數(shù)字電路課程設計報告

1、數(shù)字電路課程設計報告設計課題：自動奏樂器設計1 專業(yè)班級： 13電信本 學生姓名： 某某 學號： 130802040指導教師： 某某 設計時間： 2015.4 - 2015.5 自動奏樂器設計1加微信:rui11201314一、設計任務與要求1開機能自動奏一個樂曲，可以反復演奏； 2速度可變；3并顯示樂譜；二、方案設計與論證1、方案一、用8個NE555做8個頻率不同的振蕩器做8個音符，再并聯(lián)輸入到揚聲器播放通過并行輸入到揚聲實現(xiàn)器8個時鐘電路產(chǎn)生8個音符 圖2-1（方案一方框圖） 缺點是沒有播放音符的顯示電路，同時會一直循環(huán)播放，沒有停止功能,無法有效地實現(xiàn)題目所要求的功能，所以不選擇此方案。

2、2、方案二、主要利用8選一數(shù)據(jù)選擇器來實現(xiàn)播放哪一個音符，同時用8進制計數(shù)器來產(chǎn)生地址碼來實現(xiàn)選擇，同時產(chǎn)生的8421碼輸入到cd4511里進行譯碼顯示。通過CD4511譯碼顯示產(chǎn)生不同頻率的時鐘脈沖，電位器控制播放快慢8進制計數(shù)器產(chǎn)生8421碼利用8選一數(shù)據(jù)選擇器實現(xiàn)循環(huán)輸出通過7個振蕩電路產(chǎn)生7個不同頻率的信號做7個音符揚聲器播放聲音圖2-2（方案二方框原理圖）通過分析，結合設計電路性能指標、以及電路有顯示播發(fā)的音符是哪一個的優(yōu)點，和播發(fā)可以暫停以及可調速度的功能，綜合這些優(yōu)點，可實現(xiàn)基本要求，則本設計電路選擇方案二進行焊接測試。三、單元電路設計與參數(shù)計算555定時器555集成 時基電路稱

3、為集成定時器，是一種數(shù)字、模擬混合型的中規(guī)模集成電路，其應用十分廣泛。外形為雙列直插8腳結構，體積很小，使用起來方便。只要在外部配上幾個適當?shù)淖枞菰?，就可以構成史密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及自激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用。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構成單穩(wěn)、多諧 和施密特觸發(fā)器，因而廣泛用于信號的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。它的內(nèi)部電壓標準使用了三個5K的電阻，故取名555電路。其電路類型有雙極型和CMOS型 兩大類，兩者的工作原理和結構相似。幾乎所有的雙極型產(chǎn)品型號最后的三

4、位數(shù)碼都是555或556；所有的CMOS產(chǎn)品型號最后四位數(shù)碼都是7555或 7556，兩者的邏輯功能和引腳排列完全相同，易于互換。555和7555是單定時器，556和7556是雙定時器。雙極型的電壓是+5V+15V，輸 出的最大電流可達200mA，CMOS型的電源電壓是+3V+18V。圖8-1 555定時器內(nèi)部框圖555電路的工作原理加微信:rui11201314555電路的內(nèi)部電路方框圖如圖8-1所示。它含有兩個電壓比較器，一個基本RS觸發(fā)器，一個放電開關T，比較器的參考電壓由三只5K的電阻器構成分壓，它們分別使高電平比較器A1同相比較端和低電平比較器A2的反相輸入端的參考電平為和。A1和A

5、2的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關狀態(tài)。當輸入信號輸入并超過時，觸發(fā)器復位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時放電，開關管導通；當輸入信號自2腳輸入并低于時，觸發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同時放電，開關管截止。是復位端，當其為0時，555輸出低電平。平時該端開路或接VCC。Vc是控制電壓端（5腳），平時輸出作為比較器A1的參考電平，當5腳外接一個輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實現(xiàn)對輸出的另一種控制，在不接外加電壓時，通常接一個0.01uf的電容器到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。T為放電管，當T導通時，將給接于腳7的電容器提供低阻放電電路。多諧振蕩

6、器的工作原理多諧振蕩器是能產(chǎn)生矩形波的一種自激振蕩器電路，由于矩形波中除基波外還含有豐富的高次諧波，故 稱為多諧振蕩器。多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)，在自身因素的作用下，電路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之 間來回轉換，故又稱它為無穩(wěn)態(tài)電路。如圖8-4，由555定時器和外接元件R1、R2、C構成多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外接觸發(fā)信號，利用電源通過R1、R2向C充電，以及C通過R2向放電端放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容C在和之間充電和放電，從而在輸出端得到一系列的矩形波，對應的波形如圖8-5所示。圖8-4 555構成多諧振蕩器 圖8-5 多諧振蕩器的波形輸出信

