電子琴設計制作完整實驗報告

1、電子琴設計制作完擅實驗報告集團文件版本號：(M928T89&M248WU2669I2896DQ586M1988)簡易電子琴的設計和制作實驗報告撰寫人：學號：指導老師：張君毅院系：信息與通信工程注院目錄一、設計任務與要求1.1設計任務與要求1.2選題目的與意義二、設計和電路2.1設計思路2. 2?總體結構框圖2. 3?分塊電路和總體電路的設計三、實現(xiàn)功能3. 1?已完成的功能3. 2?主要的測試數(shù)據(jù)必要的測試方法3. 3?必要的測試方法四、故障及問題分析五、 總結和結論單位名稱：北從郵電大尋六、器件清單撰寫時間：二冬一七年三月二十七日七、仿真原理圖及波形圖八、參考文獻九、附件9.1模擬綜合實驗過

2、程考核統(tǒng)計表9.2實驗頻率及功率記錄表摘要本實驗以設計并制作出簡易電子琴為目的，通過對電子琴信號的產(chǎn)生 和功率放大方面的研究和實踐，可對實際電子琴的音色、音質方面的改 進起到一定的探索和促進作用。在這個實驗中，我們需要建立系統(tǒng)的概 念，培養(yǎng)綜合應用電子電路及知識的能力，學習小型電子系統(tǒng)的設計、 安裝和調試方法。最終需要培養(yǎng)我們的工程實踐技能和排除故障的能 力。我通過該試驗完成了簡易電子琴的設計與制作，達到了實驗要求的 頻率和功率，并想法設法改良了音色，最終的實驗效果不錯。關鍵詞：簡易電子琴、運算放大電路、多諧振蕩器、頻率一、設計任務與要求1. 1?設計任務與要求了解由555定時器構成簡易電子琴

3、的電路及原理。設計并利用NE555 集成運算電路以及外加電阻，電容在第一級產(chǎn)生不同頻率的音樂，再利 用LM386功率放大電路對音樂信號進行放大，最后通過揚聲器產(chǎn)生21個 音符?；疽螅耗苎葑鄡蓚€八度音階。提高要求：將音階擴大到再降八度，進一步提高輸出功率到0.5叭1.2選題的目的與意義（1）培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的正確設計思想，訓練綜合運用已經(jīng)學過的理論 和生產(chǎn)實際知識去分析和解決工程問題的能力。（2）學習較復雜的電子系統(tǒng)設計的一般方法，了解和掌握模擬，數(shù)字電 路等知識解決電子信息方面常見實際問題的能力。？（3）學習調試電子電路的方法，提高實際動手能力。了解由555定時器 構成簡易電子琴的電路及原

4、理。二、設計和電路2.1設計思路整體電路主要由NE555多諧振蕩器產(chǎn)生方波和LM386功率放大器進 行功率放大兩部分構成。通過改變振蕩電路中的RC元件的數(shù)值改變NE555多諧振蕩器的振蕩 頻率，從而達到產(chǎn)生不同音階的目的。我在該電路中使用了 21個開關與 不同阻值串聯(lián)，再并入NE555的端口，通過開關控制不同阻值的接入， 也便于最終的演奏。將NE555的輸出與LM386功率放大器相連，對方波 信號進行放大，不改變信號頻率的同時提高輸出的功率，再與喇叭相 連，能提高喇叭的音量并達到實驗要求。最后通過揚聲器能發(fā)出電子琴 的不同音階。2.2總體結構框圖2. 3分塊電路和總體電路的設計琴鍵部分電路:

5、由開關和電阻串聯(lián)，再全部并列構成。最上方和最下方分別導通，之間 并上滿足頻率要求的電阻，再通過導線將最上方和最下方接入多諧振蕩 電路中。為提高實驗精確度，在有限的電阻中使用電阻并聯(lián)，大大減小 了頻率誤差?？紤]美觀，不同組的音階使用不同顏色的導線，醒目且使 用方便。NE555多諧振蕩器電路：555定時器構成的多諧振蕩器，產(chǎn)生方波，如圖所示。接通電源瞬 間，電容C電壓無法突變，電容器兩端電壓Uc為低電平，小于（1/3） Vcc,故高電平觸發(fā)端與低電平觸發(fā)端均為低電平，輸出U。為高電平， 放電管VT截止。這時，電源經(jīng)Rl, R2對電容C充電，使電壓Uc按指數(shù) 規(guī)律上升，當Uc上升到（2/3） Vcc

