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简易电子琴
电子技术课程设计报告书
课题名称
简易电子琴
姓名
好心人
院系
光电工程系
专业
应用电子技术
指导教师
高坤
2014年12月20日
一、设计任务
1、设计一个具有8个琴键的简易电子琴;
2、8个琴音分别为中音1~7和高音1;
3、参考芯片:
NE555、74系列、CD系列。
二、设计计划
使用555制作简易电子琴产生8个不同音阶控制电路的设计,当操作者按下8个按键即可产生8种不同的音调,然后通过LM386功率放大器进行音调放大。
最后进行调试和运行。
三、设计内容
设计一个简易电子琴,基本要求是:
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:
261.6HZ、2:
293.6HZ、3:
329.6HZ、4:
349.2HZ、5:
392.0HZ、6:
440.0HZ、7:
493.9HZ、0:
523HZ。
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,改变滑动变阻器,生成不同的频率声音。
通过计算得到可调电阻的阻值分别为:
34.3K、28.6K、23.3K、20.9K、16.4K、12.5K、8.9K、7.3K。
目录
1绪论1
2硬件电路设计1
2.1.1按键模块1
2.1.2音调发声模块2
2.1.3音响模块2
2.2工作原理3
2.2.1NE555多谐振荡器:
4
2.2.2LM386集成功率放大器:
6
2.2.2.1外形、管脚排列及内电路6
2.2.22LM386主要性能指标6
3系统硬件总设计6
4结论7
5参考文献8
1绪论
电子琴作为一种乐器,对丰富人们的日常生活起着一定的作用,是人们的生活更加丰富多彩。
对于缓解人们的紧张情绪,陶冶人们的情操等方面,电子琴作为娱乐工具的一种,作用自是不言而喻。
乐器特色:
属于电子乐器,发音音量可以自由调节。
音域较宽,和声丰富,甚至可以演奏出一个管弦乐队的效果,表现力极其丰富。
它还可模仿多种音色,甚至可以奏出常规乐器所无法发出的声音(如人声,风雨声等)。
电子琴结构复杂,声源是555产生的自激振荡,并通过功率放大,通过扬声器理发出声音。
由于一首音乐是许多不同的音阶组成的,而每个音阶对应着不同的频率,此次设计是一个由555定时器构成的简易电子琴。
本次实验的目的是:
1.学习调试电子电路的方法,提高实际动手能力。
2.了解由555定时器构成的简易电子琴的电路原理。
此外,简易电子琴还可以通过八个按钮开关来实现音乐的演奏。
2硬件电路设计
2.1.1按键模块
在电路板上安装八个按键开关,分别接入对应的电路中来控制输出频率。
如图2.1.1所示。
图2.1.1
图2.1.1示电路实现频率的控制,采用一个单刀单掷开关,从左到右依次闭合开关,可以获得所需的频率。
2.1.2音调发声模块
图2.1.2
图2.1.2所示是整个电路设计的关键,由一个555芯片和几个电容以及电阻组成多谐振荡器,经过可调电阻输出设计所需对应的频率。
2.1.3音响模块
由一个LM386芯片和一个喇叭组成音响,LM386将系统产生的信号放大,经过喇叭发出声音。
模块设计图如图2.1.3所示
图2.1.3音响模块
2.2工作原理
音乐产生原理及硬件设计由于一首音乐是由许多不同的音阶组成的,而每个音阶对应着不同的频率,例如本次实验所需频率如下:
1:
261.6HZ、2:
293.6HZ、3:
329.6HZ、4:
349.2HZ、5:
392.0HZ、6:
440.0HZ、7:
493.9HZ、0:
523HZ。
由此,我们就可以利用不同的频率的组合,奏出不同的音调,即可构成我们所想要的音乐了。
工作原理图如图2.2所示
图2.2简易电子琴的工作原理图
2.2.1NE555多谐振荡器:
NE555的内部结构可等效成23个晶体三极管、17个电阻、两个二极管,组成了比较器、RS触发器、等多组单元电路。
特别是由三只精度较高5k电阻构成了一个电阻分压器,为上、下比较器提供基准电压。
NE555属于cmos工艺制造。
