简易电子琴设计.doc
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1、-_模拟电子技术模拟电子技术课程设计报告课程设计报告题目名称: 简易电子琴简易电子琴 姓 名: 黄鹏程黄鹏程 学 号: 150712165150712165 班 级: 1515 电本六班电本六班 指导教师: 王爱乐王爱乐 成 绩: 山西工程技术学院信息工程与自动化系-_摘要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
2、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:NE555 LM386 频率 电子琴-_目录目录第一章第一章 设计任务设计任务.- - 2 2 - - 1.1 设计要求 .- 2 - 1.2 设计目的 .- 2- 1.3 总体思想构图 .- 2- 第二章第二章 系统组成及工作原理系统组成及工作原理.- - 6 6 - - 2.1 NE555 简介 .- 6 -
3、 2.2 逻辑符号 .- 7 - 2.3 NE555 内部原理图 .- 8- 2.4 逻辑功能 .- 9- 555 定时器逻辑功能 .- 9 - 2.5 LM386 芯片介绍 .- 11 - 2.5.1 外形、管脚排列及内电路.- 11- 2.5.2 LM386 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 - 第三章第三章 模块定路设计与参数计算模块定路设计与参数计算.- - 1515 - - 3.1 波形发生部
4、分 .- 15 - 3.2 功率放大部分 .- 15 - 第四章第四章 系统调试系统调试.- - 1 18 8 - - 4.1 调试步骤.- 18 - 4.2 调试过程.- 18 - 4.3 调试结论.- 19- 参考文献参考文献.- - 2 20 0 - - 附录附录.- - 2 21 1 - - 附录一:元器件清单.- 21 - 附录二 电路仿真.- 23 - 附录三 制作作品原图.- 27 -_前言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
5、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 事求是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
6、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。第一章第一章 设计任务设计任务1.11.1 设计要求设计要求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: 1.261.6 2:293.6 3:329.6 4:349.2 5:392.0 6:440.0 7:493.9 0:523 。 如表 1.1 表 1.1 音阶频率对应
7、图音阶1234567i频率(Hz)261.6293.7329.6349.2392.0440493.9523.32.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。1.21.2 设计目的设计目的1.熟悉 NE555 和 LM386 等相关芯片的内部结构和功能,合理运用其内部及其功能,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
8、进一步巩固了在课堂上学习的理论知识。1.31.3 总体思想构图总体思想构图如图 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 【设计方案一设计方案一】555555 定时器定时器本实验采用两个 555 集成定时器组成简易电
9、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 S0S7,外接电容 C1、C2,外接电阻 R 以及 R0R7 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。 【设计方案二设计方案二】LM324LM324 振荡振荡由 RC 选频网络、集成运算放大器、信号发生器组成。其原理图如 1.2 所示。-_图 1.2 LM3
10、24 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: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
11、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 1、2、3、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
12、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。第二章第二章 系统组成及工作原理系统组成及工作原理2.12.1 NE555NE555 简介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
13、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=(R1R2)C。
14、 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(1/32/3)Vcc 之间变化。图 2.1(b)所示为工作波形。-_图 2.1 555 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
15、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 4512V,最大输出电流 200mA 以内,并能与 TTL、CMOS 逻辑电平 相兼容。2.22.2 逻辑符号逻辑符号555 定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列分别如图 2.2:-_(a) (b)(c) 图 2.2 555 定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚2.32.3 NE555NE555 内部原理图内部原理图图 2.3 555 定时器的内部原理图-_Vi1(TH):高电平触发端,简称高触发端,又称阈值端
16、,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) 。2.42.4 逻辑功能逻辑功能表 2.1 555 定时器逻辑功能RSTRSTTHTHT
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