般的100mV-5V的电压，我们选择直通，也就是说信号没有衰减或者放大，但是若信号太小，12位的A/D转换器在2.5V参考电压的条件下的最小分辨力为ImV左右，所以如果选择直通的话其离散化处理的误差将会很大，所以若是采集到信号后发现其值太小，在20mV-250mV之间的话，我们可以将其认定为小信号，从而选择信号经过20倍增益的放大器后再进行A/D采样。电路设计中，信号输入后通过札，民两个100Ω的电阻和一个高精度仪表运放AD620 (Ul)组成的跟随电路实现跟随作用，由于理想运放的输入阻抗为无穷大，所以输入阻抗即为:R1//R2 = 50 Ω，阻抗匹配后的信号，通过继电器控制是将该信号直接送给AD转换还是将其经AD620 (U2)放大20倍后再进行AD转换；原始音频信号输入到继电器线圈中，控制继电器的动作，继电器往上闭合，当输入为大信号时将该信号直接送给AD转换，当输入为小信号时，继电器往下闭合，将该信号经AD620 (U2)放大20倍后再进行AD转换。
[0031]参见图4，是本发明的抬高电压电路原理图，音频信号采样时，要求输入信号的电压范围不能有负值，并保证被转换电压的幅值范围在STM32F103芯片自带的A/D转换器的处理范围内，这就需要对输入信号电压值进行抬高处理，保证信号电压为正值。抬高电压电路包括运放U1构成的电压跟随器和运放U 2构成的加法器。经过抬高处理后正弦信号的负峰值点刚好和横轴相交，抬高电压值Utg= 3.3V。
[0032]参见图5，考虑到本LED音频控制器102需要进行音频分频处理并控制三色LED，而FFT算法涉及大量的浮点运算，一个浮点占用四个字节，所以要占用大量的内存，同时浮点运算时间很慢，我们采用ST公司生产的32位ARM内核控制器STM32F103芯片。该芯片内有2个12位的A/D转换器、7个定时器、9个通信接口，最高工作频率72MHz，以满足设计需求。本仪器采用双声道立体采集技术，硬件上是左右声道分别连接到微处理器的2路独立的AD (PA2、PA4)，再经过软件处理，生成左右声道融合后的立体频谱。该技术可保证信号完整，频谱显示更丰富。音频信号的峰-峰值范围为0-vmax，Vmax的大小根据需要设定，频率范围为 50Hz-10kHz。
[0033]主控制器STM32通过AD转换，对左右声道两路音频信号进行采样，把连续信号离散化，然后通过FFT快速傅里叶变换运算，在时域和频域对音频信号各个频率分量以及功率等指标进行分析和处理，并分频段采用PWM脉宽调制技术控制LED103工作模式和光照强度。主控芯片STM32对音频信号采样时首先要确定采样频率fs。若原始信号频率为F，采样点数为N，则频率分辨力Af = fs/N。又由于音频信号的频率范围为50Hz-10kHz，最大频率是10kHz，则根据香农采样定理，必须保证fs> 20kHz，实际应用时一般取30kHz-40kHz。在某一个频率等级上，选定采样点N后，所需要的采样频率fs= AfXNo点数越多，运算量的节约就越大，这就是FFT的优越性。在第η个点时所表示的频率为fn= (n-1) f S/N?对音频信号采样后的各点值，需用FFT原理处理得到不同的频率点对应的功率后，就可以画出其功率谱，并可以在频域计算其总功率。
[0034]本发明LED音乐水族灯用到的调光技术为RF遥控技术，工作在2.4-2.5GHz ISM自由频段，全球通用，可以非常方便地实现对LED水族照明光源的远程控制，具有功耗低，传输距离远，空中通讯速率高，抗干扰性更强，稳定性更高等优点。工作电压为1.9?3.6V。可通过SPI写入数据，最高可达lOMbit/s，数据传输速率最快可达2Mbit/s，并且具有自动应答和自动再发射功能。芯片融进了增强式ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。