簡(jiǎn)易電子琴課程設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)課程設(shè)計(jì)名稱： 數(shù)字電路課程設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)題目： 簡(jiǎn)易電子琴 學(xué) 院 名 稱： 南昌航空大學(xué)信息工程學(xué)院 專業(yè)： 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 評(píng)分： 教師： 2015 年 月 日 模擬電路 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)20 14 20 15 學(xué)年 第 2學(xué)期第 7 周 9 周 題目簡(jiǎn)易電子琴內(nèi)容及要求 產(chǎn)生e調(diào)8個(gè)音階的振蕩頻率，它分別由1、2、3、4、5、6、7、0號(hào)數(shù)字鍵控制。 其頻率分別為：1：261.6、2：293.6、3：329.6、4：349.2、5：392.0、6：440.0、7：439.9、0：523 利用集成功放放大該信號(hào)，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器 設(shè)計(jì)一聲調(diào)調(diào)節(jié)電路，改變生成聲音的頻率進(jìn)度安

2、排第7周周一至第7周周五：查資料，完成原理圖設(shè)計(jì)及仿真；第8周周一至第8周周五：完成系統(tǒng)的制作、調(diào)試；第9周：設(shè)計(jì)結(jié)果檢查；第9周：撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。學(xué)生姓名： 指導(dǎo)時(shí)間 周二、周三、周四指導(dǎo)地點(diǎn)： 任務(wù)下達(dá) 年 月 日任務(wù)完成 年 月 日考核方式1.評(píng)閱 2.答辯 3.實(shí)際操作 4.其它指導(dǎo)教師 系（部）主任 注：1、此表一組一表二份，課程設(shè)計(jì)小組組長(zhǎng)一份；任課教師授課時(shí)自帶一份備查。2、 課程設(shè)計(jì)結(jié)束后與“課程設(shè)計(jì)小結(jié)”、“學(xué)生成績(jī)單”一并交院教務(wù)存檔。摘要本次課程設(shè)計(jì)所制作的是一塊簡(jiǎn)易電子琴，主要通過(guò)ne555定時(shí)器芯片構(gòu)成多諧振蕩電路，這個(gè)電子琴主要有8個(gè)音符，通過(guò)8個(gè)電位器及琴鍵開(kāi)關(guān)構(gòu)成

3、音符控制電路，改變電位器阻值來(lái)改變個(gè)音符頻率，從而達(dá)到所要音符頻率要求，最后通過(guò)小喇叭發(fā)出不同頻率的聲音。本次實(shí)驗(yàn)通過(guò)平時(shí)的課程學(xué)習(xí)結(jié)合網(wǎng)上查資料了解其中所需芯片的使用方法先做出電子琴原型，然后用示波器挨個(gè)檢查每個(gè)音階對(duì)應(yīng)的頻率，不斷改進(jìn)音準(zhǔn)，最后才得以完成實(shí)驗(yàn)。本次實(shí)驗(yàn)提高了我們對(duì)數(shù)字電路這門課程的理解，讓我們?cè)谡n堂上所學(xué)的知識(shí)得以實(shí)踐，加深了我們對(duì)這門課的理解?！娟P(guān)鍵詞】：電子琴，頻率，可調(diào)電阻，音調(diào) 目錄前言1第一章 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容及要求21.1 設(shè)計(jì)目的21.2 基本要求21.3 提高要求2第二章 系統(tǒng)組成及工作原理32.1 系統(tǒng)組成3 2.1.1 輸入端3 2.1.2 555振蕩器電路

