精品資料（2021-2022年收藏）簡易電子琴課程設(shè)計報告.

1、摘要電子琴是現(xiàn)代電子科技與音樂結(jié)合的產(chǎn)物，是一種新型的鍵盤樂器，它在音奏中已成為不可缺少的一部分。本文主要介紹運用555定時器制作簡易電子琴的設(shè)計方法。該方法利用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器，通過按鍵控制不同的RC組合應(yīng)用多諧振蕩器產(chǎn)生不同頻率八個基本音階的脈沖信號波，然后連到揚聲器上，即可發(fā)出八音階的音樂。在該設(shè)計中，利用了555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生各音階不同頻率的脈沖，不僅僅使其頻率調(diào)節(jié)更加方便，而且發(fā)出的聲音穩(wěn)定、飽滿。關(guān)鍵詞：簡易電子琴，555定時器，多諧振蕩器，八個基本音階目錄前言1第一章 設(shè)計內(nèi)容及要求21.1 設(shè)計的基本原理21.2 設(shè)計要求2第二章 系統(tǒng)組成及工作原理32.

2、1 系統(tǒng)組成32.1.1 按鍵模塊32.1.2音調(diào)發(fā)生模塊32.1.3音響模塊42.2 工作原理42.2.1 NE555多諧振蕩器52.2.2 LM386集成功率放大器7第三章 方案比較83.1 方案一83.2 方案二93.3方案三103.4方案分析與比較11第四章 參數(shù)計算、器件選擇124.1 參數(shù)計算124.2 器件選擇12第五章 系統(tǒng)調(diào)試及測試結(jié)果分析145.1 系統(tǒng)調(diào)試185.2 硬件調(diào)試19 25.3 測試結(jié)果與分析195.4 誤差分析19 實驗小結(jié)及心得體會20 結(jié)論21 參考文獻22 附錄一23 附錄二24 3前 言隨著當(dāng)代科學(xué)設(shè)計的發(fā)展，電子產(chǎn)品在人們的日常生活中占據(jù)著越來越多

3、重要的地位。電子琴作為其中的一個典型代表，引領(lǐng)著許多孩子進入音樂的殿堂。因此，我們選擇了簡易電子琴這個題目來制作，因為它不僅能過提高實際動手能力，還與實際生活有著緊密的聯(lián)系。模擬電子技術(shù)基本教程是一門實踐性很強的課程，而此次課程設(shè)計依據(jù)的理論基礎(chǔ)是模擬電子技術(shù)基本教程，其主要目的是通過本課程的培養(yǎng)，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，進一步探究書本知識。本課程設(shè)計是設(shè)計出一個電子產(chǎn)品，先焊接好，再進行檢驗。在電子課程設(shè)計的過程中，系統(tǒng)的概念十分重要，熟悉從系統(tǒng)的層次分析問題、解決問題的方式?；痉椒ǔ藢嶒炚n中要求掌握的功能測試、故障排除等各種一般方法以外、要特別注重使用“電路拼裝”的方法。課程設(shè)計的一般步

4、驟如下：（1）、選擇一個課題；（2）、查閱有關(guān)資料；（3）、進行可行論證；（4）、通過設(shè)計方案的比較，定出最優(yōu)的設(shè)計方案；（5）、分解為多個模塊；（6）、分別設(shè)計各個功能模塊電路，并完成調(diào)試；（7）、組裝成完整的數(shù)字系統(tǒng)；(8)、編寫設(shè)計、安裝、調(diào)試報告。1第一章設(shè)計原理及要求1.1 設(shè)計的原理555定時器是一種中規(guī)模集成電路，外形為雙列直插8腳結(jié)構(gòu)，體積小，使用起來方便。只要在外部配上幾個適當(dāng)?shù)淖枞菰涂梢詷?gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及多諧振蕩器等脈沖信號產(chǎn)生與變換電路。它在波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制、定時電路、家用電器、電子玩具、電子樂器等方面有廣泛的應(yīng)用。由555定時器電路組成的

