Design einer Laserharfe basierend auf 51 Mikrocontrollern

1. Zusammenfassung

Laserharfe ist ein neuartiges Musikinstrument, das Lasertechnologie mit Musik kombiniert und über einzigartige Klangfarben und visuelle Effekte verfügt. Dieser Artikel entwirft eine Laserharfe auf Basis des Mikrocontrollers 51. Durch die Steuerung des Laseremitters wird der Laserstrahl moduliert, um unterschiedliche Tonhöhen zu erzeugen. Das System umfasst hauptsächlich 51 Mikrocontroller-Steuermodule, Lasersendermodule, Audioeingangsmodule und Anzeigemodule. Durch das Hardwaredesign und die Softwareprogrammierung des Systems werden Echtzeitsteuerung und Tonhöhenanzeige der Laserharfe realisiert. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass das System eine hohe Genauigkeit und Stabilität aufweist und die Designanforderungen der Laserharfe erfüllen kann.

2. Einführung

Mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie wird die Nachfrage der Menschen nach Musik immer größer und traditionelle Musikinstrumente können die Bedürfnisse der Menschen nicht mehr erfüllen. Als aufstrebendes Musikinstrument verfügt die Laserharfe über einzigartige Klangfarben und visuelle Effekte und hat immer mehr Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Dieser Artikel entwirft eine Laserharfe auf Basis des Mikrocontrollers 51. Durch die Steuerung des Laseremitters wird der Laserstrahl moduliert, um unterschiedliche Tonhöhen zu erzeugen. Das System umfasst hauptsächlich 51 Mikrocontroller-Steuermodule, Lasersendermodule, Audioeingangsmodule und Anzeigemodule. Durch das Hardwaredesign und die Softwareprogrammierung des Systems werden Echtzeitsteuerung und Tonhöhenanzeige der Laserharfe realisiert.

3. Systemdesign

1. System-Hardware-Design

Dieses System besteht hauptsächlich aus 51 Mikrocontroller-Steuermodulen, Lasersendermodulen, Audioeingangsmodulen und Anzeigemodulen. Das 51-Mikrocontroller-Steuermodul ist für die Steuerung des Lasersenders und des Audioeingangsmoduls verantwortlich; das Lasersendermodul dient zur Erzeugung von Laserstrahlen; das Audioeingangsmodul dient zum Empfang von Audiosignalen; das Anzeigemodul dient zur Anzeige von Tonhöheninformationen.

2. Systemsoftware-Design

Die Systemsoftware umfasst hauptsächlich Datenerfassungsprogramme, Datenverarbeitungsprogramme, Lasersender-Steuerungsprogramme und Anzeigeprogramme. Das Datenerfassungsprogramm ist für das Sammeln von Audiodaten vom Audioeingangsmodul verantwortlich; das Datenverarbeitungsprogramm verarbeitet die gesammelten Daten, wie z. B. Filterung, Verstärkung usw.; das Lasersender-Steuerprogramm steuert die Umschaltung und Modulation des Lasersenders basierend auf die verarbeiteten Daten; das Anzeigeprogramm Die verarbeiteten Tonhöheninformationen werden über das Anzeigemodul angezeigt.

4. Systemimplementierung und -tests

1. Hardware-Implementierung

Bauen Sie gemäß der Designzeichnung der Systemhardware die Hardwareschaltung auf und verbinden Sie jedes Modul mit dem 51-Mikrocontroller. Schreiben Sie dann den entsprechenden Treiber, um die Funktionen jedes Moduls zu realisieren.

2. Softwareimplementierung

Schreiben Sie das Hauptprogramm, um Funktionen wie Datenerfassung, Datenverarbeitung, Lasersendersteuerung und -anzeige zu realisieren. Schreiben Sie gleichzeitig das entsprechende Interrupt-Serviceprogramm, um Funktionen wie Timer-Interrupts zu implementieren.

3. Systemtests

Durch tatsächliche Tests wurden die Machbarkeit und Stabilität des Laserharfensystems überprüft. Die Testergebnisse zeigen, dass das System Laserstrahlen mit unterschiedlichen Abständen genau erzeugen kann, eine schnelle Reaktionsgeschwindigkeit aufweist, einfach zu bedienen ist und einen hohen praktischen Wert hat.

Ein Teil des Codes lautet wie folgt

1. 系统硬件设计：
   - 51单片机（如AT89S52）
   - 激光发射器模块（如LDD1307）
   - 音频输入模块（如麦克风）
   - 显示模块（如LCD1602）
   - 按键模块（如按键开关）

2. 系统软件设计：
   - 数据采集程序：从音频输入模块采集音频数据
   - 数据处理程序：对采集到的数据进行处理，如滤波、放大等
   - 激光发射器控制程序：根据处理后的数据控制激光发射器的开关和调制
   - 显示程序：将处理后的音高信息通过显示模块显示出来
   - 按键处理程序：处理用户输入的操作指令

3. 关键代码片段：

```c
// 初始化51单片机
void init_51() {
    // ...
}

// 初始化激光发射器模块
void init_laser_module() {
    // ...
}

// 初始化音频输入模块
void init_audio_input() {
    // ...
}

// 初始化显示模块
void init_display() {
    // ...
}

// 初始化按键模块
void init_keypad() {
    // ...
}

// 数据采集函数
void collect_data() {
    // ...
}

// 数据处理函数
void process_data(uint16_t data) {
    // ...
}

// 激光发射器控制函数
void control_laser(uint16_t data) {
    // ...
}

// 显示函数
void display(uint16_t data) {
    // ...
}

// 按键处理函数
void handle_keypress() {
    // ...
}

// 主循环
void main() {
    init_51();
    init_laser_module();
    init_audio_input();
    init_display();
    init_keypad();

    while (1) {
        collect_data();
        uint16_t raw_data = get_raw_data(); // 假设已经实现了获取原始数据的函数
        uint16_t processed_data = process_data(raw_data);
        control_laser(processed_data);
        display(processed_data);
        handle_keypress();
    }
}
```

Vollständiger Code privat