7、號的時間參數(shù)是： T=0.7（R1+2R2）C=0.7R2C其中，為VC由上升到所需的時間，為電容C放電所需的時間。555電路要求R1與R2均應不小于1K，但兩者之和應不大于3.3M。外部元件的穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器的穩(wěn)定性，555定時器配以少量的元件即可獲得較高精度的振蕩頻率和具有較強的功率輸出能力。因此，這種形式的多諧振蕩器應用很廣。設計原理： 加微信:rui112013141、直流電源設計 圖3-1電源原理圖 利用LM317的可調電壓功能，調節(jié)R1的阻值，使得輸出為5v電壓。公式U0=(1+R1/R2)*1.25V 2、時鐘產(chǎn)生電路 圖3-2震蕩電路（時鐘產(chǎn)生電路）頻率設置公式T=2.2

8、*R2C1通過該變R2或者改變C1該變信號的頻率，7個頻率的參數(shù)設置可以為R21=22K，R22=33K，R23=44K，R24=50K，R25=70K，R26=80K，R27=90K。同樣可以改變電容c1的值來實現(xiàn)8個頻率的不同。C1的值選擇2.2uf，3.3uf，4.7uf，或0.1uf（高頻率是使用）3、8進制計數(shù)器電路加數(shù)顯電路 圖3-3八進制計數(shù)器加顯示電路主要由一個74160構成的八進制計數(shù)器產(chǎn)生地址碼實現(xiàn)，計數(shù)器ABCD端置0，計數(shù)器初時狀態(tài)為0，開始計數(shù)，計到第七個CP信號完成時置數(shù)端有效，計數(shù)器回到初時狀態(tài)0。再通過CD4511譯碼在數(shù)碼顯示管上顯示樂譜，并且輸入到8選一數(shù)據(jù)

9、選擇器利用74LS151進行選擇輸出和循環(huán)。4、功能電路 圖3-2 功能電路圖 音符的輸出主要由一個74151數(shù)據(jù)選擇器來實現(xiàn)的，從而達到7個音符的循環(huán)播放輸出。利用八選一數(shù)據(jù)選擇器選擇輸出來實現(xiàn)7個音符的輸出，ABC是數(shù)據(jù)選擇器的地址編碼，這樣就由數(shù)據(jù)選擇器選擇輸出每個確定狀態(tài)對應的音符。使用T觸發(fā)器的作用是為使占空比為1：1，輸出到一個調節(jié)占空比后再送到揚聲器輸出端。音符對應的頻率如下表所示：音調 C高音)7/B6/A  5/G 4/F 3/E 2/D 1/C頻率Hz) 261.63x2 493.88 

10、;440.00392.00 349.23329.63293.66 261.63四、總原理圖及元器件清單1總原理圖（不包括8個音符產(chǎn)生電路）圖4-1 總電路圖（不包括8個音符產(chǎn)生電路音符產(chǎn)生電路如圖3-1所示） 2元件清單元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量備注（單價）R21k33k100.1元C12.2uf，3.3uf電解電容（各4個）80.5元74LS16012元CD451112.5元BS20112元74LS15113元五、安裝與調試1.電路安裝買好設計所需要的器材,按電路原理圖焊接電路板。2.電路調試 a接自制電源或在實驗箱上接通電源。b先測試計數(shù)數(shù)顯電路，觀察有沒有完成8進制計數(shù)

11、。c測試8個音符的頻率是否不同，如果相同則進行重新修改電路。d接入測試號的8個音符到功能電路中完成最終測試。六、性能測試與分析1.直流電源測試與分析（1）測試步驟將UI=220V,f0=50Hz接入電路板；觀察兩個發(fā)光二極管是否有亮；若兩個發(fā)光二極管都亮，則用萬用表交流電壓檔測降壓后的電壓U1；用萬用表直流電壓檔測濾波后電壓U4（由于接入了濾波電路所以整 流電壓等于U2）;用萬用表直流電壓檔測輸出的正負電壓Uo.（2）測試數(shù)據(jù)U1=13.5 V U2=20.5V（3）數(shù)據(jù)處理及誤差計算1.變壓器的副邊輸出電壓為13.5V      &

12、#160;   理論 U=13V    1=(13-13.5)/13*100%=3.8%2.整流濾波電壓穩(wěn)壓管的輸入電壓均為17.5V   理論 U=18V 2=（18-17.5）/18*100%=2.7% 3.穩(wěn)壓管輸出電壓UO=318v（4）結論分析（包含誤差分析）A結論集成直流穩(wěn)壓電路由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路組成；電源變壓器起降壓作用；整流電路將正弦波電壓轉換為單一方向的脈動電壓；濾波電路減小電壓的脈動，使輸出電壓平滑；穩(wěn)壓電路使輸出直流電壓

13、基本不受電網(wǎng)電壓波動和負載電阻變化的影響；在誤差允許的范圍內(nèi)，濾波后電壓等于降壓后的1.2倍；整流后電壓 等于降壓后的0.9倍。B誤差分析 1電路板上所用的各元件并不是完全和我們所計算的理論值相等，大小有不同。2. 導線接觸不良或導線本身有電阻引起誤差；2.功能電路測試與分析1 功能電路測試（1） 測試步驟a 接通電源，打開開關，測試8個音符電路的頻率是否相同。b 測試計數(shù)器是否是07計數(shù)。c 當調節(jié)電位器時觀察計數(shù)快慢的變化，有沒改變，同時聽播放速度有沒有隨之變化。（2） 測試數(shù)據(jù)a音符F1：20HZ F2：40HZ F3：60HZ F4：100HZ F5：90HZ F6：F7：110HZ。