5、多諧振蕩器，它的振蕩頻率可以通過改變振蕩電路中的RC原件的數(shù)值進行改變。根據(jù)這一原理，通過設(shè)定一些不同的RC數(shù)值并通過控制電路，按照一定的速度依次將不同的RC組件接入振蕩電路，就可以使振蕩電路按照設(shè)定的要求，有節(jié)奏的發(fā)射已設(shè)定的音頻信號與音樂。下圖為電子琴總框圖：圖1.1簡易電子琴總框圖1.2設(shè)計要求1）產(chǎn)生e 調(diào)8個音階的振蕩頻率，它分別由1、2、3、4、5、6、7、0號數(shù)字鍵控制。其頻率分別為：1：261.6HZ、2：293.6HZ、3：329.6HZ、4：349.2HZ、5：392.0HZ、6：440.0HZ、7：493.9HZ、0：523HZ。2）利用集成功放放大該信號，驅(qū)動揚聲器。3

6、）設(shè)計一聲調(diào)調(diào)節(jié)電路，改變滑動變阻器，生成不同的頻率聲音2第二章 系統(tǒng)組成及工作原理2.1 系統(tǒng)組成2.1.1 按鍵模塊在電路板上安裝八個按鍵開關(guān)，分別接入對應(yīng)的電路中來控制輸出頻率。如圖2.1.1所示。圖2.1.1圖2.1.1示電路實現(xiàn)頻率的控制，采用一個單刀單擲開關(guān)來代替按鍵開關(guān)，從左到右依次閉合開關(guān)，即可以獲得所需的頻率。2.1.2 音調(diào)發(fā)聲模塊圖2.1.2圖2.1.2所示是整個電路設(shè)計的關(guān)鍵， 由一個555芯片和幾個電容以及電阻組成多諧振蕩器，經(jīng)過可調(diào)電阻輸出設(shè)計所需對應(yīng)的頻率。32.1.3 音響模塊由一個LM386芯片和一個喇叭組成音響，LM386將系統(tǒng)產(chǎn)生的信號放大，經(jīng)過喇叭發(fā)出聲

7、音。模塊設(shè)計圖如圖2.1.3所示圖2.1.3 音響模塊2.2 工作原理音樂產(chǎn)生原理及硬件設(shè)計由于一首音樂是由許多不同的音階組成的，而每個音階對應(yīng)著不同的頻率，例如本次實驗所需頻率如下：1：261.6HZ、2：293.6HZ、3：329.6HZ、4：349.2HZ、5：392.0HZ、6：440.0HZ、7：493.9HZ、0：523HZ。由此，我們就可以利用不同的頻率的組合，奏出不同的音調(diào)，即可構(gòu)成我們所想要的音樂了。工作原理圖如圖2.2所示圖2.2簡易電子琴的工作原理圖42.2.1 NE555多諧振蕩器：NE555的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可等效成23個晶體三極管、17個電阻、兩個二極管，組成了比較器、RS

8、觸發(fā)器、等多組單元電路。特別是由三只精度較高5k電阻構(gòu)成了一個電阻分壓器，為上、下比較器提供基準(zhǔn)電壓。NE555屬于CMOS工藝制造。NE555引腳介紹如圖2.2.1.1：圖2.2.1.1NE555管腳圖1地 GND；2 觸發(fā)端；3 OUT輸出端；4 復(fù)位 R接低電平時及電路不工作，不用時應(yīng)接高電平；5 CO或VC為 控制電壓端。若此端外接電壓，則可以改變內(nèi)部兩個比較器的、基準(zhǔn)電壓，當(dāng)改端不用時，應(yīng)將該端傳入串入一只電容接地，以防引入干擾；6 觸發(fā)端；7 D放電端。該端與放電管集電極相連，用作定時器式電容的放電； 8 VCC（或VDD）外接電源VCC，雙極性是基電路VCC的范圍是4.516V,

9、一般 5V。5【內(nèi)部原理圖】如圖2.2.1.2所示圖2.2.1.2 內(nèi)部原理圖圖2.2.1.3555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器電路及工作波形R組成的分壓網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生VCC和VCC兩個基準(zhǔn)電壓；兩個電壓比較器C1、C2；一個由與非門G1、G2組成的基本RS觸器（低電平觸發(fā)）；放電三極管T和輸出反相緩沖器G3。Rd是復(fù)位端，低電平有效。復(fù)位后, 基本RS觸發(fā)器高端為1（高電平），經(jīng)反相緩沖器后，輸出為（低電平）。62.2.2 LM386集成功率放大器：2.2.2.1 外形、管腳排列及內(nèi)電路LM 386是一種低電壓通用型音頻集成功率放大器，廣泛應(yīng)用于收音機、對講機和信號發(fā)生器中； LM 386引腳圖如圖2