6、時，輸出U。為低電平，放電管VT導 通。充電時間常數(shù)T充二（R1+R2） Co由于放電管VT導通，電容C通過 電阻R2和放電管放電，放電時間常數(shù)I = R2C0隨著C的放電，Uc下 降，當Uc下降到（1/3） Vcc時輸出U。為高電平，放電管VT截止，Vcc 再次對電容c充電，電路又翻轉到第一暫穩(wěn)態(tài)?？傻贸鼋Y論，接通電源 后，電路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間來回翻轉，則能輸出所需要的方波信號。通過計算，振蕩周期T和振蕩頻率f分別為：？T二tPH+tPL0. 693X （R1+2R2） XCl?f二 1/T1/O. 693X（R1+2R2） XC1可通過調節(jié)琴鍵部分的電阻大小來改變輸出頻率，從而達到改變音

7、 階的目的。LM386功放電路:該部分電路用于放大功率，使喇叭能正常工作。由LM386內部結構 知，電路的電壓放大倍數(shù)可由內部1.35k電阻及引腳1、8間的外圍元件 確定。當引腳1、8間不接任何元件時，其電壓放大倍數(shù)為20倍，當引 腳1、8之間外接電容10?uF電容是，其電壓放大借數(shù)為200。此時，內 部的1. 35k電阻倍交流短路，其電壓放大倍數(shù)表示式為： VA=2R2/Rl=30k/150o引腳5與地之間外接0. 047uF電容和10歐電阻為 補償電路，可提高電路的穩(wěn)定性，防止電路高頻自激。當LM386處于高 電壓放大倍數(shù)時，電源的影響將會增大，為此在引腳7與地之間外接 10?uF的濾波電

8、容。本實驗通過該部分電路提高功率，增大喇叭音量，達 到功率要求。我另加了一個喇叭，使輸出音質更好。總體電路：琴鍵部分并入NE555的DIS和RST接口，從而通過改變阻值改變多 諧振蕩器的輸出頻率。多諧振蕩器和功率放大器接上12V的外接電壓使 其正常工作。NE555輸出口通過一個滑動變阻器與LM386輸入端相連，可 以通過改變滑動變阻器的阻值來改變輸入功放的功率，以至于改變最終 的輸出功率。功率放大電路的輸出產(chǎn)生滿足頻率和功率要求的方波，作 用與喇叭上便可演奏出所需音階。整體布線追求簡單美觀，工作電路部分導線為藍色，接地線為黑 色，供電導線為紅色，琴鍵部分按組別分配不同顏色的導線。兩塊面包 板可

9、拆開，第一塊的琴鍵和電阻可以用于其他電路的電阻接入。為了提 升喇叭音質，我們另加了更好音質的小功率喇叭，最終的音效效果也更 好。三、實現(xiàn)功能3. 1已完成的功能能較準確地演奏兩個八度音階，并能將音階擴大到再降八度，進一步提高輸出功率到0. 5wo能通過21個鍵位演奏21個音，音調準確，音 色良好，喇叭音量適合。頻率與標準值的誤差在3Hz之內，功率適合， 參數(shù)可調。能使用該簡易電子琴彈奏出簡單曲目，效果良好。3. 2主要的測試數(shù)據(jù)各音階的測量頻率及其功率：注：要求頻率：上網(wǎng)查找的對應音階的標準頻率，作為實驗的參照數(shù) 據(jù)； 實測頻率：通過示波器測量的功放之后輸出方波的頻率，即為喇叭 的實際工作頻率

10、； 多諧頻率：通過示波器測量的NE555定時器之后輸出方波的頻率，為放大前的頻率； 輸出功率：通過示波器測量喇叭處輸出方波的幅值V、占空比D,喇叭阻值R,計算：P=(V2/R)*D高音7的輸出功率：測量數(shù)據(jù):供電電壓Vo=6V;喇叭上的電壓V=4. 88V；喇叭阻值R二8Q；占空比D二18. 84%P=(4. 882/8)*18. 84%=0. 5608WP=0. 5608W0. 5W輸出功率滿足實驗要求。3. 3必要的測試方法使用萬用表電壓檔測量各個點的電壓，判斷電路是否正常導通工 作；使用萬用表電容檔測量電容不同方向，判斷電容極性；使用萬用表 歐姆檔測量并入電路的電阻阻值。測量各音階的頻率

