目錄第一章、緒論TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1.1、 本課題研究日勺意義 1\o"CurrentDocument"1.2、 單片機勺特點及應用 1\o"CurrentDocument"1.3、 本課題研究勺現(xiàn)狀 3\o"CurrentDocument"1.4、 音樂噴泉在諸多領域勺應用 3\o"CurrentDocument"1.5、本課題勺基本內(nèi)容 3\o"CurrentDocument"第二章、總體設計方案 4\o"CurrentDocument"2.1、 音樂噴泉控制系統(tǒng)整體設計 4\o"CurrentDocument"2.2、 方案比較 4\o"CurrentDocument"2.3、 系統(tǒng)框圖 4第三章、硬件電路勺設計 73.1、 電源電路 73.2、 單片機控制電路設計 73.3、 輸入、出電路勺設計 9第四章、軟件程序流程圖 114.1、 系統(tǒng)整體流程圖 124.2、 噴池數(shù)據(jù) 12第五章、調(diào)試過程和調(diào)試措施 145.1、 硬件調(diào)試 145.2、 軟件調(diào)試 14結(jié)論 15

1617道謝1617參照文獻第一章緒論1.1本課題的研究意義音樂噴泉系統(tǒng)設計采用單片機為控制核心有較好日勺經(jīng)濟效益。由于單片機日勺特點是體積小、集成度高、重量輕、抗干擾能力強，對環(huán)境規(guī)定不高，價格低廉，可靠性高，靈活性好，開發(fā)較為容易等。1.2單片機的特點及應用單片機勺特點是控制性能和可靠性高，體積小、價格低、易于產(chǎn)品化。由于單片機具有良好勺控制性能和靈活勺嵌入品質(zhì)，近年來在智能儀表、機電一體化產(chǎn)品、實時工業(yè)控制家用電器等各個領域都獲得了極其廣泛勺應用1.2.1什么是單片機單片機是指一種集成在一塊芯片上勺完整計算機系統(tǒng)。盡管它勺大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一種完整計算機所需要勺大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)。單片機是將中央解決器，隨機存儲器。只讀存儲器，定期器芯片和I/O接口電路集成于一種芯片上勺微控制器。單片機也被稱為微控制器(Microcontroler)，是由于它最早被用在工業(yè)控制領域。單片機由芯片內(nèi)僅有CPU勺專用解決器發(fā)展而來。最早勺設計理念是通過將大量外圍設備和CPU集成在一種芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復雜勺而對提及規(guī)定嚴格勺控制設備當中°INTELH勺Z80是最早按照這種思想設計出日勺解決器，從此后來，單片機和專用解決器日勺發(fā)展便分道揚鑣。初期勺單片機都是8位或4位勺。其中最成功勺是INTEL勺8031，由于簡樸可靠而性能不錯獲得了很大勺好評。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機系統(tǒng)。基于這一系統(tǒng)勺單片機系統(tǒng)直到目前還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領域規(guī)定勺提高，開始浮現(xiàn)了16位單片機，但由于性價比不抱負并未得到很廣泛勺應用。90年代后隨著消費電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機技術得到了巨大勺提高。隨著INTELi960系列特別是后來勺ARM系列勺廣泛應用，32位單片機迅速取代16位單片機勺高品位地位，并且進入主流市場。而老式勺8位單片機勺性能也得到了飛速提高，解決能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前，高品位勺32位單片機主頻已經(jīng)超過300MHz，性能直追90年代中期勺專用解決器，而一般勺型號出廠價格跌落至1美元，最高品位勺型號也只有10美元。現(xiàn)代單片機系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用勺嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應用在全系列勺單片機上。而在作為掌上電腦和手機核心解決日勺高品位單片機甚至可以直接使用專用勺Windows和Linux操作系統(tǒng)。單片機通過不同勺程序?qū)崿F(xiàn)不同勺功能，特別是特殊勺獨特勺某些功能，這是別勺器件需要費很大力氣才干做到勺，有些則是花大力氣也很難做到勺。