14、b計數(shù)器按07計數(shù)并顯示。c當調節(jié)電位器計數(shù)顯示變快時，同時播放速度也變快，達到題目要求。調試成功。（3）結論分析 電路實現(xiàn)了開機自動播放7個音符的自動奏樂功能，當接通電源，蜂鳴器會按輸入的7個音符按順序不停的播放。當按下快速檔后計數(shù)變快，播放也變快，這是由于輸入時鐘的頻率變大而引起的，當CLK的頻率變大后計數(shù)加快，輸出的ABC，三個地址碼的輸出也加快，8選一的選通輸出也加快，播放就隨之加快。（4）誤差分析 1電路板上所用的各元件并不是完全和我們所計算的理論值相等，大小有不同，不夠精確導致誤差。 2. 導線接觸不良或導線本身有電阻引起誤差；六、實驗中遇到的問題1、開始時音樂演奏速度太快，通過多

15、次降低CLK的頻率將速度變慢，才得到了相對比較好的演奏效果。2、卡諾圖化簡為最簡式時是通過真值表的形式將Q0Q4轉化為ABC表示的，化簡出的表達式非常的復雜，容易化簡錯，從而導致電路圖的連接特別容易錯誤，可以適當采用工具。3實際頻率設計的與理論有差別，導致聲音不是很清晰。七，作品圖片展示七、結論 這次課程設計，我是先從簡單的幾個音符的分頻開始做，之后又參考了一些以前同學做過的資料，才得以日益完善自己的電路設計，細細推敲，一步一步的上手。從最初的一點點想法，到最后一個規(guī)模龐大的電路，終于電路大功告成了。且每次改動電路圖后都要重新編譯，完成新的波形仿真，一個小小的錯誤就會導致整個電路無法正常運行。

16、設計過程中出現(xiàn)的種種問題讓我明白，出現(xiàn)任何一點小的誤差就會導致整個文件系統(tǒng)的編譯出現(xiàn)錯誤提示。經(jīng)過反復調試，但總是發(fā)出刺耳的聲音，后多次調解CP1的頻率才得到音符。這次課設，我遇到了不少的麻煩，當遇到不懂的、不會的問題，要自己看書溫故知新，要不恥下問請教同學，要請教老師指點迷津。通過自己的努力和老師，同學的幫助，最終都被一一解決。以后要善于思考，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，才能更好的做出滿意的設計。 通過對自動奏樂器的設計，我還認識到了“理論聯(lián)系實際”這句話的重要性與真實性。而且通過對此課程的設計，我不但知道了以前不知道的理論知識，而且也鞏固了以前知道的知識。最重要的是在實踐中理解了書本上的知識，明白

17、了學以致用的真諦。也明白老師為什么要求我們做好這個課程設計的原因。他是為了教會我們?nèi)绾芜\用所學的知識去解決實際的問題，提高我們的動手能力。在整個設計到電路的焊接以及調試過程中，我個人感覺調試部分是最難的，因為你理論計算的值在實際當中并不一定是最佳參數(shù)，我們必須通過觀察效果來改變參數(shù)的數(shù)值以期達到最好。而參數(shù)的調試是一個經(jīng)驗的積累過程，沒有經(jīng)驗是不可能在短時間內(nèi)將其完成的。在課程設計時我發(fā)現(xiàn)影響電路正常工作的一些原因，其中電源就會影響電路正常工作，特別是在用CMOS的非門做震蕩電路時，會影響產(chǎn)生的脈沖的穩(wěn)定性，而且在計數(shù)器工作時，如果電源不合適則不會正常計數(shù)。所以在設計電路時電源要選擇合適。還要

18、注意的是，在電源接入器件時最好加一個電容接地，過濾掉交流成分。在焊接時要注意不要用手去接觸萬用板上的銅片，避免氧化導致焊接好之后不能良好的接觸，這次數(shù)字電子技術課程設計培養(yǎng)了我們嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，對待事情的恒心和耐心，不急不躁，每個模塊都需要精心設計，不能有一絲的馬虎，要始終保持一顆平靜的心。也使我懂得了理論與實際相結合的重要性，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。最后，希望今后學校和學院多給我們安排這樣非常有意義的課程設計。感謝在課設中老師們付出的辛勤勞動和對我們的耐心幫助，感謝同學對我的鼓勵和建議，讓我順利完成了數(shù)字電子技術課程設計！ 八、參考文獻 1、電子設計與制作基礎 王港元 江西科學技術出版社2、電子線路設計、實驗、測試羅杰 ，謝自美 電子工業(yè)出版社3、電子技術課程設計指導，彭介華 高等教育出版社4、電子技術基礎實驗研究與設計陳兆仁 電子工業(yè)出版社5、新型集成電路的應用梁宗善 華中理工大學出版社物理與電子信息學院數(shù)字電路課程設計成績評定表專業(yè)：電子信息工程 班級：13電信本 學號：130802040 姓名： 唐瑤 課題名稱自動奏樂器設計1設計任務與要求1開機能自動奏一個樂