STC12C5A60S2单片机的音乐喷泉控制系统的设计+源程序(3)
P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可以接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入时，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流(ILL)，也是因为上拉的原因。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口：
P3.0 RXD(串行输入口)
P3.1 TXD(串行输出口)
XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入；
XTAL2：来自反向振荡器的输出；
3.1.2 时钟电路的设计
STC12C5A60S2芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器。如下图3所示：
图3 自激振荡器
3.2 音乐信号的采集
本文的研究针对的是采用外部音源的喷泉系统，因此在对音乐信号进行特征识别前首先要完成对模拟音乐信号的采集。音乐信号的采集主要包括音频放大和A/D转换两个过程，由于STC12C5A60S2自带8路高速10位A/D转换[12]。所以下面只对音频放大电路进行分析。
3.2.1 音频放大电路的设计
外部音源信号的幅度一般较弱，因此必须要对原信号进行放大处理后才能送入A/D转换器。本文选择了LM386芯片设计音频放大电路。LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、更新内链增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点的功率放大器。输入端以地为参考，同时输出端 被自动偏置到电源电压的一半。它使用了10只晶体管构成了输入级、电压增益和电流驱动级。在电子设备的音频放大电路设计中应用非常广泛。在LM386的1脚和8脚之间串接一个10 uf的电容和一个2K的电阻，放大电路的增益能增益将在20至200之间可任意调节。经过放大电路的音频信号就送入A/D转换器进行采样，这里A/D转换器要设置为双极性，即能接收负信号。采集图如下图4：
图4 音乐信号放大采集
3.3 水泵驱动硬件方案设计
本系统采用的水泵为5V直流水泵。由ULN2003来驱动水泵。ULN2003由七个硅NPN复合晶体管组成，是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品。具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点，适应于各类要求高速大功率驱动的系统。该电路的特点如下：ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻，在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。因此本方案方案采用ULN2003电路驱动水泵。如下图5：
图5 水泵驱动电路
水泵调速电路中， L、M、H分别为单相潜水泵的低速抽头、中速抽头和高速抽头，单相潜水泵采用电容运行方式，三个抽头与电源的连接由三个双向晶闸管TL、TM、TH来控制。当TL导通时潜水泵的低速抽头与电源连接，潜水泵低速运转，同样，TM导通时潜水泵中速运转，TH导通时潜水泵高速运转。采用分时接通L、M、H的方法，可以调节潜水泵的转速，使潜水泵获得十八档转速的变速能力。设电源频率为50HZ，其周期为0.02S，取调速周期TS=6T（T为电源周期），低速调速时，调速周期内不接通任何一个晶闸管，则潜水泵的转速0，调速周期内全接通晶闸管TL，则潜水泵低速运转。如果在6个电源周期内，N个周期接通晶闸管TL（0≤N≤6），其他时间不接通，那么在潜水泵的低速下可获得6档更低的转速。同样，中速调速时，调速周期内全接通晶闸管TL，则潜水泵低速运转，全接通晶闸管TM，则潜水泵中速运转。如果在6个电源周期内N个周期接通晶闸管TM，（6-N）个周期接通TL，那么在潜水泵的低速和中速之间可获得6档转速。同样道理，在中速和高速间又可获得6档转速。由此可见采用分时接通的方法，可以使潜水泵具有十八档转速的调速能力[5]。