简易电子琴设计报告.doc

中南民族大学

课 程 设 计

题 目
简易电子琴
学 院
计算机科学学院
专 业

班 级

姓 名

指导教师

2010
年
6
月
23
日

电 子 技 术 课 程 设 计
任 务 书

设计题目： 简易电子琴
学生姓名： 专业班级: 学号:
指导教师签名： 年 月 日

一、设计条件
1．可选元件（或自备元件）：
运放： 若干
功放: 若干
电阻、电容、电位器： 若干
2．可用仪器:万用表，示波器，毫伏表，信号发生器,直流稳压源
二、设计任务及要求
1．设计任务
根据技术要求和已知条件，完成对简易电子琴电路的设计、装配与调试。
正弦波
发生器
功率
放大
扬
声器
八只
按键

2．设计要求
(1）按下不同琴键即改变RC值，能发出C调的八个基本音阶。采用运放构成振荡电路，用集成功放电路输出。八个基本音阶C调对应频率如下表所列：
C调
1
2
3
4
5
6
7
i
f0 / Hz
264
297
330
352
396
440
495
528
（2）选择电路方案,完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数，选择元件，画出总体电路原理图，阐述基本原理。(用Proteus或MultiSim软件完成仿真）
（3）安装调试并按规定格式写出课程设计报告书。
三、时间安排
1．第10周:布置设计任务，讲解设计要求、实施计划、设计报告等要求。完成选题。
2．第10 ~ 14周:完成资料查阅、设计、仿真。
3．第15 ~ 16周:制作与调试，完成课程设计报告撰写。
4．第16 ~ 17周：提交课程设计报告，课程设计验收，答辩。

目录

摘要 3
关键词 3
1 绪论 3
2 技术指标及要求 3
2。1 设计任务及要求 3
2.2 设计思想 4
3 方案论证及整体电路工作原理 4
3。1 方案论证 4
3。2 整体电路工作原理 5
4 单元电路设计:计算，元器件选择及电路图 5
4。1 RC串并联选频网络电阻的选择 5
4。2 滤波电容的选择 6
4.3 电路图如下所示 7
5 Multisim仿真结果显示 7
6课程设计成果展示： 10
7元件及器件明细 11
8成果评价，设计特点，存在的问题及改进意见 12
8.1 成果放入评价： 12
8。2 本次设计的特点 12
8.3存在的问题和改进的意见 12
9设计总结： 12
10附录： 12

摘要
简易电子琴一般是由正弦波产生电路，功率放大电路和滤波电路组成.简易电子琴是通过RC串并联网络和集成运放产生一个稳定的正弦波(要产生八种不同的音调，在输入端就并联了八种不同的RC支路）.由于该正弦波功率很小,无法驱动喇叭正常工作，须得在正弦波后面加一个集成功放，把正弦波放大之后再通过滤波网络滤去高频干扰信号，以此来实现对喇叭的驱动.
关键词
正弦波发生器,功率放大，滤波网络
1 绪论
电子琴对于丰富人类的精神生活有着很重要的作用，已经进入了家家户户的生活。而我们利用基本的工作原理设计了一个简易电子琴，能达到基本的电子琴的要求，当然也能弹奏出简单的曲目。通过设计词电路，我了解了简易电子琴的基本工作原理，在一定程度上对现代电子琴的了解有作用,而且做这样一个简易电子琴能然让我很好的利用模电知识。这次的课程设计让我们将理论作用于实践之上,简单清脆的曲调着实有了很大的成就感。
2 技术指标及要求
2。1 设计任务及要求
2。1。1 设计任务
······
根据技术要求和已知条件，完成对简易电子琴电路的设计、装配与调试.
······
2.1.2 设计要求
（1）按下不同琴键即改变RC值，能发出C调的八个基本音阶。采用运放构成振荡电路，用集成功放电路输出。八个基本音阶C调对应频率如下表所列：
C调
1
2
3
4
5
6
7
i
f0 / Hz
264
297
330
352
396
440
495
528
······
(2)选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数，选择元件，画出总体电路原理图，阐述基本原理。（用Proteus或MultiSim软件完成仿真）
·····
2.2 设计思想
本次设计首先采用RC正弦振荡电路产生正弦波，产生正弦波就需要用到运放，而且需用正反馈,调节电位器是放大倍数至少达到三倍。（达到起振的要求）然后通过示波器观察波形是否是正弦波,然后接一个功放，最后通过滤波网络输出.

