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第二章 音乐喷泉控制系统硬件设计
似，为三季放大电路，被广泛应用在低电压电子设备的音频放大电路中。三季放大电路分别为输入级、电压增益和电流驱动级共由10只晶体管组成。在这个三级放大电路中，第一级为差分放大电路是由T1-T6组成的。第二级是共射放大电路有T7构成，T7是放大管通过恒流源作为有缘负载以增加放大的倍数。
图2.2.1 LM386 封装形式及引脚定义
LM386的引脚功能如下表所示： 引脚1 GAIN 引脚2 –INPUT 引脚3 +INPUT 引脚4 GND
在LM386 的连接使用过程中需要注意，虽然在LM386 的使用范围非常广泛以及便捷，但是在器件的通点断电的瞬间以及有的时候在器件已经稳定工作的时候，或者在一些操作过程中都会出现不稳定的现象，这种现象的发生往往会伴随着噪音的出现。在连接的过程中引脚7的旁路电容是非常重要必不可少的，因为在实际的应用当中，引脚7 外接了一个电解电容连接大地，可以起到过滤噪声的作用。当增大这个外接电容的容值时，可以有效的减缓直流基准电压的商生和下降的速度，从而有效的减少噪声的产生。
增益设定 反相输入端 同相输入端 地 引脚5 Vout 引脚6 Vs 引脚7 BYPASS 引脚8 GAIN 输出 电源 旁路电容 增益设定 3
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图 2.2.2 音乐信号放大采集
2.2.2 采样定理
采样是指通过周期性的以一定间隔截取音频信号，将声波波形变换成一连串二进制数据即为数字信号的过程，如此便可得到一系列幅度发生变化的离散脉冲。原来在时间上连续的音频信号被这些离散的脉冲所替代，即将模拟信号在时间轴上离散化。如图 3.2.2 所示，将音乐的音频信号放大以后，要再进行数模转化，它以每秒上万次频率对音频信号进行采样处理输进计算机中，这一步骤称为对音乐信号的采样。为了使原始声音能够更加清晰的被重放出来，我们在对一段连续的音乐信号进行样本采集的过程中，需要是采样频率高于音频信号的频率，因为采样频率越高被采集的声波频率也就越高。那么为了达到这样的效果，我们在采样应当遵循采样定理的要求。“在进行模拟/数字信号转换时，应当满足采样频率fs不小于被采集信号最高频率fmax的两倍，则采样过后的数字信号才可以尽可能完整的保留原始信号里的信息”这称为香农采样定理。但一般在实际生活应用中，我们常常将采样频率设置为被采集信号的5-10倍，这样可以更好的放置频谱信号的混叠和信息的失真。例如如果要采集音频段在40Hz~5000Hz的一段音乐，那么我们应当将数/模转换器的采样频率设置为10kHz才可以。
2.3 单片机电路
单片机用采集来的音乐信号使I/O口通过输出来控制水泵和彩灯。本次设计的主要新品采用的是AT89C51内核的COMS8位单片机，它的优点是具有超强的抗干扰能力，高速并且低功耗。故系统的主控制器采用此方案。
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图2.3 89C51芯片
2.3.1 单片机的概述
AT89C51是 ATMEL美国公司设计生产的的一种带有4K字节flash存储器并且具有低电压，高性能CMOS 8位单片机，其可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）擦除次数达1000多次， AT89C51的功能有这样一下几种功能：第一是有4K byte 的闪速存储器，然后又128b字节的内部RAM，还有三十二个I/O的通信口线，同时拥有16位两个的定时器计数器，一个5向量量可两级中断的结构，双全工串行通信口一个，片内震荡器和时钟电路。同时，AT89C51可以进行同时拥有两种可选择模式的节电状态和降到0Hz的静态逻辑操作。另外一个特征为在CPU停止工作的状态下，其他的一些功能比如RAM,定时器和计时器，串行通信户口还有中断系统仍然可以继续工作下去。当单片机在工作状态下如果出现外部的所供电压不稳定时。会出现单片机的输出不正常的情况，此时设置掉电保护以后，一旦电压小于一定的值，单片机就会自动复位，并且重启程序，来保护RAM中的内容以防止单片机对外部电路的误操作。振荡器不工作的时候，当他停止工作的时候，其他的所有工作也会随之停止，直到经行下一路的工作。
单片机里有四个分为P0~ P3口的输出端口。P0口功能一为可做最基本的输入输出端口，有很强的带负载能力，同时在系统扩展时也可做为数据总线和第八位地址总线，还可作为访问外接扩展程序的内存是的数据总线和数模转化器ADC0809L连接的资料线。P1口、P2口带负载能力相对比教弱，当P2口需要用做访问外接内存器高八位的地址线时，P2口也不做为数据输入和输出口，剩下的P1口作为仅做资料输出口。同时P3口还有一些的不一样的独特的功能比如说
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对控制读写、串行通信的功能、外部中断等等，所以说P3口是不用做为数据输入输出端口的。 2.3.2 时钟电路的设计
单片机的正常运行需要一个时钟电路来提供支持，在单片机的内部存在着很多时序电路，他们由触发器来构成，当时钟电路发出信号以后，单片机开始进行工作，若没有时钟电路，那么单片机在完成一个动作以后就会达到一个稳定的状态，无法进行循环下一个动作。所以时钟电路的存在非常重要。单片机的时钟电路分为两种，一种为内部时钟电路，一种为外部时钟电路。内部电路为通过利用芯片里的震荡电路来产生时钟信号，而外部电路成为单片机的内部时钟电路是则是通过在单片机外部接上自激振荡器发出高频率的脉冲信号，然后在经过高分 频处理以后。
AT89C51芯片内部振荡器是由一个高增益的具有的反相放大器构成的。由XTAL1作为输入端，输出端为XTAL2的反相放大器分别可配置为片内的振荡器。一个稳定的自激便振荡器当两端和两个跨接石英晶体和电容时，如图2—13所示：
图2-13自激振荡器
2.4 AD转换电路
芯片的模拟电压由于其内部电源的输入和参考电压服用维持在0~5V范围内。同时芯片为了减少数据的误差提高稳定性和转换的速度，设置了双数据的输出，所用时间仅仅为32?s。也是因为其单独的芯片使能输入，让器件在挂接和处理器的控制方面更加的高效快捷。通过DI数据输入端使得通道功能的选择更加方便。
ADC0832的引脚的功能为ADC0832双列直插式封装然后共有一共28条引脚。
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