4、3 2.1.3 功率放大電路42.2 工作原理5第三章 電路設(shè)計(jì)73.1 方案設(shè)計(jì)7 3.1.1 方案一7 3.1.2 方案二73.2 方案確定83.3 參數(shù)計(jì)算93.4 器件選擇9第四章 系統(tǒng)調(diào)試及測(cè)試結(jié)果分析104.1系統(tǒng)仿真測(cè)試10 4.2焊接及結(jié)果分析15結(jié)論 16參考文獻(xiàn) 17附錄一工作原理圖 18附錄二元件清單表 18前言電子琴作為一種樂(lè)器，對(duì)豐富人們的日常生活起著一定的作用，使人們生活更加豐富多彩。對(duì)于緩解人們的緊張情緒，陶冶人們的情操等方面，電子琴作為娛樂(lè)工具的一種，作用自是不言而喻。電子琴結(jié)構(gòu)復(fù)雜，聲源是555產(chǎn)生的自激振蕩，并通過(guò)lm386進(jìn)行功率放大，通過(guò)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。

5、由于一首音樂(lè)是許多不同的音階組成的，而每個(gè)音階對(duì)應(yīng)著不同的頻率，此次設(shè)計(jì)是一個(gè)由555定時(shí)器構(gòu)成的簡(jiǎn)易電子琴。本次課程設(shè)計(jì)的目的是：1. 學(xué)習(xí)調(diào)試電子電路的方法，提高實(shí)際動(dòng)手能力。2. 了解由555定時(shí)器構(gòu)成的簡(jiǎn)易電子琴的電路原理。此外，簡(jiǎn)易電子琴還可以通過(guò)八個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)音樂(lè)的演奏。掌握最基本的簡(jiǎn)易電子琴的工作原理，有利于將來(lái)研發(fā)高級(jí)的電路，甚至前沿的電子技術(shù)，提高現(xiàn)代電子產(chǎn)品水平，更好的服務(wù)于社會(huì)，有著廣大的發(fā)展前景和用途。第一章 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容及要求1.1設(shè)計(jì)目的（1)掌握正弦振蕩器的構(gòu)成，原理與設(shè)計(jì)方法；（2）熟悉模擬元件的選擇，使用方法。1.2基本要求（1）能生成基本八種聲調(diào)的正弦波

6、形，幅度1v；（2）有一定的帶負(fù)載能力，輸出電阻較小，能驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)聲；（3）能有效抵制干擾，輸出諧波分量10%；（4）集成運(yùn)放構(gòu)成。1.3提高要求（1）輸出音量可調(diào)節(jié)；（2）調(diào)性可調(diào)節(jié)；（3）其他。第2章 系統(tǒng)的組成及工作原理2.1系統(tǒng)組成 輸入端：由八個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)與各自對(duì)應(yīng)的定值電阻串聯(lián)再并聯(lián)組成輸入端 頻率產(chǎn)生端：根據(jù)定值電阻的不同輸入，由555產(chǎn)生不同的信號(hào)頻率 揚(yáng)聲器端口：接收信號(hào)頻率發(fā)出特定的頻率 2.1.1輸入端 在電路板上安裝八個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)，分別接入對(duì)應(yīng)的電路中來(lái)控制輸出頻率。如圖2.1.1所示：圖2.1.1 電子琴輸入端電路圖 2.1.2555振蕩器電路 電子琴之所以能產(chǎn)生音樂(lè)，是

7、由于不同的電阻在555組成的多諧振蕩電路中產(chǎn)生不同的頻率，而頻率是不同的音階產(chǎn)生的根本原因，不同的音階在人聽(tīng)來(lái)就是不同的音調(diào)。555構(gòu)成的振蕩器電路可以不需要外加觸發(fā)信號(hào)，能自動(dòng)地產(chǎn)生矩形脈沖，這樣就可得到制作電子琴的頻率和循環(huán)播放的脈沖信號(hào)。而且該多諧振蕩器通過(guò)調(diào)整滑動(dòng)變阻器即可實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)整，調(diào)節(jié)方便快捷。多諧振蕩器沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。在自身因素的作用下，電路就在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間來(lái)回轉(zhuǎn)換，故又稱它為無(wú)穩(wěn)態(tài)電路。由555振蕩器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖所示，r1、r2和c2是外接定時(shí)元件，電路中將高電平觸發(fā)端（6腳）和低電平觸發(fā)端（2腳）并接后接到r2和c2的連接圖2.1.2555振蕩器基本工作