3 方案论证及整体电路工作原理
3。1 方案论证
·····
3.1。1 正弦波振荡

由于需要产生正弦波，根据模电书上的RC串并联选频网络设计电路图如上,正反馈网络的反馈电压是同相比例运算电路的输入电压，于是需要调节电位器是整个电路的Au〉=3.另外还在Rf回路中在电阻上并联二极管以达到使输出电压稳定的结果。
3。1.2 功率放大

由设计要求,集成LM386的电源电压为4～12v,因此在选择电源电压时不能超过12v，否则可能烧坏芯片，前面那个电位器是是调节音量的,喇叭的参数为0.5W，8Ω，当电源电压为12V时，在8Ω的负载情况下，可提供几百mv的功率,可以使喇叭发出声音。
3.2 整体电路工作原理

4 单元电路设计：计算，元器件选择及电路图
4.1 RC串并联选频网络电阻的选择
在电路中，集成运放的电源电压为（双电源），c1=c2=c=0.1uF,R1=R3=R4=1K， 调节电位器Rf（5K)使电路起振,因为是频率可调的电路，因此R1R2，,则振荡频率

由给定的频率参数
表1
C调
1
2
3
4
5
6
7
i
f0 / Hz
264
297
330
352
396
440
495
528
将上面的频率带入f0公式分别算出八个电阻的阻值
表2
C调
1
2
3
4
5
6
7
i
f0/ Hz
264
297
330
352
396
440
495
528
电阻值 （KΩ)
36。3
28.68
23.23
20。41
16.13
13。06
10。32
9。07

4.2 滤波电容的选择
由于在通过功放之后会有高频信号输出，因此需要设计一个通高频,阻低频的滤波信号由公式

算出一对R和C，比如选用C=4.7nF和R=100Ω，带入公式之中算出被滤去的信号为33Khz左右，对我们需要的从264hz到528hz之间的信号没有影响,且提高了信号的质量.
4.3 电路图如下所示

5 Multisim仿真结果显示
5。1当接入电阻为9。07 KΩ的闭合时，其仿真结果如图所示

如图所示，其周期为T=3.8500us,于是f=1/T=526hz，与理论值出入不大。
5.2闭合第二个开关,接入的是10。32KΩ的电阻,其示波器的图如下所示

由图可知,T=4。2500us，于是f=1/T=476hz，由于有观察者的误差，从数据上看与理论值还是很接近的。
1. 同理,依次测得3号到6号开关闭合时的测量频率依次如下所示
3号开关闭合，T=4.6500us，f=1/T=434hz
4号开关闭合，T=5.1500us,f=1/T=392hz
5号开关闭合,T=6.0500us，f=1/T=333hz
6号开关闭合，T=6。3500us，f=1/T=317hz
2. 7号开关闭合时，其示波器图如下所示:

T=7。2500us,f=1/T=277hz

8号开关闭合时，其电路图如下所示：

T=8。3500us，f=1/T=240hz
3. 测试结果与理论参数分析
在实验室测得的结果与仿真结果符合,但测量值和仿真值却又出入。这种误差的大小可以从以下数据可以看出.误差分析如下图所示

表3
理论值（Hz）
264
297
330
352
396
440
495
528
测试值（Hz）

误差值(Hz)

《《由表3中的数据可知,在低频段存在较大误差，这一方面由读书误差引起，另一方面可能是我选择的电阻不是很精确，但最后通过实验产品声音的检测结果来看，从1~i八个音阶的区别还是比较明显的，这从一定程度上说明了我这种方案的可行性，所以设计上基本算达到了需要的要求。>〉>>〉〉
6课程设计成果展示：

