简易电子琴模拟电路课程设计报告.doc
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1、 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:N
2、E555 LM386 频率 电子琴目录第一章 设计任务- 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 系统组成及工作原理- 6 -2.1 NE555简介- 6 -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
3、工作原理- 13 -第三章 模块定路设计与参数计算- 15 -3.1波形发生部分- 15 -3.2功率放大部分- 15 -第四章 系统调试- 18 -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- 20 -附录- 21 -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 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践动手能力,还与实际生活有着紧密地联系。 模拟电路是
4、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。课程设计的一般步骤如下:(1)选择一个课题;(2)查阅有关资料;(3)进行可
5、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 设计任务1.1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 音阶频率对应图音阶1234567i频率(Hz)261.6293.7329.6349.2392.0440493.9523.32.利用集成功放放大该
6、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。1.2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。并进一步巩固了在课堂上学习的理论知识。1.3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
7、由扬声器表现出来。图1.1 总体思想构图【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】555定时器 本实验采用两个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,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
8、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】LM324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 LM324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
9、不同的声音。【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
10、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 系统组成及工作原理2.1 NE555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
11、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=(R1R2)C。由于放
12、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
13、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。2.2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2.3 NE555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,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
14、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)。2.4逻辑功能表2.1 555定时器逻辑功能RSTTHTROUT0XX012/3VCC1/3VCC011/3VCC不变12/3VCC2/3VCC1/3VCC时,写为VTH=1,当TH端的电压2/3VCC时,写为VTR=1,当TR端的电压1/3VCC时,写为VTR=0。 低触发:当输入电压Vi2VCC2/3 且Vi11
15、/3VCC 且Vi12/3VCC,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,VO0;T导通。这时称555定时器“高触发”。 555定时器的“低触发”、“高触发”和“保持”三种基本状态和进入状态的条件(即VTH、VTR的“0”、“1”)必须牢牢掌握。 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001F(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。原理图如图2.4图2.4 555定时器原理图IC555组成自激多谐振荡器,在脚与电源之间加入一组音调电阻R1R
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