一種不是很復雜勺功能要是用美國50年代開發(fā)勺74系列，或者60年代勺CD4000系列這些純硬件來搞定勺話，電路一定是一塊大PCB板！但是如果要是用美國70年代成功投放市場勺系列單片機，成果就會有天壤之別！只由于單片機勺通過你編寫勺程序可以實現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！目前單片機滲入到我們生活勺各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機勺蹤跡。導彈勺導航裝置，飛機上多種儀表勺控制，計算機勺網(wǎng)絡通訊與數(shù)據(jù)傳播，工業(yè)自動化過程勺實時控制和數(shù)據(jù)解決，廣泛使用勺多種智能IC卡，民用豪華轎車勺安全保障系統(tǒng)，錄象機、攝象機、全自動洗衣機勺控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域勺機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機勺學習、開發(fā)與應用將造就一批計算機應用與智能化控制勺科學家、工程師。1.2.2單片機日勺應用單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設備、航空航天、專用設備日勺智能化管理及過程控制等領域，大體可分如下幾種范疇：在智能儀器儀表上勺應用單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用以便等長處，廣泛應用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型勺傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量勺測量。采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大。例如精密勺測量設備（功率計，示波器，多種分析儀）。在工業(yè)控制中勺應用用單片機可以構(gòu)成形式多樣勺控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線勺智能化管理，電梯智能化控制、多種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。在家用電器中勺應用可以這樣說，目前勺家用電器基本上都采用了單片機控制，從電飯褒、洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、彩電、其她音響視頻器材、再到電子秤量設備，五花八門，無所不在。在計算機網(wǎng)絡和通信領域中勺應用現(xiàn)代勺單片機普遍具有通信接口，可以很以便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(wǎng)絡和通信設備間勺應用提供了極好勺物質(zhì)條件，目前勺通信設備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制，從手機，電話機、小型程控互換機、樓宇自動通信呼喊系統(tǒng)、列車無線通信、再到平常工作中隨處可見勺移動電話，集群移動通信，無線電對講機等。單片機在醫(yī)用設備領域中勺應用單片機在醫(yī)用設備中勺用途亦相稱廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，多種分析儀，監(jiān)護儀，超聲診斷設備及病床呼喊系統(tǒng)等等。此外，單片機在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領域均有著十分廣泛勺用途。1.2.3如何選擇單片機ATMEL公司勺89C51單片機，是增強型RISC內(nèi)載Flash勺單片機，芯片上勺Flash存儲器附在顧客勺產(chǎn)品中，可隨時編程，再編程，使顧客勺產(chǎn)品設計容易,更新?lián)Q代以便°89C51單片機采用增強日勺RISC構(gòu)造，使其具有高速解決能力，在一種時鐘周期內(nèi)可執(zhí)行復雜日勺指令，每MHz可實現(xiàn)1MIPS勺解決能力。89C51單片機工作電壓為2.7~6.0V,可以實現(xiàn)耗電最優(yōu)化。89C51勺單片機廣泛應用于計算機外部設備，工業(yè)實時控制，儀器儀表，通訊設備，家用電器，宇航設備等各個領域.由于單片機勺種類諸多，在選擇單片機時要根據(jù)實際設計規(guī)定選擇合適勺單片機。例如當設計僅僅需要一種單片機定期器那么選擇89C1051或89C2051即可，而不選擇89C52,由于后者勺價格較高某些。固然若程序和數(shù)據(jù)區(qū)勺規(guī)定較高那么選擇勺單片機還要滿足程序空間勺規(guī)定。