7元件及器件明细
表4
序号
名称
型号
数量
1
单运放
LM741
1
2
功放
LM386
1
3
按键

8
4
扬声器

1
5
电容
0。0047uF
1
6
电容
0.1 uF
2
7
电容
220uF
1
8
电阻
1K
3
9
电阻
100
1
10
二极管
1N4007
2
11
电位器
20k
1
12
电位器
10
5
13
电位器
5K
1
14
电位器
50K
3
15
电阻

16
电路板
双面
1
8成果评价,设计特点，存在的问题及改进意见
8.1 成果放入评价:
本次简易电子琴的课程设计中，通过按键，喇叭能发出的清脆的1～i八个音阶,而且每个音阶区分清楚.此外,还能通过调节后端电路中的电位器，调节音量。
8.2 本次设计的特点
一、 是在运放端并入八个不同阻值的电阻，依次来实现发出八种不同音阶的功能
二、 是运放要有正反馈，以及运放要接正负电源。通过调节电位器来调节运放的起振频 率，这样才能让运放工作（这也是一大关键）。
三、 是可以通过调节与LM386连接的电位器来调节音量。
8。3存在的问题和改进的意见
由于元件中的串并联电路中的电阻不精确,而且电位器的调节并不是很精确，这样就和理论的值有出入，这也就在一定程度上造成了发生不是很精准。为了让音阶更加准确，我采用示波器现实波形，这样通过调节频率(使频率达到接近理论频率）。通过这样的调节，确实达到了一定的效果,但是，音阶还不是很准。有时可能还会受到外界频率的影响,这也是另外一个不足之处。

9设计总结：
为了本次课程设计,我跑遍了图书馆，找了很多的图书资料，还在网上找了很多的相关资料。这样找资料的过程让我通晓了很多的获取资料的途径。这样也算是一大收获。
焊接电路的过程中，基本还算顺利,细心加耐心让我在焊接的过程中少走了很多的弯路。但是在调试的过程中，我遇到了一些问题。开始的时候，我调试好了串并联的电阻阻值，可在调试过程中，问题就现出来了.先有很大的噪音，这样就压下了音阶的发音.后来这个通过转换电容，解决的了这个问题。原来是滤波电路滤波不精当。解决完这问题后，发现串并联电路无法使运放工作。苦思了很久，通过一级一级电路的查找,正弦发生器无法正常的工作。是起振频率不够，调节电位器到1k左右后,电路发出了清脆的响声。问题就此解决的了。之后就是细调了，慢慢的解决问题,一步一步的完成了这个电子琴。
此次调试过程中，我更加清楚的了解了电路的各个功能.此外，我还懂得如何处理这种复杂不知道如何下手的情况，耐心和信心让我有了能顺利的调试好电路。好好的实践确实能让自己更好的提升.
在本次课程设计中，我不仅遇到了调试过程中的艰辛，还知道了一个产品的制作，不是说焊接好了就完事了的，那只是一小部分.当然,我也尝到了成功的果实.在听到电子琴的发音又嘶哑变得清晰，再由音阶不准变得比较标准，一种成就感油然而生。
总之,本次的课程设计让我受益很多。

参考文献
【1】 童诗白，华成英。模拟电子技术基础（第四版），高等教育出版社.
【2】 图书馆， 超星读秀
【3】 舒庆莹．凌玲．模拟电子技术基础实验．武汉：武汉理工大学出版社，2008。2

10 附录
LM386

LM741

课程设计成绩评定表
姓名

学号

专业、班级

课程设计题目：简易电子琴
课程设计答辩或质疑记录：

成绩评定依据：

最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定)

指导教师签字：

年 月 日

课程设计评分表

评 定 项 目
满分
评分成绩
1．设计方案合理，具有可行性、创新性
15

2．设计过程完整，理论计算正确,仿真效果好
20

3．设计结果（例如：硬件成果、软件程序）
20

4．目的明确,工作认真,遵守纪律
10

5．设计报告规范，资料掌握充分
15

6．答辩
20

总分
100

备注：
成绩等级：优（90分—100分）、良（80分-89分)、中（70分—79分）、及格（60分—69分）、60分以下为不及格。