该芯片功耗低，6dBm功率发射时，工作电流9mA，接收时工作电流只有12.3mA，可选择的掉电模式和空闲模式使其应用设计更为方便。参见图5，LED音频控制器102的RF接收电路采用挪威Nordic公司推出的2.4G单片无线射频收发芯片nRF24L01+，芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。该模块接口引脚CE、CSN、SCK、MOSI, MISO、IRQ分别与主控制芯片STM32的PC8-PC13端口连接，由STM32控制信号的接收与发射。信号发射主要通过接口引脚CE、SCK和MOSI来完成。当STM32请求发送数据时，置CE为高电平，此时的接收机地址和有效载荷数据作为nRF24L01+的内部时钟，可用请求协议或STM32将速率调至IMbps ；置CE为低电平可激活发射。信号接收主要使用接口引脚CE、CSN、SCK和MISO来实现。当正确设置射频数据包输入载荷的地址和大小后，置CE为高电平即可激活接收，此后便可在nRF24L01+监测信息输入，200us内若收到有效数据包，则给STM32 —个中断并置CSN高电平，以使STM32以时钟形式输出有效载荷数据，待系统收到全部数据后nRF24L01+再置CSN为低电平，此时如果CE保持高电平，则等待新的数据包，若CE置低电平，则开始接收新的序列。
[0035]参见图6，24V直流电经恒流驱动电路输出恒定电流至LED串联电路，点亮LED。U1、U2、U#恒流驱动芯片，采用目前应用广泛、廉价且性能比较稳定的PT4115。D pD2、D3为续流二极管，由于工作在高频脉冲下，故采用肖特基二极管SS110。U、L2、L3是整流电感，设计为50 μ Ho R1, R2, R3为取样电阻，控制ΡΤ4115输出电流大小，一般用以下公式计算:R = 0.1/1UTo由于红光串并联电路额定工作电流为100mA(以8颗串联为I组，10组并联为例，下同)，绿光串并联电路额定工作电流为200mA，蓝光串并联电路额定工作电流为200mA，故红光驱动电路中札取1.00 Ω，绿光驱动电路中1?2取0.50 Ω，蓝光驱动电路中R 3取0.50 Ω。PT4115的DIM端可外接PWM脉冲或直流电压调光，由于本设计采用脉冲宽度调制(PWM)技术调节红绿蓝LED间歇照射时间比，故DM外接由LED音频控制器102输出的PWM信号，频率设置为250Hz。PWM调光的优点如下:
[0036]1、不会产生任何色谱偏移。因为LED始终工作在满幅度电流和零之间。
[0037]2、可以有极高的调光精确度。因为脉冲波形完全可以控制到很高的精度，所以很容易实现万分之一的精度。
[0038]3、可以和数字控制技术相结合来进行控制。因为任何数字都可以很容易变换成为一个PWM信号。
[0039]4、即使在很大范围内调光，也不会发生闪烁现象。因为不会改变恒流源的工作条件(升压比或降压比)，更不可能发生过热等问题。
[0040]具体实现过程为PWM脉冲信号由微处理器PB8、PBlO和PB12产生，其高低电平决定LED的通断状态。将定时器TO溢出中断定为1/25000秒(即40 μ S)，每100次脉冲作为一个周期，即频率为250Hz。这样在每1/250秒的方波周期中，通过改变方波的输出占空比，从而实现LED灯的100级亮度调节，即LED亮度等级由每个周期内的高电平脉冲数目决定。当高电平脉冲个数为I时，占空比为1/100，亮度最低；当高电平脉冲个数为100时，占空比为1，亮度最高。图9为PWM调光模式占空比为10%原理图，图10为PWM调光模式占空比为90%原理图。
[0041]参见图7，遥控器200采用NORDIC最新推出的无线SOC单片机nRF24LEl，该芯片内部集成了增强型8位8051微处理器