8、原理圖處，將放電端(7腳)接到r1和r2的連接處。在7腳與電源之間加入一組音調(diào)電阻r1-r8替代可變電阻r2，即是一架玩具電子琴。未按琴鍵s1-s8時(shí)ne555不振蕩，揚(yáng)聲器不發(fā)聲，電器不耗電。按下某一琴鍵時(shí)，振蕩頻率改變，揚(yáng)聲器依555的振蕩頻率，發(fā)出相應(yīng)的聲響。 2.1.3功率放大電路 根據(jù)設(shè)計(jì)需要，功率放大電路主要以lm386為主。lm386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)的功率放大器。圖2.1.3.1lm386基本工作原理圖 圖中，7腳所接容量為20f的電容為去耦濾波電容，雖為旁路電容，但必不可少。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，該端必須外接一個(gè)電解電容到

9、地，起濾除噪聲的作用。工作穩(wěn)定后，該管腳電壓值約等于電源電壓的一半。增大這個(gè)電容的容值，可有效抑制噪聲。1腳與8腳為電源增益設(shè)定端，其所接電容、電阻是用于調(diào)解電路的閉環(huán)電壓增益，斷開(kāi)時(shí)即內(nèi)定增益為20。如果用不到大的增益，電容c1可以不接。不光省了成本，還可令噪聲減少。5腳為輸出端，應(yīng)外接輸出電容后再接負(fù)載。該電容能隔離直流分量，避免電路出現(xiàn)故障出現(xiàn)直流分量損壞元器件；同時(shí)與揚(yáng)聲器構(gòu)成高通濾波器，降低噪音。另要有電阻電容支路串聯(lián)接地，因?yàn)閾P(yáng)聲器是感性負(fù)載，能抵消揚(yáng)聲器的反電動(dòng)勢(shì)保護(hù)功放輸出末級(jí)。由于本次簡(jiǎn)易電子琴實(shí)驗(yàn)必須令增益最大化達(dá)到最佳效果，即增益效果為200倍，因此保留電容c1并取值為1

10、0f。電阻rx2在0-20k范圍內(nèi)取值，可使集成功放的電壓放大倍數(shù)在20-200之間變化，令rx2為零取最大放大倍數(shù)。去除控制揚(yáng)聲器音量大小的可變電阻rx1，直接將ui輸入達(dá)到音量最大的狀態(tài)。圖2.1.3.2改進(jìn)電路圖 2.2工作原理本系統(tǒng)主要由多諧振蕩發(fā)生電路，揚(yáng)聲器及外部電路組成。通過(guò)按鍵開(kāi)關(guān)接通電路產(chǎn)生振蕩方波信號(hào)，通過(guò)改變電位器電阻的大小來(lái)調(diào)節(jié)振蕩頻率的大小，接著驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。多諧振蕩發(fā)生電路閉合一個(gè)開(kāi)關(guān)，電路接通，電路外部電容、電阻與555芯片構(gòu)成多諧振蕩電路進(jìn)行循環(huán)的充放電，輸出脈沖矩形波信號(hào)。考慮到從電子市場(chǎng)購(gòu)入的喇叭的額定功率不一定符合要求，而僅靠555芯片只能驅(qū)動(dòng)小功率

