基于音乐信号控制的灯光自动配置系统

基于音乐信号控制的灯光自动配置系统

项目简介

By Phoenix Group

目录：

1.队伍组成 (3)

1-1 成员情况 (3)

2.技术概况 (3)

2-1 关于ARM处理器 (3)

2-2 嵌入式系统板开发 (3)

2-3 现代灯光控制技术概览 (4)

3.系统原理 (4)

3-1 系统控制原理框图 (4)

3-1-1 主控部分 (4)

3-1-2 I/O 部分 (5)

3-1-3 灯光控制部分 (5)

3-2 音频采样原理框图 (6)

4.硬件电路设计 (7)

4-1 系统板原理图 (7)

4-1-1 主控芯片 (7)

4-1-2 外接存储器 (8)

4-1-3 音频部分 (9)

4-1-4 DMX 部分 (10)

4-1-5 按键部分 (11)

4-1-6 系统时钟 (12)

4-1-7 LCD 接口 (12)

4-1-8 供电部分 (13)

4-1-9 串行接口 (13)

4-1-10 USB接口 (14)

4-2 布线图 (15)

4-2-1 正面 (15)

4-2-2 背面 (16)

5.效果预想图（使用3D Studio Max 7.0制作） (17)

5-1 灯光配置方位 (17)

5-2 渲染效果图 (18)

5-2-1 观众视角 (18)

5-2-2 俯视图 (18)

6.第二阶段任务计划 (19)

6-1 硬件平台搭建 (19)

6-2 系统程序代码编写 (19)

6-3 综合展示系统制作 (19)

1.队伍组成

1-1 成员情况

Phoenix组由五名来中国科学技术大学的本科生组成，中国科学技术大学由1958年9月创建于北京，1970年初，学校迁至安徽省合肥市，目前学校有9个学院、25个系。本组的五名成员分别来自于信息科学技术学院的电子工程与信息科学系（6系）与电子科学与技术系（23系），电子技术是我们的专业和爱好，因此我们希望通过参加此次"ST-EMBEST"杯嵌入式电子设计大赛锻炼在嵌入式系统设计、开发以及控制方面的能力，将平日之所学应用到实际的工作之中。

由于我们尚属首次进行嵌入式系统的研究开发工作，故而与这个行业中许多经验丰富的专业工程师相比，并不具有技术方面的优势，但因为这是所有组员挚爱的工作，所以我们愿意将自己并不成熟的设计拿出来与众高手共同进行的技术方面的交流与探讨，向大家学习及电子技术与开发经验，望各位不吝赐教，在此Phoenix组全体成员向大赛的承办方以及众多关心嵌入式系统开发的朋友表示由衷的谢意。

2.技术概况：

2-1 关于ARM处理器

ARM（Advanced RISC Machines）公司,于1991年成立于英国剑桥,主要出售芯片设计技术的授权，其芯片技术亦以ARM命名。目前基于ARM微处理器应用占据了32位RISC微处理器75％以上的市场份额。其主要在工业控制领域、无线通讯领域、网络设备领域、消费类电子产品领域、数据处理与存储领域等方面应用。

此次我们所使用的STR710系列芯片基于ARM7TDMI核心，属于ARM7系列，运算能力达到40MIPS，内建256Kbytes程序闪速存储器16Kbytes数据闪速存储器64Kbytes随机存储器，且支持最多四个SRAM/Flash/ROM外扩，48个I/O端口，5个定时器，4路12位精度模数转换器以及I2C，SPI，CAN，USB，UART等多种数据接口，此种硬件规格基本达到了我们的需求，由于其存储器空间有限，故我们选择了外扩存储器。

2-2 嵌入式系统板开发

控制系统的基本硬件模块框图如下：

所用主要元件：

ARM主芯片：STR710FZ2T6

A VR单片机：ATMega8

RS-485收发器：ISL80377

FLASH：HY29LV160

SRAM：61LV5128

双口SRAM：CY7C028V

CPLD：EPM3064A

CODEC：MAX9853

光耦：6N137

线性电源：LD1117，NCP1086，MC33275

RS232电平适配器：MAX232

电源监测与复位芯片：STM811

LCD：176x132(64K色)

在存储器方面，我们选择外接2片HY29LV160闪速存储器（2Mbytes 8bit）作为程序存储器；2片61LV5128（512Kbytes 8bit）SRAM作为RAM；1片双口SRAM CY7C028V（32Kbytes 8bit）与CPLD将显示屏和音频输入输出数据进行缓冲，处理器在对上述低速设备进行读写时不必浪费时间等待，从而保证了系统的运行速度。

CPLD选择的EPM3064A芯片含1250门，64个宏单元，4个逻辑阵列块，最大时钟192.3MHz，负责将主芯片输出的数据送入LCD驱动芯片从而显示在屏幕上，并负责将CODEC转换来的音频数字信号送入内存以备处理器进行处理。

A VR使用ATMega8（16 MIPS，8Kbytes程序存储器，512bytes的EEPROM，1Kbytes SRAM，3个定时器，2个可编程USART），其负责将ARM主芯片送来的灯光数据转换成DMX512格式，通过光耦隔离后由RS-485驱动器传送到DMX512总线上。

2-3 现代灯光控制技术概览

灯光系统主要分为：调光部分、换色部分、布光部分和特技效果部分。调光设备包括调光台、调光器、换色控制台、换色器。调光器主要用于控制热光灯的亮度。调光台用于控制调光器。换色控制台用于控制各个灯上的换色器，改变灯的发光颜色。　

调光系统分为模拟调光系统和数字调光系统。早期的模拟调光系统，调光台输出0～10V控制电压以控制调光器，调光器控制灯的功率。近些年的数字调光系统只用1根3芯屏蔽线传输灯光信号，由调光台发送串行数字信号。由美国灯光舞台协会（USITT）制定的DMX512协议为业界通用的通信方式，可选地址数为512个。

3.系统原理：

3-1 系统控制原理框图

3-1-1 主控部分