简易电子琴设计说明.docx
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简易电子琴设计说明.docx
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简易电子琴设计说明
模拟电子技术课程设计报告
题目名称:
姓
名:
学
号:
班
级:
指导教师:
成
绩:
简易电子琴
黄鹏程
150712165
15电本六班
王爱乐
工程技术学院
信息工程与自动化系
摘要
随着社会的发展进步,音乐已成为我们生活中很重要的一部分,电子琴则是一种很常见的键盘乐器,是现代电子科技和音乐结合的产物。
在各个领域扮演很重要的角色,早已融入现代人们的日常生活中,成为不可替代的一部分。
简易电子琴主要是由8个按键控制,根据固定电阻的不同,从而产生不同的振荡频率,
并且将信号放大后由扬声器输出声音。
为了能得到频率不同的波,波形产生部分首先使用了NE555芯片,从而得到振荡的正弦
波;将信号传给LM386进行功率放大,使扬声器发出相应的音阶。
分块调试测试电子琴,先
是震荡电路的线路测试,再是功率放大电路的测试。
经过调试之后,焊接而成的作品能产生8个音调的不同振荡频率的音阶。
关键词:
NE555LM386频率电子琴
第一章设计任务-4-
1.1设计要求-4-
1.2设计目的-4-
1.3总体思想构图-5-
第二章系统组成及工作原理-7-
2.1NE555简介-7-
2.2逻辑符号-8-
2.3NE555部原理图-9-
2.4逻辑功能-10-
555定时器逻辑功能-10-
2.5LM386芯片介绍-12-
2.5.1外形、管脚排列及电路.-12-
2.5.2LM386主要性能指标-12-
2.6简易电子琴系统组成.-13-
2.6.1按键模块.-13-
2.6.2音调发生模块-13-
2.6.3音响模块-13-
2.7简易电子琴的工作原理.-13-
第三章模块定路设计与参数计算-14-
3.1波形发生部分-14-
3.2功率放大部分-15-
第四章系统调试-17-
4.1调试步骤.-17-
4.2调试过程.-17-
4.3调试结论.-17-
参考文献-18-
附录错误!
未定义书签。
附录一:
元器件清单.错误!
未定义书签。
附录二电路仿真.错误!
未定义书签。
附录三制作作品原图.错误!
未定义书签。
前言
现在是信息高速发达的时代,了解一定的电子产品是相当必要的。
电子琴作为其中的一个典型代表,引领着许多孩子进入音乐的殿堂。
因此,我们选择了简易电子琴这个题目来制作,
因为它不仅能够提高我的实践动手能力,还与实际生活有着紧密地联系。
模拟电路是一门实践性很强的课程,而此次课程设计依据的理论基础是模拟电路的相关知
识。
主要目的在于培养学生正确的设计思想,理论联系实际的工作作风,严肃认真,实事的
科学态度和勇于探索的创新精神。
锻炼学生自学软件的能力和分析并解决问题的能力。
通过
课程设计,使学生在理论计算、结构设计、工程制图、查阅设计资料、计算机应用方面能力的训练和提高。
巩固、深化和拓展学生的理论知识与初步的专业技能。
在模拟电子课程设计的过程中,系统的概念十分重要。
基本方法除了实验课中要求掌握的功
能测试、故障排除等各种一般方法以外,要特别注重使用“电路拼装”的方法。
课程设计的一般步骤如下:
(1)选择一个课题;
(2)查阅有关资料;
(3)进行可行性论证;
(4)通过设计方案的比较,定出最优的设计方案;
(5)分解为多个模块;
(6)分别设计各个功能模块电路,并完成调试;
(7)组装成完整的数字系统;
(8)编写设计、安装、调试报告。
第一章设计任务
1.1设计要求
1.产生e调8个音阶的振荡频率,它分别由1、2、3、4、5、6、7、0号数字键控制。
其频
率分别为:
1.261.62:
293.63:
329.64:
349.25:
392.06:
440.07:
493.90:
523。
如
表1.1
表1.1音阶频率对应图
音阶
1
2
3
4
5
6
7
i
频率(Hz)
261.6
293.7
329.6
349.2
392.0
440
493.9
523.3
2.利用集成功放放大该信号,驱动扬声器。
3.设计一声调调节电路改变生成声音的频率。
1.2设计目的
1.熟悉NE555和LM386等相关芯片的部结构和功能,合理运用其部及其功能,完成相应的设计工作。
2.学会使用电路仿真软件如:
Mutisim。
3.能够对电子电路、印刷电路板、电子元器件等一些相关与电子和焊接等方面的知识有进一步的认识,并独立对其进行测试与检查。
4.这次试验对焊接技术、排错调试、以及相关设备的使用等方面的得到了比较全面的锻炼和提高。
并进一步巩固了在课堂上学习的理论知识。
1.3总体思想构图
如图1.1,首先从输入按钮开关开始,然后通过频率发生器根据不同值的固定电阻产生不同频率,然后通过功率放大器放大,最后由扬声器表现出来。
图1.1总体思想构图
【模块功能】
该电路包括按钮开关,定值电阻,555振荡器和扬声器三部分组成,
1输入端:
由八个按钮开关与各自的定值电阻串联在并联组成输入端
2频率产生端:
根据定值电阻的不同输入,由555产生不同的信号频率
3扬声器端口:
接受信号频率发出特定的频率
【设计方案一】
555定时器本实验采用两个555集成定时器组成简易电子琴。
整个电路由主振荡器,颤音振荡器,扬声器和琴键按钮等部分组成。
主振荡器由555定时器,8个琴键按钮S0~S7,外接电容C1、C2,外接电阻R以及R0~R7等元件组成,颤音振荡器由555定时器,电容C等元件组成,颤音振荡器振荡频率较低为64Hz,若将其输出电压U连接到主振荡器555定时器复位端4,则主振荡器输出端出现颤音。