11、喇叭，故可以引入lm386功放電路產(chǎn)生增益，對(duì)其產(chǎn)生的音頻進(jìn)行功率放大使得聲音變大。操作方面，另設(shè)計(jì)有八個(gè)按鍵分別對(duì)應(yīng)著控制八個(gè)音階的琴鍵，閉合則對(duì)應(yīng)音階支路接通揚(yáng)聲器發(fā)聲，斷開(kāi)聲音停止，如圖2.2圖2.2簡(jiǎn)易電子琴的工作原理圖第三章 電路設(shè)計(jì)3.1方案設(shè)計(jì)眾所周知要實(shí)現(xiàn)具有一定功能的電路，可以采取多種不同的方案。在眾方案中，應(yīng)力求選擇一種最簡(jiǎn)單、實(shí)用、穩(wěn)定性好并且較為經(jīng)濟(jì)的方案。同理，實(shí)現(xiàn)該設(shè)計(jì)要求可以運(yùn)用很多種方法，本文僅列舉出其中二種進(jìn)行比較，比較方案如下： 3.1.1方案一主要是用兩個(gè)ne555芯片和一個(gè)lm386芯片、一個(gè)揚(yáng)聲器以及若干個(gè)電阻電容來(lái)組成簡(jiǎn)易電子琴的系統(tǒng)。此方案中，其主

12、要核心是ne555芯片。第一個(gè)ne555芯片用來(lái)產(chǎn)生振蕩信號(hào)，接入不同阻值的電阻rw,使其產(chǎn)生1、2、3、4、5、6、7、0等八個(gè)不同的音階頻率信號(hào)，發(fā)出鋸齒波形。然后經(jīng)過(guò)第二個(gè)ne555芯片和其他電阻電容組成的施密特觸發(fā)器，將鋸齒波形轉(zhuǎn)變成方波波形，再經(jīng)過(guò)lm386將信號(hào)放大，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的信號(hào)，使揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。因此只要調(diào)整所接入的電阻阻值就能得到對(duì)應(yīng)音頻的頻率，從而達(dá)到所要的效果。圖3.1.1兩個(gè)555芯片實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易電子琴仿真電路 3.1.2方案二 主要用一個(gè)ne555芯片和一個(gè)lm386集成功率放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)此方案。由ne555芯片和不同阻值電阻組合產(chǎn)生不同的振蕩頻率，發(fā)出信號(hào)。經(jīng)過(guò)lm

13、386功率放大器將信號(hào)功率放大，以驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。該電路中，可通過(guò)八個(gè)可調(diào)電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)1、2、3、4、5、6、7、0等八個(gè)不同頻率的音階效果。其原理圖如圖3.1.2所示。圖3.1.2簡(jiǎn)易電子琴的工作原理圖3.2方案確定方案一中，采用了兩個(gè)ne555芯片以及一個(gè)lm386芯片，從經(jīng)濟(jì)上來(lái)說(shuō)，并不是很合算，而且，電路中采用了三個(gè)芯片，使得電路變得較為復(fù)雜，不利于焊接。故不采用此方案。方案二中，僅僅使用了一個(gè)ne555芯片以及一個(gè)lm386芯片，相對(duì)來(lái)說(shuō)，比較經(jīng)濟(jì)，而且電路很簡(jiǎn)潔，比較容易排版，焊接時(shí)也不容易出錯(cuò)，即使出錯(cuò)，也很容易檢查出來(lái)。綜上所述，無(wú)論從焊接的簡(jiǎn)易度、經(jīng)濟(jì)實(shí)用價(jià)值、方案可行性等各方

14、面來(lái)看，方案二更為合適。因此，在本次設(shè)計(jì)中，可以采用方案二作為本次實(shí)驗(yàn)的原理設(shè)計(jì)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易電子琴的功能。3.3 參數(shù)計(jì)算每個(gè)音階對(duì)應(yīng)著不同的頻率。因此，可以利用不同的頻率產(chǎn)生與之對(duì)應(yīng)的音階，從而得到設(shè)計(jì)要求的音調(diào)。本次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)所需頻率如表3.3.1所示：表3.3.1 音調(diào)頻率表音階12345670261.6293.6329.6324.2349.2392.0440.0493.9523 計(jì)算頻率的公式： 由 t=0.7（rw+2r9）*c（1） 得 f=1/0.7（rw+2r9）*c （2）即 rw=1/0.7*f-2*r9 （3）其中，rw指r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7及r8的值