10、.2.2.1所示，它采用8腳雙列直插式塑料封裝。圖2.2.2.1 LM386引腳LM386有兩個信號輸入端，腳為反相輸入端，腳為同相輸入端；每個輸入端的輸入阻抗均為50 k，而且輸入端對地的直流電位接近于零，即使輸入端對地短路，輸出端直流電平也不會產(chǎn)生大的偏離。2.2.2 2 LM386主要性能指標(biāo)LM386的電源電壓范圍為518v。當(dāng)電源電壓為6V時，靜態(tài)工作電流為4mA。當(dāng)Vcc=16V，RL=32時輸出功率為1W。、腳開路時帶寬300kHZ，總諧波失真為0.2%,輸入阻抗為50K。本實驗采用的是C調(diào)音階，其音階頻率與對應(yīng)電阻R8值，根據(jù)T=0.7（R9+R8）C可計算R8的值。7第三章

11、方案比較3.1 方案一用兩個9013三極管來完成此設(shè)計，該設(shè)計用兩個9013組成多諧振蕩器，用它來發(fā)出所要音頻的頻率，最后連接到揚聲器組成基本電路。此方案雖然可行，但是揚聲器的聲音不大，效果不是很真實，所以不采用此方案。利用9013來產(chǎn)生對應(yīng)音頻頻率電路如圖3.1圖3.1 簡易電子琴仿真電路（一）用兩個9013三極管組成多諧振蕩電路，所要求產(chǎn)生的頻率是由V1、V2組成的多諧振蕩電路決定，產(chǎn)生出的頻率驅(qū)動揚聲器發(fā)出聲音。原理圖中涉及到了R1、R2、C1、C2、Rw*。計算周期的公式為：T=0.639（R1+Rw*）*C1+(R2+Rw*)*C2,計算頻率的公式為f=1/0.639（R1+Rw*）

12、*C1+(R2+Rw*)*C2。83.2 方案二主要是用兩個555芯片和一個LM386芯片、一個揚聲器以及若干個電阻電容來組成簡易電子琴的系統(tǒng)。此方案中第一個555芯片用來產(chǎn)生鋸齒波形，然后經(jīng)過第二個555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)變成放波波形，產(chǎn)生驅(qū)動揚聲器的信號，再經(jīng)過LM386將信號放大使揚聲器發(fā)出聲音。我們只要調(diào)整接入的電阻阻值就能得到對應(yīng)音頻的頻率，從而達到所要的效果。不過這個方案要使用兩個555芯片，在經(jīng)濟上不是很合理，所以不選擇此方案。由兩個555芯片以及其他元件組成的簡易電子琴電路如圖3.2：圖3.2簡易電子琴仿真電路（二）該方案是用兩個555芯片組成。主

13、要核心是555芯片，前一個555芯片是用來產(chǎn)生振蕩信號，接入不同阻值的電阻Rw*產(chǎn)生不同的音階頻率信號，發(fā)出鋸齒波形。然后通過第二個555芯片，該555芯片接成施密特觸發(fā)器，用來將鋸齒波形轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲úㄐ?，從而得?、2、3、4、5、6、7、0八個音頻音階所對應(yīng)的頻率，再經(jīng)LM386集成功率放大器將信號放大，驅(qū)動揚聲器發(fā)出對應(yīng)的音頻音階 。93.3 方案三主要用用一個555芯片和一個LM386集成功率放大器來實現(xiàn)此方案。通過555芯片產(chǎn)生振蕩頻率，發(fā)出信號。再由經(jīng)LM386功放將信號放大，驅(qū)動揚聲器發(fā)聲。通過八個可調(diào)電阻來實現(xiàn)1、2、3、4、5、6、7、0八個不同音頻音階，從而達到我們所要的效果