按图接线后闭合不同开关即可令喇叭发出不同频率的声响,从而模拟出电子琴的工作。
【设计方案二】
LM324振荡
1.2所示。
由RC选频网络、集成运算放大器、信号发生器组成。
其原理图如
图1.2LM324振荡思路图
电阻、电容等组成RC桥式正弦波振荡电路,选用8个电阻和电容构成RC串并联选频网络分别取不同的电阻值(通过琴键开关接通RC串并联网络的8对电阻)使振荡器产生八个音阶信号。
通过运算放大电路的放大最后,通过扬声器发出乐音。
8个开关对应着电子琴8个音阶琴键,使用时闭合不同的开关选择不同电阻的大小,再通过RC振荡电路,可以发出不同的声音。
【设计方案三】
由两个555芯片以及其他元件组成的简易电子琴电路如图1.3:
ci-plNnk
图1.3简易电子琴仿真电路
该方案是用两个555芯片组成。
主要核心是555芯片,前一个555芯片是用来产生振荡信号,接入不同阻值的电阻Rw*产生不同的音阶频率信号,发出锯齿波形。
然后通过第二个555芯
1、2、3、
片,该555芯片接成施密特触发器,用来将锯齿波形转变为方波波形,从而得到
4、5、6、7、0八个音频音阶所对应的频率,再经LM386集成功率放大器将信号放大,驱动
扬声器发出对应的音频音阶。
最终选择方案:
方案一
原因用555定时器比LM324方便简洁,而且在实际仿真过程中,LM324方案未能成功,故为
保险起见选择了555定时器,方案三中电路虽然简单,但是经过实践,得到的声音很小,得到的音阶不是很准,不能很好的实现预期的效果,所以此方案也不用。
方案一的电路相对二者比较合理,选择的元器件也不多,由于电路比较简单,得到的音阶准,声音较大,符合设计的要求,所以选用的是此方案。
第二章系统组成及工作原理
2.1NE555简介
多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路,由于矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波,故称为多谐振荡器。
多谐振荡器没有稳态,只有两个暂稳态,在自身因素的作用下,电路就在两个暂稳态之间来回转换,故又称它为无稳态电路。
由555定时器构成的多谐振荡器如图2.1(a)所示,R1,R2和C是外接定时元件,电路中将高电平触发端(6脚)和低电平触发端(2脚)并接后接到R2和C的连接处,将放电端
(7脚)接到R1,R2的连接处。
由于接通电源瞬间,电容C来不及充电,电容器两端电压uc为低电平,小于(1/3)Vcc,
故高电平触发端与低电平触发端均为低电平,输出uo为高电平,放电管VT截止。
这时,
电源经R1,R2对电容C充电,使电压uc按指数规律上升,当uc上升到(2/3)Vcc时,输出uo为低电平,放电管VT导通,把uc从(1/3)Vcc上升到(2/3)Vcc这段时间电路的状态称为第一暂稳态,其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关。
充电时间常数T
充=(R1+R2)C。
由于放电管VT导通,电容C通过电阻R2和放电管放电,电路进人第二暂稳态•其维持时间
TPL的长短与电容的放电时间有关,放电时间常数T放=R2C0随着C的放电,uc下降,当
uc下降到(1/3)Vcc时,输出uo。
为高电平,放电管VT截止,Vcc再次对电容c充电,电路又翻转到第一暂稳态。
不难理解,接通电源后,电路就在两个暂稳态之间来回翻转,
则输出可得矩形波。
电路一旦起振后,uc电压总是在(1/3〜2/3)Vcc之间变化。
图2.1
(b)所示为工作波形。
眼据%的波形图可以确定振満周期为r二t刑牛rp[
有时应充电时间^r,n=0.7(^+wjc^
兔对应放电吋间輪=O.7/t2C
振荡周期T=T^+Tn=0.7(/?
+2«a)c(9斗1)
掘荡频率/=1/7
图2.1555定时器构成的多谐振荡器电路及工作波形
集成555定时器有双极性型和CMOS型两种产品。
一般双极性型产品型号的最后三位数都是
555,CMOS型产品型号的最后四位数都是7555.它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。
器件电源电压推荐为4.5〜12V,最大输出电流200mA以,并能与TTL、CMO逻辑电平相兼
容。
2.2逻辑符号
(c)
图2.2555
定时器的部电路框图及逻辑符号和管脚
2.3NE555部原理图
图2.3555定时器的部原理图
Vi1(TH):
高电平触发端,简称高触发端,又称阈值端,标志为TH=
Vi2(TR):
低电平触发端,简称低触发端,标志为TF。
VCO控制电压端。
VO输出端。
Dis:
放电端。
Rd:
复位端。
555定时器含一个由三个阻值相同的电阻R组成的分压网络,产生VCC和VCC两个基准电压;两个电压比较器C1、C2;—个由与非门G1、G2组成的基本RS触发器(低电平触发);放电三极管T和输出反相缓冲器G3
Rd是复位端,低电平有效。
复位后,基本RS触发器高端为1(高电平),经反相缓冲器后,
输出为0(低电平)。
2.4逻辑功能
表2.1555定时器逻辑功能
RST
TH
TR
OUT
0
X
X
0
1
>2/3VCC
>1/3VCC
0
1
<2/3VCC
>1/3VCC
不变
1
「<2/3VCC
P<1/3VCC
1
1
>2/3VCC
<1/3VCC
1
在555定时器的
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