15、。利用（3）式進(jìn)行計(jì)算，代入各個(gè)頻率即可算得結(jié)果，如表3.3.2所示：表3.3.2 頻率電阻對(duì)應(yīng)表12345670f（hz）261.6293.6329.6349.2392.0440.0493.9523rw(k)148.22121.1697.0185.9565.6547.5731.4724.153.4器件選擇 本實(shí)驗(yàn)要用到的實(shí)驗(yàn)器具主要有ne555芯片、lm386芯片，由參數(shù)計(jì)算可知，本設(shè)計(jì)所需的與八個(gè)音階頻率相對(duì)應(yīng)的電阻范圍是20k至150k，故可以選擇100k的可調(diào)電阻6個(gè)，200k的可調(diào)電阻2個(gè)。再選擇50k的定值電阻1個(gè)；電容則需要4.7f、1f、47f、10nf各一個(gè)，22nf的電容則

16、需要2個(gè)；1個(gè)8的揚(yáng)聲器以及若干導(dǎo)線。第4章 系統(tǒng)調(diào)試及測(cè)試結(jié)果分析4.1系統(tǒng)仿真調(diào)試按照工作原理圖，用multisim進(jìn)行仿真調(diào)試,仿真圖如圖4.1.1所示：4.1.1仿真圖用multisim仿真軟件運(yùn)行圖4.1所示的原理圖，依次閉合1、2、3、4、5、6、7、8等8個(gè)開(kāi)關(guān)，將其所對(duì)應(yīng)的波形圖記錄下來(lái)，并與不閉合開(kāi)關(guān)時(shí)的波形圖進(jìn)行比較。（1）不閉合開(kāi)關(guān)時(shí)：其波形是一條與x軸平行的直線，其波形如圖4.1.2所示：圖4.1.2 不閉合開(kāi)關(guān)的波形圖（2） 關(guān)閉開(kāi)關(guān)1時(shí)，波形如圖4.1.3所示：圖4.1.3關(guān)閉開(kāi)關(guān)1后的波形圖（3） 關(guān)閉開(kāi)關(guān)2時(shí)，波形如圖4.1.4所示：圖4.1.4關(guān)閉開(kāi)關(guān)2后的波

17、形圖（4） 關(guān)閉開(kāi)關(guān)3時(shí)，波形如圖4.1.5所示：圖4.1.5關(guān)閉開(kāi)關(guān)3后的波形圖（5）關(guān)閉開(kāi)關(guān)4時(shí)波形如圖4.1.6所示：圖4.1.6關(guān)閉開(kāi)關(guān)4后的波形圖（6） 關(guān)閉開(kāi)關(guān)5時(shí)，波形如圖4.1.7所示：圖4.1.7關(guān)閉開(kāi)關(guān)5后的波形圖（7） 關(guān)閉開(kāi)關(guān)6時(shí)，波形如圖4.1.8所示：圖4.1.8關(guān)閉開(kāi)關(guān)6后的波形圖（8） 關(guān)閉開(kāi)關(guān)7時(shí)，波形如圖4.1.9所示：圖4.1.9關(guān)閉開(kāi)關(guān)7后的波形圖（9） 關(guān)閉開(kāi)關(guān)8時(shí)，波形如圖4.1.10所示：圖4.1.10關(guān)閉開(kāi)關(guān)8后的波形圖從以上各開(kāi)關(guān)閉合時(shí)的波形圖可以看出，從開(kāi)關(guān)一閉合至開(kāi)關(guān)八，波形的形狀發(fā)生了明顯的變化，即依次變窄。尤其是對(duì)比閉合開(kāi)關(guān)一和閉合開(kāi)關(guān)