11、時，將示波器與LM386輸出端相連，調節(jié)示波器 為顯示頻率的模式，觀察波形是否為平穩(wěn)方波，若不是調節(jié)示波器；讀 出頻率后與所需頻率對比，再微調電阻阻值或使用串并聯(lián)的方法改變阻 值至頻率誤差很小，斷電后使用萬用表測量阻值，記錄測量的頻率和阻 值。測量NE555的輸出頻率時，將示波器與NE555輸出端相連，調節(jié)示 波器為顯示頻率的模式，觀察波形是否為平穩(wěn)方波，若不是調節(jié)示波 器；計算高音7的輸出功率時，在斷電的情況下使用萬用表測量喇叭阻 值，再使外加電源工作，示波器接于喇叭處，攤下高音7的琴鍵，調示 波器添加測量量，顯示所有測量數(shù)據(jù)，記錄幅值和占空比，再斷開電 源，代入公式計算功率。四、故障及問題

12、分析實驗前在Multisim上做仿真時，Multisim沒有提供實驗需要的 LM386功率放大器，造成早期仿真失敗。后來通過查找資料使用Multisim中已有的虛擬器件搭出 LM386功率放大器，解決了問題仿真 成功。分析后知道由于工具問題造成故障或無法解決時，要多通過網(wǎng)絡 等途徑搜集資料，再利用己有的條件解決問題。在按照仿真圖搭電路的過程中，因對集成芯片管腳不熟悉造成電路 錯誤，在網(wǎng)上查找管腳圖并檢查電路后簡潔地修改了電路并使電路正常 工作。所以在搭電路的時候一定要準確，不確定的地方要通過查資料核 實，電路簡潔能有效地降低搭線失誤，搭完后更要小心檢查，確定無誤 后再加上電源進行實驗，否則有燒

13、壞元器件的風險。最后配置二十一個琴鍵時，由于電阻阻值有限，使用與計算值接近 的電阻搭入，造成部分音的頻率誤差較大，不能滿足實驗的要求。后通 過計算，使用已有的電阻進行并聯(lián)得到合適阻值，大大減小了頻率誤 差，使音調準確并完成實驗。由此得出進行實驗時不僅要有工程的近似 思想，對誤差的處理也要小心謹慎，要靈活使用已有的材料達到實驗要 求，并盡可能地減小誤差。整體實驗過程中故障較少，并最后通過小心謹慎得到了解決，讓我 明白了實驗的思路設計和搭接以及元器件的選用，都要小心謹慎，減小 誤差完美完成實驗。五、總結和結論在瀏覽選題的所有資料后，我毫不猶豫地選擇了簡易電子琴這個實 驗，因為感覺這個實驗很有趣，并

14、且能提高我的動手能力以及對功放、 簡諧振蕩器的使用能力，在這三周緊張的電路設計和調試實驗之后，我感覺我的選擇很適合我，也真的受益匪淺。在本次實驗中，我很好地完成了所有實驗要求，并完成了實驗的提 高要求，誤差很小，最后電子琴發(fā)聲的音質和音調都很不錯，得到了老 師的認可，實驗圓滿完成。在實驗過程中，兒乎所有步驟我都獨立完成了，也與同實驗的同學 進行了交流和相互改進，不僅提高了自我解決問題獨自思考的能力，也 有團隊合作以及思想交流，對我今后學習、做項目、工作等等都會有很 好的促進作用。通過實驗我熟悉了 Multisim的使用，能夠熟練使用電腦 仿真軟件進行各種仿真，也熟悉了各種元器件的構造原理和如何使用， 大大提升了我動手搭電路的能力，讓我對電路的理解也更進一步。實驗 大體完成后我對音調進行微調，我覺得我的音感也更好了。在彈奏時我 很愉快，我在使用自己做的電子琴，己調的音調，彈奏想彈的曲目， 激發(fā)了對音樂的興趣。這種在實踐中學習和發(fā)展得來的東西是僅從書本上學不來的，更是 彌足珍貴的，對我未來各方面的發(fā)展都受益匪淺。六、器件清單元器件名稱型號、規(guī)格數(shù)量運算放大器LM3861片定時計數(shù)器NE5551片輕觸開關6*6*5h21個小喇叭8Q/1W1個電位器1KQ1個面包版2片測量