14、。電子琴的具體工作原理圖如圖4.1所示。由一個555芯片以及其他元件組成的簡易電子琴電路仿真圖如圖3.3：圖3.3簡易電子琴仿真電路（三）該方案主要用一個555芯片來產(chǎn)生振蕩頻率，調(diào)節(jié)可變電阻得到1、2、3、4、5、6、7、0所對應(yīng)音頻音階的頻率，再經(jīng)過LM386集成功率放大器將信號放大，從而驅(qū)動揚聲器發(fā)聲。本圖簡單的應(yīng)用了示波器，由于仿真軟件中未用揚聲器，因此只能通過顯示的波形以及其顯示的數(shù)據(jù)來計算出所產(chǎn)生的聲音信號的頻率，從而確定所發(fā)出的聲音是否為1、2、3、4、5、6、7、0的聲調(diào)。103.4 方案分析與比較方案一中用到的兩個555芯片從經(jīng)濟角度來說不是很合理，而且電路也比較復(fù)雜，給后面

15、的操作造成較大的困難，所以此方案不是很合理，因此不采納該方案。方案二中電路雖然簡單，但是經(jīng)過實驗操作，得到的聲音很小，得到的音階不是很準(zhǔn)，同時還不能很好的實現(xiàn)預(yù)期的效果，所以此方案不用。方案三的電路相對前二者則比較合理，選擇的元器件也不是很多，再加上電路比較簡單，所以在后續(xù)實驗操作時不會造成很大的困難，更重要的是，它得到的音階較準(zhǔn)，聲音較大，基本符合設(shè)計的要求，所以選用方案三。11第四章 參數(shù)計算、器件選擇4.1 參數(shù)計算通過計算得到可調(diào)電阻的阻值。逐個調(diào)節(jié)可變電阻的阻值，使每個阻值都對應(yīng)所需的阻值后，電子琴發(fā)出所需要的聲音，達到了設(shè)計的預(yù)期效果。計算周期的公式為：T=0.7（Rw+2R9）*

16、C1，計算頻率的公式為：f=1/0.7（Rw+2R9）*C1。通過計算可知：R1=18.0631k（f1=261.6Hz）;R2=16.1065k（f2=293.6Hz）;R3=7.327k（f3=329.6Hz）; R4=13.5234k（f4=349.2Hz）;R5=12.0437k（f5=392.0Hz）;R6=10.737k（f6=440.0Hz）;R7=4.876k（f7=493.9Hz）; R8=76.7725k（f8=523Hz）。124.2 器件選擇4.2.1 頻率振蕩電路主要以一個NE555芯片為主，電路如圖4.2.1所示。圖4.2.1 NE555應(yīng)用電路4.2.2 功率放大

17、電路主要以LM386為主，如圖4.2.2圖4.2.2 LM386應(yīng)用電路圖中，腳所接容量為20F的電容為去耦濾波電容。腳與 腳所接電容、電阻是用于調(diào)節(jié)電路的閉環(huán)電壓增益，電容取值為10F，電阻R在020k范圍內(nèi)取值；改變電阻值，可使集成功放的電壓放大倍數(shù)在20200之間變化，R值越小，電壓增益越大。當(dāng)需要高增益時，可取R0，只將一只10F電容接在 腳與 腳之間即可。輸出端 腳所接10電阻和0.1F電容組成阻抗校正網(wǎng)絡(luò)，抵消負(fù)載中的感抗分量，防止電路自激，有時也可省去不用。 13第五章 系統(tǒng)調(diào)試及測試結(jié)果分析5.1 系統(tǒng)調(diào)試（附：仿真軟件波形圖）1.關(guān)閉開關(guān)1（實際操作即奏出“1”音，波圖形如5

