555简易电子琴设计报告.docx
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555简易电子琴设计报告
北京交通大学
电子技术课程设计报告
随着科学技术的发展和人类的进步,电子技术已经成了各种工程技术的核心,特别是进入信息时代以来,电子技术更是成了基本技术,其具体应用领域涵盖了通信领域、控制系统、测试系统、计算机等等各行各业
生活中常使用到许多的电子设备,它给我们生活上的便利与影响。
而电子琴就是一个很明显的例子,这些有时甚至含有内建音乐,有时又可以千变万化,真让人想动手试试看,因此我们对它产生了许多问题与想象。
本文就是关于用555定时器制作简易电子琴的过程及基本原理。
1.方案介绍
1.1.总体框图
,
1.2.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
1.3.方案选择
【设计方案一】
数字电路电子琴
采用一个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,电阻,按键及电容组成。
【设计方案二】
单片机电子琴
程序可分如下:
初始化模块、判断按键模块、键值处理模块、音乐处理模块、中断模块、0处理模块、表单模块。
初始化模块:
对8279键盘的部分进行初始化和中断初始化。
键值处理模块:
用8279的状态字来判断它是否按键(FIFORAM不能清除已处理的数据,但8279的状态字会发生相应改变)。
输入的键值与1-8的物理值01H-08H进行比较,如果与其中某个数相等,则跳到1-8的键值处理模块;如果是9或者A,则跳到音乐处理模块。
如果输入是0,则跳到0处理模块。
结尾跳到初始化模块。
音乐处理模块:
专门处理音乐中的1-8的发音。
它们发音不同是因为波的频率不同,所以要发出不同的音,只要实现发出的波的频率不同即可。
于是,可通过定时的方法来中断产生不同的方波。
可把1-8的定时初值放在一个表单内。
中断模块:
T0中断是为键值处理模块服务;T1中断是为音乐处理模块服务。
0处理模块:
在音乐处理过程中,按下0则音乐暂停,此时可如其他按键(包括音乐按键)。
当再按下0键时,则最近继续的音乐中断。
表单模块:
TAB音符表单存放1-8的ASCII码值;FREQUENCY音符初值表单存放1-8音符的中断初值;DAT、DAT1分别存放两首歌曲相应的中断初值和节拍等信息。
综上:
第一种方案简易,易于实现,所用知识为数字电子技术。
接下来将介绍这种方案。
2.1
原理图:
对不同音阶的波形仿真:
1音
2音
3音
4音
5音
6音
7音
8音
2.2最终设计电路
考虑到通过扬声器直接播放输出信号效果不好,所以在扬声器前把信号加以放大。
最终决定用以下电路进行实验。
3.主要元器件介绍
3.1.555芯片介绍及元器件选择
555定时器是一种中规模集成电路,外形为双列直插8脚结构,体积很小,使用起来方便。
只要在外部配上几个适当的阻容元件,就可以构成史密特触发器、单稳态触发器及自激多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。
它在波形的产生与变换、测量与控制、定时电路、家用电器、电子玩具、电子乐器等方面有广泛的应用。
多谐振荡器的工作原理:
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1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这段时间内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1(b)所示为工作波形。
图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以内,并能与TTL、CMOS逻辑电平相兼容。
其主要参数见表8.1。
555定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列分别如下:
【逻辑符号】
【内部原理图】
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TR。
VCO:
控制电压端。
VO:
输出端。
Dis:
放电端。
Rd:
复位端。
555定时器内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;一个由与非门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)。
【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
<1/3VCC
1
1
>2/3VCC
<1/3VCC
1
在555定时器的VCC端1/3和地之间加上电压,并让VCO悬空,则比较器C1的同相输入端接参考电压1/3VCC,比较器C2反相输入端接参考电压2/3VCC,为了学习方便,我们规定:
当TH端的电压>1/3VCC时,写为VTH=1,当TH端的电压<2/3VCC时,写为VTH=0。
当TR端的电压>2/3VCC时,写为VTR=1,当TR端的电压<1/3VCC时,写为VTR=0。
①低触发:
当输入电压Vi2 这时称555定时器“低触发”; ②保持: 若Vi2>1/3VCC且Vi1<2/3VCC,则VTR=1,VTH=0,基本RS触发器保持,VO和T状态不变,这时称555定时器“保持”。 ③高触发: 若Vi1>2/3VCC,则VTH=1,比较器C1输出为低电平,无论C2输出何种电平,基本RS触发器,经输出反相缓冲器后,VO=0;T导通。 这时称555定时器“高触发”。 VCO为控制电压端,在VCO端加入电压,可改变两比较器C1、C2的参考电压。 正常工作时,要在VCO和地之间接0.01μF(电容量标记为103)电容。 放电管Tl的输出端Dis为集电极开路输出。 元器件选择: 根据555多谐震荡的原理选择电阻: 由上所述可知: 555芯片输出端输出的频率计算公式为f=1.43/((R1+2R2)C) 再由下表所列的八个音阶分别对应的频率可以令R1为一固定阻值,通过开关调节的几个串联的电阻当做R2。 分别选用6个2千欧电阻,一个1千欧和一个十三千欧的电阻串联接于引脚6和引脚七。 大概电路图1所示。 电容选择: 通过计算可以得出6引脚所需电容为0.1μF。 输出端3接4.7μF电容。 根据以上选择计算实际频率与真实频率对比如下: 音阶 真实频率/Hz 实际频率/Hz 1 261.6 264 2 293.7 297 3 329.6 330 4 349.2 352 5 392.0 396 6 440.0 440 7 493.9 495 i 523.3 528 3.2.所需元器件清单 1.万用表,镊子,剪线钳,面包板,5V电源,导线。 2.集成电路NE5551片.LM3861片。 3.电阻2K6个;12个;13K1个 4.电容0.01uF1个;0.1uF1个4.7uF1个 5.按键开关8个 喇叭(0.5W)1个 4.组装电路 在组装电路时因当注意: 1.面包板的结构,正确使用面包板; 2.应当注意各个芯片的工作原理和接脚,在连接电路之前查清每个芯片实际接脚; 3.了解按键开关的工原理图,正确使用按键开关。 5.检验电路 1.检查电路连接是否正确。 根据原理检查电路连接是否正确,是否符合工作原理。 查看指导书看芯片引脚功能是否理解正确。 2.检验芯片是否已被损坏。 换一个芯片检验。 3.给电路通电,检查能否正常工作。 6.结束语: 课程设计的几天过去的很快,我们过的很累,但是我们过的很高兴,很兴奋。 因为我们每天都过得很充实,每天都有收获。 通过对简易电子琴的设计,我深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。 最重要的是在实践中理解了书本上的知识,明白了学以致用的真谛,也明白课程设计的意义所在,它教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题,提高我们的分析能力、动手能力及处理问题的能力,还增强了我们的团结互助精神。 在整个设计到电路设计仿真、电路的组装以及调试过程中,我们用心做好每一步,虽然总做的电子琴原理简单,电路连接不是很困难,但是每一份付出背后的成功都是值得开心的。 当然,我从实训中也发现了自身的许多缺点及不足,比如做事不仔细,动手能力欠缺。 此次实训中,在我没有领全器件时,芯片落在实验室时,遇到问题需要帮助时,受到了很多老师同学的帮助,在此我要感谢他们。
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