555简易电子琴Word文件下载.docx
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《电子系统设计》课程设计是一项重要的实践性教育环节,是学生在完成本专业所有课程学习后必须接受的一项结合本专业方向的、系统的、综合的工程训练。
在教师指导下,运用工程的方法,通过一个较复杂课题的设计练习,可使学生通过综合的系统设计,熟悉设计过程、设计要求、完成的工作内容和具体的设计方法,掌握必须提交的各项工程文件。
其基本目的是:
培养理论联系实际的设计思想,训练综合运用电路设计和有关先修课程的理论,结合生产实际分析和解决工程实际问题的能力,巩固,加深和扩展有关电子类方面的知识。
1.1设计要求
本次课程设计要求设计简易电子琴,要求如下:
1、要求有7个音阶,可以用数字芯片构成,也可由单片机构成。
2、用Multisim仿真。
3、搭建实体电路
要求掌握:
数字电路的设计方法
1.2方案论证
方案一:
采用DG4100系列低频集成功率放大电路时单片式集成电路以及741芯片。
741芯片,它是通用高增益运算放大器,其工作电压在〒22V,差分电压30V,输入电压18V,允许功耗500。
DG4102型集成功放输出功率是2.1W,推荐电源电压为9V,负载电阻为8Ω。
方案二:
采用555定时电路,产生方波信号,通过RC多谐振荡器变频,生成不同的音节音乐。
方案三:
采用单片机,通过软件实现简易电子琴的制作。
1.2方案比较
显然三个方案都比较简单,易于实现。
我采用了方案二。
因为相对来说,555电路比较简单,芯片价格也很便宜,不需要软件编程,仅用硬件电路能够很好的实验规定的功能。
2.总体设计
2.1总体框图
【模块功能】
总体框图如图2-1-1所示。
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。
输入计算出固定电
按钮阻
开关
555振荡器
扬声器
2.2总体电路
2Hlsy031040903电子系统设计
电路总体设计如图2-2-1所示。
主振荡器由555定时器,七个琴键按钮S1~S7,外接电容C1、C2,外接电阻R8以及R1~R7等元件组成,颤音振荡器由555定时器,电容C3及R9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。
此处,用示波器代替扬声器观察其输出波形。
按图2-2-1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。
3.详细设计
3.1电路分析
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3-1,a,所示,R,R和C1是外接定时元件,12
电路中将高电平触发端,THR,和低电平触发端,TRI,并接后接到R2和C1的连接处,将放电端,DIS,接到R,R的连接处。
12
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C1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=,R,R,C1。
由于放电管VT导通,电容C1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3-1,b,所示为工作波形。
3
Hlsy031040903电子系统设计
图3-1555定时器构成的多谐振荡器电路及工作波形
u根据的波形图可以确定振荡周期为T,T,TcPHPL
TT,0.7(R,R)C对应充电时间PHPH12
TT,0.7RC对应放电时间PLPL2
T,T,T,0.7(R,2R)C振荡周期PHPL12
振荡频率f,1/T
3.2电路模块
3.2.1多谐振荡器
555定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列如图3-2-1所示
图3-2-1
555组成自激多谐振荡器,在?
脚与电源之间加入一组音调电阻R1,R8,即是一架玩具电子琴。
未按琴键K1,K8时,时基电路555不振荡,扬声器不发声,按下某一琴键时,扬声器依555的振荡频率,发出相应的声响。
3.2.2按键开关
开关输入端如图3-2-2所示:
实验中通过按键使R的阻值改变,从而改变振荡频率,扬声器就可与发出不同的声音,如果R的阻值取得好,扬声器就可以发出类似电子琴的声音了。
4Hlsy031040903电子系统设计
电阻R1,R8的选择调整方法,是用一只60,100kΩ的电位器,先接入电路,从高音,或低音,开始,转动电位器,使扬声器发出一个起始的标准音阶,测出电位器的阻值,并换上相同阻值的固定电阻,这样即可确定各音阶所需的电阻阻值。
八个开关与经计算出来的固定电阻串联后再其并联,给555震荡器产生不同的信号,从而产生不同的频率。
,f,1.43(R,R'
)C原理主要是555的多谐振荡。
多谢振荡的频率:
这是个约等于,其中R指DIS管脚与电源之间的电阻,R’指DIS管脚与THR管脚之间的电阻,C是TRI管脚与地之间的电容。
根据音乐音阶信号的分析测量,根据音乐音阶信号的分析测量,已知八个基本音阶的频率如表1:
音阶1234567i频率(Hz)261.6293.7329.6349.2392.0440493.9523.3
表1各音阶所对应的频率
4.实验结果记录与分析
无输入信号时波形图如图4-1所示:
图4-1
5Hlsy031040903电子系统设计
分别闭合8个开关时波形图分别如图4-2(a,、4-2(b,…4-2(h)所示:
图4-2(a)J1闭合
[T=3.788ms,δt=757.576us,f=264Hz]
图4-2(b)J2闭合
[T=3.371ms,δt=757.576us,f=297Hz]
6Hlsy031040903电子系统设计
图4-2(c)J3闭合
[T=2.955ms,δt=757.576us,f=338Hz]
图4-2(d)J4闭合
[T=2.841ms,f=352Hz]
7
图4-2(e)J5闭合
[T=2.576ms,f=388Hz]
图4-2(f)J6闭合
[T=2.273ms,f=440Hz]
8
图4-2(g)J7闭合
[T=2.008ms,f=498Hz]
图4-2(h)J8闭合
[T=1.894ms,f=528Hz]5.小结
通过这次电子课程设计,对以前所学的电子电路知识既是巩固又是发展,进一步理解并加深了对所学的模拟及数字电子技术的认识。
学会了在实践中运用理论,用理论来指导实践,培养了理论联系实际的正确设计思想。
这次课题设计,通过独立思考,训练了运用所学的理论知识去思考问题并联系理论实际解决问题的能力,提高了逻辑思维的能力。
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