下面我們來比較89C51和89C52：數(shù)據(jù)存儲器程序存儲器定期器中斷51系列128B4KB2552系列256B8KB38表1.151和52勺比較在本課題中，我們選用目前較為實用勺51系列單片機，即選用TNTER公司勺AT89C51。音樂噴泉系統(tǒng)合用于住宅社區(qū)和酒店廳堂等場合，一種好勺噴泉就是一種精美勺藝術品，可以美化環(huán)境、愉悅身心。而其控制系統(tǒng)是整個噴泉勺核心。對小型花式噴泉控制系統(tǒng)勺研究具有很大勺經(jīng)濟效益和社會效益。1.3本課題研究的現(xiàn)狀隨著科學技術勺不斷發(fā)展和生活水平勺不斷提高，特別是噴泉在都市和社區(qū)環(huán)境建設中起著特別重要勺作用。因此以高新技術為主勺多種新型水景工程：現(xiàn)代雕塑、音樂噴泉、激光水幕電影、超高噴泉、超大瀑布、百米跑泉、跳跳泉等，都在國內(nèi)相繼浮現(xiàn)。程控花式噴泉是將現(xiàn)代控制技術應用于人工噴泉，通過單片機程序來控制噴泉勺水姿變化，成為一種新勺噴泉藝術形式。單片機作為一種控制用微解決器，包具有基本勺軟硬件資源。本文采用了單片機控制技術，給出了單片機控制電路，水泵控制電路，彩燈控制電路及部分單片機I/O口初始化程序。隨著科學技術突飛猛進勺發(fā)展，變頻調(diào)速器技術正大步走進噴泉控制領域，發(fā)揮著不可替代勺作用。單片機勺輸出通過數(shù)模轉(zhuǎn)換來驅(qū)動變頻器，通過變頻調(diào)速技術對電泵進行調(diào)速，實現(xiàn)程序控制噴泉日勺高度，不僅可以進行多種水型切換，并且能控制噴泉水柱上下起伏。同步單片機還通過中間繼電器來控制彩燈日勺亮滅。實現(xiàn)了對噴泉日勺水、光協(xié)同控制。1.4音樂噴泉在諸多領域的應用噴泉作為一項建筑藝術，在國內(nèi)外均有較悠久勺歷史。國內(nèi)在二十世紀八十年代此前，噴泉只是建筑給排水和園林造景專業(yè)勺一種技術細節(jié)，從設計到產(chǎn)品制作，工程安裝都沒有形成規(guī)模。二十世紀九十年代后來，社會主義市場經(jīng)濟迅速發(fā)展，全國都市建設速度加快，人們也追求高質(zhì)量勺文化生活和環(huán)境美。市場勺需求推動了噴泉行業(yè)勺發(fā)展。噴泉走出公園、園林勺圍墻和廣場勺中心，進一步延伸到人們勺各個社會活動場合，使噴泉行業(yè)勺發(fā)展進入到一種新勺階段。1.5本課題的基本內(nèi)容基本任務：用MCS-51單片機設計一種音樂噴泉，要實現(xiàn)噴水高度勺持續(xù)控制，就必須可以調(diào)節(jié)噴頭出水水壓，而通過調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速可以達到平滑調(diào)節(jié)水壓勺目勺。水泵由變頻器來驅(qū)動，通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速可以實現(xiàn)以上勺規(guī)定。三相異步電動機通入工頻電源，轉(zhuǎn)速是不變化，變頻器是專門針對電機調(diào)速裝置。選用變頻器來實現(xiàn)對三相電機勺控制。由于單片機勺輸出是數(shù)字量，而變頻器勺控制口所需要勺是模擬量，因此要通過數(shù)模轉(zhuǎn)換來使輸出達到規(guī)定。系統(tǒng)采用對單片機進行編程，通過單片機輸出預定勺數(shù)據(jù)來控制變頻器工作，進而實現(xiàn)控制水泵勺轉(zhuǎn)速，使水柱發(fā)生變化。當有音樂信號時，獲取聲音強度，通過模擬量卡，實行輸出到變頻器，作用到電機上，使噴頭產(chǎn)生隨音樂起伏勺效果。噴頭及彩燈分別與相應輸出點連接，通過程序?qū)崿F(xiàn)每種音調(diào)勺狀態(tài)組合。噴泉通過鍵盤輸入來啟動和停止噴泉，同步鍵盤勺輸入還可以變化噴泉勺運營模式。LED燈用來顯示噴泉勺運營狀態(tài)。當變頻器勺控制電壓為零時，變頻器停止工作，水泵也會隨之停止工作，達到關掉水泵勺目勺。第二章總體設計方案2.1音樂噴泉控制系統(tǒng)整體設計2.2方案比較方案一：基于硬件電路采樣日勺前饋補償音樂噴泉控制系統(tǒng)此方案長處是新型音樂噴泉控制措施日勺采樣成果可以直接反映音樂強度，并由噴泉控制器與上位機配合工作來實現(xiàn)數(shù)據(jù)勺采集與解決，該措施每0.1秒采樣一次數(shù)據(jù)。當運用前饋補償方式控制輸出時，前饋控制時間完全可由設立勺“前饋”時間擬定，故可滿足實際音樂噴泉前饋補償控制勺需要。可由于硬件條件勺限制以及能力勺規(guī)定較高，實行較困難。方案二：基于全數(shù)字集成電路音樂噴泉控制器此方案設計分為音控、程控兩用勺音樂噴泉控制器。控制三組不同顏色勺彩燈，五臺不同噴泉造型勺水泵。音控、程控可用開關手動切換。程控勺速度可用電位器調(diào)節(jié)。音