18、.1.1所示）圖5.1.1 關(guān)閉開關(guān)1后的波形2.關(guān)閉開關(guān)1（實際操作即奏出“2”音，波圖形如5.1.2所示）圖5.1.2 關(guān)閉開關(guān)2后的波形圖143.關(guān)閉開關(guān)3（實際操作即奏出“3”音，波圖形如5.1.3所示）圖5.1.3 關(guān)閉開關(guān)3后的波形圖4.關(guān)閉開關(guān)4（實際操作即奏出“4”音，波圖形如5.1.4所示）圖5.1.4 關(guān)閉開關(guān)4后的波形圖155.關(guān)閉開關(guān)5（實際操作即奏出“5”音，波圖形如5.1.5所示）圖5.1.5 關(guān)閉開關(guān)5后的波形圖6.關(guān)閉開關(guān)6（實際操作即奏出“6”音，波圖形如5.1.6所示）圖5.1.6 關(guān)閉開關(guān)6后的波形圖167.關(guān)閉開關(guān)7（實際操作即奏出“7”音，波圖形如5.

19、1.7所示）圖5.1.7 關(guān)閉開關(guān)7后的波形圖8.關(guān)閉開關(guān)8（實際操作即奏出“i”音，波圖形如5.1.8所示）圖5.1.8 關(guān)閉開關(guān)8后的波形圖175.2 硬件調(diào)試電路安裝完畢后，先認(rèn)真檢查接線是否正確，引腳是否虛焊，包括是否錯線、少線、多線。線路連接錯誤一般是因為接線時看錯引腳，或者改接時忘記去掉原來的舊線造成的，實驗查線往往不易發(fā)現(xiàn)。首先按照總電路圖檢查是否有引腳連接錯誤，連接短路，接著用萬用表依次檢測電路的焊接中是否有虛焊或者短路的情況。焊接時注意點，這種情況可以避免。檢查完成后，只需注意輸入電壓不要過高，12V即可，通過電阻的串并聯(lián)，按下按鈕開關(guān)后，有相應(yīng)的聲音發(fā)出。在實物焊接時，對電

20、路板上各個元件的位置要布局合理，盡量使連線方便，且能保持電路板的整體美觀。焊接過程中，要注意手工焊接的基本步驟和注意事項，尤其注意焊接時間要適當(dāng)，避免虛焊、假焊。對于原件的安裝方法，在保持有電路板整體美觀效果的前提下，可依據(jù)板面的大小和原件的具體尺寸合理安排。對于集成電路的焊接，最好是先把底座焊接上去，在調(diào)試時再裝上芯片，這樣可以避免芯片在焊接時不被燒壞。對于電熔焊接，注意電解電容的極性。由于設(shè)計電路本身的缺陷，當(dāng)按下按鈕，基本能夠發(fā)出1、2、3、4、5、6、7、0八個音階，但效果不是很好，有沙沙的聲音。185.3 測試結(jié)果與分析1. 將開關(guān)焊接上去后，用萬用表檢查后發(fā)現(xiàn)按鈕開關(guān)焊錯，四個腳都

21、焊接上去了，導(dǎo)致開關(guān)按鈕按與不按，萬用表都會在蜂鳴檔發(fā)出蜂鳴聲。解決方法：由于有8個按鈕開關(guān)，要一個個的重新焊接很麻煩，因此選擇將兩排管腳中間的銅板所鍍的銅用刀刮去一些，使得一個管腳與其對角或與對角管腳通在一排的管腳形成打通，使得開關(guān)按下去萬用表蜂鳴，不按則相當(dāng)于短路，從而起到開關(guān)作用。2. 將元器件焊接好后發(fā)現(xiàn)電路無法工作，經(jīng)檢查后發(fā)現(xiàn)連接電源的導(dǎo)線接錯接在了仿真圖中所示的R1左端。解決方法：將導(dǎo)線接在了開關(guān)K1上端。從而電路發(fā)出了聲音。3. 將1中的導(dǎo)線位置調(diào)節(jié)好后然發(fā)現(xiàn)電路所發(fā)出的聲音比較小，后來發(fā)現(xiàn)C4電容選47f太大，幾乎聽不到揚聲器發(fā)出聲。解決方法：把原件拆下重新焊接。在多次試驗后將C4換成10nf，后來發(fā)出響亮而清晰悅耳的聲音。5.4 誤差分析電容之間會相互影響，且由于揚聲器質(zhì)量并不是很好，實際揚聲器發(fā)出的聲音還是有一些雜音，會導(dǎo)致發(fā)出的聲音并非完美。19實驗小結(jié)及心得體會通過對整個