NE555引脚介绍如图2.2.1.1:
1地GND5控制电压
2触发6门限(阈值)
3输出7放电
4复位7放电
图2.2.1.1NE555管脚图
【内部原理图】如图2.2.1.2所示
图2.2.1.2内部原理图
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)。
2.2.2LM386集成功率放大器:
2.2.2.1外形、管脚排列及内电路
LM386是一种低电压通用型音频集成功率放大器,广泛应用于收音机、对讲机和信号发生器中;LM386的外形与管脚图如图2.2.2.1所示,它采用8脚双列直插式塑料封装。
图2.2.2.1LM386外型与管脚
LM386有两个信号输入端,②脚为反相输入端,③脚为同相输入端;每个输入端的输入阻抗均为50kΩ,而且输入端对地的直流电位接近于零,即使输入端对地短路,输出端直流电平也不会产生大的偏离
2.2.22LM386主要性能指标
LM386-4的电源电压范围为5~18v。
当电源电压为6V时,静态工作电流为4mA。
当Vcc=16V,RL=32Ω时输出功率为1W。
①、⑧脚开路时带宽300kHZ,总谐波失真为0.2%,输入阻抗为50KΩ。
本实验采用的是C调音阶,其音阶频率与对应电阻R8值,根据T=0.7(R9+R8)C可计算R8的值
3系统硬件总设计
主要用用一个555芯片和一个LM386集成功率放大器来实现此方案。
通过555芯片产生振荡频率,发出信号。
再由经LM386功放将信号放大,驱动扬声器发声。
通过八个可调电阻来实现1、2、3、4、5、6、7、0八个不同音频音阶,从而达到我们所要的效果。
由一个555芯片以及其他元件组成的简易电子琴电路仿真图如图3.3:
图3.3简易电子琴仿真电路(三)
该方案主要用一个555芯片来产生振荡频率,调节可变电阻得到1、2、3、4、5、6、7、0所对应音频音阶的频率,再经过LM386集成功率放大器将信号放大,从而驱动扬声器发声。
该方案选择的元器件也不是很多,再加上电路比较简单,所以在后续实验操作时不会造成很大的困难,更重要的是,它得到的音阶较准,声音较大,基本符合设计的要求。
4结论
在这为期一周多的课程设计操作中,从拿到题目到在网上、图书馆查阅资料,从熟悉芯片原理到实际接线,从起初对实验一知半解到对整个实验设计的脉络渐渐清晰,为期虽然不长,却也增长了很多知识。
首先是了解并分析555和LM386元件原理及各管脚功能。
在刚开始设计这个课题时,有很多的地方感到很生疏,例如,如何确定方案。
后来经过一段时间的学习,基本了解了一些,明白了电子琴的一些功能以及实现这些功能的一些方法,在设计中也遇到了很多问题。
首次接线时,竟将基础元件置于实验箱左侧,而芯片置于右侧,其间增长了导线,也为后期排查增添了麻烦。
再次连接导线,却又由于某些导线接触不良,也使结果迟迟未出。
最后对555、LM386进行逐级排查,才终究出现结果,可惜音量太小。
后队友咨询了指导老师,在老师的建议下把C3、C4、C5的电容等比例缩小为原来的1/10、1/100,再观察结果。
果然,经过两次修改,音量逐渐清晰,且依稀可辨8个基本音调。
设计过程中,也认识到存在的一些缺点。
首先,发现自己以前所学的知识不够扎实,只知道一些理论的知识。
例如,在老师检查本组实验时,老师建议拆卸滑动变阻器时,却由于操作失误,未能理清纷繁的导线,使实验未能得到期望结果。
其次,实际应用能力很差,需要自己努力的提高,在这几天的学习中我学到了很多的东西,提高了自己的动手能力。
最后,也希望学校和老师能多给同学们机会去实践,把书本上学到的知识应用到实践中去,为以后进入社会打下坚实的基础。
5参考文献
【1】杨志忠,《数字电子技术基础.高等教育出版社》,2004。
【2】陈有卿,《实用555时基电路300例》.中国电力出版社,2005。
【3】伍爱莲,《电路与电子技术试验教程》.华中科技大学出版社,2006。
【4】沈小丰,《电子技术实践基础》.清华大学出版社,2006。
【5】阎石《.数字电子技术基础(第五版)》.清华大学出版社.2006
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