作为振荡器反相放大器的输出 本制作并未涉及单片机较复杂的串口通信功能 只是把其接口单纯的用作 I O 口 五 电路原理图五 电路原理图 当激光管发射的光束被遮挡是 对应的光敏电阻感应并产生阻值变化 由于分 压的原理光敏电阻两端产生高低电位的变化 并由单片机检测读取 p1 口高低电 位变化 完成输入指令 单片机根据指令信息来控制数据 通过串行传输数据 引脚口 功 能 P3 0 RXD 串行输入端口 P3 1 TXD 串行输入端口 P3 2 INT0 外中断 0 P3 3 INT1 外中断 1 P3 4 T0 定时器 0 外部输入 P3 5 T1 定时器 1 外部输入 6 对其输入信号进行判断 然后对蜂鸣器的 p3 7 口进行高低电平的赋值 使蜂鸣 器发出不同频率的声音 1 感光部分电路 感光部分电路 感光部分的电路主要由 2 部分组成 分别为单片机电路 光敏电阻控制电路 等 光敏电阻控制电路 由 5 个光敏电阻共阴极组成 低电平有效 光被挡住时 向单片机输入指令数据 2 发音电路 发音电路 发音电路主要是由 PNP 型三极管和无源蜂鸣器组成的电路 六 流程图六 流程图 开始 读取电位 第 一 束 光 被 遮 住 第 二 束 光 被 遮 住 第 三 束 光 被 遮 住 第 四 束 光 被 遮 住 第 五 束 光 被 遮 住 蜂鸣器发出不同频率的声音 doremifaso 结束 七 实验所需器材七 实验所需器材 7 编号 零件名称 数量 1 11 0592MHz 晶振 1 2 10k 电阻 7 3 22uF 电容 2 4 光敏电阻 5 5 STC89C52 1 6 无源蜂鸣器 1 7 8550PNP 三极管 1 8 3V 激光管 5 9 电池盒 1 10 5V 稳压电源 1 11 万用板 1 12 插针 若干 13 插线 若干 八 电路实物图八 电路实物图 成品效果图 发射模块 接收和响应模块 九 改进方案设计九 改进方案设计 本次课程设计由于时间较为仓促 技术条件不成熟 能力有限 所以我们 选择利用单片机控制程序输出不同的频率来发出相应频率音调的方法设计激光 琴电路 考虑到时间延迟和发音不纯 存在噪音等影响 我们可以利用语音芯 片先将需要的语音录入芯片中 再通过单片机调用地址选择所要的声音输出 或者利用数电 模电技术 设计数字电路从混频声音中选出所需要波段的基频 信号 以上两种方法都可得到较为标准 没有杂音的音符输出 十 激光琴未来发展之路十 激光琴未来发展之路 1 体积更小 现阶段激光琴体积比较大 不易移动 未来的激光琴可能会越来 越小 便于携带 2 音符更准 激光琴是电子技术与激光技术的合成体 有一定的失真度 随着 科技的不断发展激光琴的音频也会得到大大的提升 3 激光琴的普及化 现阶段激光琴还在属于科技产品 掌握它的使用方法的人 还在很少 伴随着研究技术的成熟 激光琴使用会普及化 十一 结束语十一 结束语 8 经过不断的努力学习 研究和探索 我们终于完成了激光无弦琴的设计 在整个研究过程中 我们遇到了很多问题 有时也对一些问题进行了热烈的讨 论 最终达成了一致的意见 从这个研究的过程中 我们学到了很多东西 从 最初对激光琴的一无所知到最后能够对他有一个较好的认识 我们遇到了很多 难题 但都通过不断的查阅资料和在老师与同学的帮助下顺利解决 也体会到 只有不断的学习才能够很好地帮助研究新事物 参考文献参考文献 1 孙涛 周剑 李振 激光竖琴设计 D 山东大学毕业论文设计 2009 5 2 龚楚云 秦晨 孙璐 激光竖琴设计 Z 百度文库 2009 09 02 3 肖瀛 许如婷 激光竖的报道 Z 湖北轻工职业技术学院 2011 5 1