18、八的波形時(shí)，其變化尤為明顯。說(shuō)明電路中，各電阻對(duì)應(yīng)的頻率在依次變大，與波形相對(duì)應(yīng)揚(yáng)聲器所發(fā)出的音調(diào)應(yīng)越高。4.2焊接及結(jié)果分析 （1）焊接前設(shè)計(jì)好各個(gè)元器件在電路板上的位置，即排版。領(lǐng)元器件，并檢查所需各元器件是否齊全。然后調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，使其滿足表3-3所示的阻值。 （2）焊接是很重要的一步，它直接決定設(shè)計(jì)的成敗。所以，焊接時(shí)須格外小心。按照草圖上面設(shè)計(jì)的排版，將各個(gè)元件及管腳焊在電路板上，焊接時(shí)應(yīng)注意方法，避免虛焊。 （3）檢查電路，看其連接是否與工作原理圖一致。若不一致，則加以修正；若一致，則可將電路的正負(fù)極接12v直流穩(wěn)壓電源。結(jié)果分析： 起初，只有按下3、4、5、6、7、8等幾個(gè)按鍵開(kāi)

19、關(guān)時(shí)，揚(yáng)聲器才能夠發(fā)出相應(yīng)音頻的聲音，當(dāng)按下1、2按鍵時(shí)，有時(shí)聲音很小，有時(shí)不發(fā)出聲響。檢查一遍電路之后，發(fā)現(xiàn)電路的連接并沒(méi)有任何問(wèn)題。與同學(xué)探討之后，都認(rèn)為應(yīng)該是電路某處虛焊了。于是，便采用萬(wàn)用表的蜂鳴檔，對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢查。發(fā)現(xiàn)虛焊處后，再用電烙鐵對(duì)該處重焊。最終，當(dāng)接通電源后，按下任意按鍵都可發(fā)出對(duì)應(yīng)的聲音。不過(guò)，由于系統(tǒng)內(nèi)部以及外部有一定的干擾存在，發(fā)聲時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定量的雜音。然而，由于lm386的放大作用，該電子琴發(fā)出的聲音較大，且沒(méi)有過(guò)度的失真現(xiàn)象?？傮w來(lái)說(shuō)，該設(shè)計(jì)還是比較成功的。結(jié)論通過(guò)本次的課程設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多的東西。在上個(gè)學(xué)期的模擬電路課程中，對(duì)知識(shí)的把握不是很好。因此，選擇

20、課程設(shè)計(jì)題目的時(shí)候，有點(diǎn)犯難，感覺(jué)每個(gè)題目都沒(méi)多大把握。當(dāng)看到“簡(jiǎn)易電子琴”這個(gè)標(biāo)題時(shí)，一股新奇感促使了這個(gè)設(shè)計(jì)的進(jìn)行。選定題目后，接下來(lái)的工作讓人感覺(jué)壓力很大。雖然網(wǎng)上以及書(shū)籍中，都有與本設(shè)計(jì)有關(guān)的內(nèi)容，但這卻無(wú)形中增加了許多諸如篩選信息等方面的困難。終于，選定方案以后，接下來(lái)的工作就相對(duì)來(lái)說(shuō)比較容易了。但是由于平常對(duì)multisim軟件不夠熟悉，以至于本次仿真時(shí)，為尋找各元器件，花了大量的時(shí)間。而且還浪費(fèi)了許多的精力和時(shí)間去尋找軟件中沒(méi)有的“揚(yáng)聲器”。同時(shí)，增長(zhǎng)了許多的知識(shí)。雖然以前也用過(guò)ne555芯片，但是從來(lái)不曾了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及各個(gè)管腳的功能。在這次的課程設(shè)計(jì)中，不僅更加了解了ne555，還對(duì)lm386芯片有了一定的認(rèn)識(shí)。相信以后再用到此類芯片時(shí)，會(huì)更加的得心應(yīng)手。此外，在焊接方面，也樹(shù)立起了信心。曾經(jīng)的幾次失敗，造就了對(duì)焊接的排