簡易電子琴學(xué)年論文

1、電子課程設(shè)計-555簡易電子琴目錄一 設(shè)計要求與任務(wù)3二 總體框圖3【模塊功能】3方案一4 方案二4三 選擇器材5【實驗器材】 5【邏輯符號】 7【內(nèi)部原理圖】 9 【邏輯功能】 9【原理圖】10四 功能模塊11五 總體設(shè)計電路圖13Eda仿真圖14波形圖15六 心得體會17555簡易電子琴電路制作一 設(shè)計要求與任務(wù)1.學(xué)習(xí)調(diào)試電子電路的方法，提高實際動手能力。2.了解由555定時器構(gòu)成簡易電子琴的電路及原理。二 總體框圖、【模塊功能】該電路包括按鈕開關(guān)，定值電阻，555振蕩器和揚聲器三部分組成，1輸入端： 由八個按鈕開關(guān)與各自的定值電阻串聯(lián)在并聯(lián)組成輸入端2頻率產(chǎn)生端： 根據(jù)定值電阻的不同輸

2、入，由555產(chǎn)生不同的信號頻率3揚聲器端口: 接受信號頻率發(fā)出特定的頻率【設(shè)計方案 一 】555定時器 本實驗采用兩個555集成定時器組成簡易電子琴。整個電路由主振蕩器，顫音振蕩器，揚聲器和琴鍵按鈕等部分組成。主振蕩器由555定時器，七個琴鍵按鈕S1S7，外接電容C1、C2，外接電阻R8以及R1R7等元件組成，顫音振蕩器由555定時器，電容C5及R9、R10等元件組成，顫音振蕩器振蕩頻率較低為64Hz，若將其輸出電壓U連接到主振蕩器555定時器復(fù)位端4，則主振蕩器輸出端出現(xiàn)顫音。按圖接線后閉合不同開關(guān)即可令喇叭發(fā)出不同頻率的聲響，從而模擬出電子琴的工作?！驹O(shè)計方案 二】單片機(jī)電子琴程序可分如下

3、：初始化模塊、判斷按鍵模塊、鍵值處理模塊、音樂處理模塊、中斷模塊、0處理模塊、表單模塊初始化模塊：對8279鍵盤的部分進(jìn)行初始化和中斷初始化鍵值處理模塊：用8279的狀態(tài)字來判斷它是否按鍵（FIFORAM不能清除已處理的數(shù)據(jù)，但8279的狀態(tài)字會發(fā)生相應(yīng)改變）。輸入的鍵值與1-8的物理值01H-08H進(jìn)行比較，如果與其中某個數(shù)相等，則跳到1-8的鍵值處理模塊；如果是9或者A，則跳到音樂處理模塊。如果輸入是0，則跳到0處理模塊。結(jié)尾跳到初始化模塊。音樂處理模塊：專門處理音樂中的1-8的發(fā)音。它們發(fā)音不同是因為波的頻率不同，所以要發(fā)出不同的音，只要實現(xiàn)發(fā)出的波的頻率不同即可。于是，可通過定時的方法

4、來中斷產(chǎn)生不同的方波。可把1-8的定時初值放在一個表單內(nèi)。中斷模塊：T0中斷是為鍵值處理模塊服務(wù)；T1中斷是為音樂處理模塊服務(wù)。0處理模塊：在音樂處理過程中，按下0則音樂暫停，此時可如其他按鍵（包括音樂按鍵）。當(dāng)再按下0鍵時，則最近繼續(xù)的音樂中斷。表單模塊：TAB音符表單存放1-8的ASCII碼值；FREQUENCY音符初值表單存放1-8音符的中斷初值；DAT、DAT1分別存放兩首歌曲相應(yīng)的中斷初值和節(jié)拍等信息。綜上所述：選擇方案一原因用555定時器比單片機(jī)方便簡潔，無需瑣碎的器件，且操作容易，不易混亂。三選擇器件【實驗器材】名稱NE555按鍵開關(guān)撥動開關(guān)電阻電容電路板電池導(dǎo)線揚聲器數(shù)量181

5、9311若干1555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)，體積很小，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(yīng)用。多諧振蕩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(zhuǎn)換，故又稱它為無穩(wěn)態(tài)電路。由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖1所示，R1，R2和C是外

6、接定時元件，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C的連接處，將放電端（7腳）接到R1，R2的連接處。由于接通電源瞬間，電容C來不及充電，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uo為高電平，放電管VT截止。這時，電源經(jīng)R1，R2對電容C充電，使 電壓uc按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)uc上升到（2/3）Vcc時，輸出uo為低電平，放電管VT導(dǎo)通，把uc從（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc這段時間內(nèi)電路的狀態(tài)稱為第一暫穩(wěn)態(tài)，其維持時間TPH的長短與電容的充電時間有關(guān) 。充電時間常數(shù)T充=（R1R2）C。由于放電管V

7、T導(dǎo)通，電容C通過電阻R2和放電管放電，電路進(jìn)人第二暫穩(wěn)態(tài).其維持時間TPL的長短與電 容的放電時間有關(guān)，放電時間常數(shù)T放R2C0隨著C的放電，uc下降，當(dāng)uc下降到（1/3）Vcc時，輸出uo。 為高電平，放電管VT截止，Vcc再次對電容c充電，電路又翻轉(zhuǎn)到第一暫穩(wěn)態(tài)。不難理解，接通電源后，電 路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間來回翻轉(zhuǎn)，則輸出可得矩形波。電路一旦起振后，uc電壓總是在（1/32/3）Vcc 之間變化。圖1（b）所示為工作波形。圖1 555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器電路及工作波形      集成555定時器有雙極性型和CMOS型兩種產(chǎn)品。一般雙

8、極性型產(chǎn)品型號的最后三位數(shù)都是555，CMOS型產(chǎn)品型號的最后四位數(shù)都是7555.它們的邏輯功能和外部引線排列完全相同。器件電源電壓推薦為4512V，最大輸出電流200mA以內(nèi)，并能與TTL、CMOS邏輯電平相兼容。其主要參數(shù)見表8.1。555定時器的內(nèi)部電路框圖及邏輯符號和管腳排列分別如圖：【邏輯符號】【內(nèi)部原理圖】Vi1（TH）：高電平觸發(fā)端，簡稱高觸發(fā)端，又稱閾值端，標(biāo)志為TH。Vi2（TR）：低電平觸發(fā)端，簡稱低觸發(fā)端，標(biāo)志為TR。VCO：控制電壓端。VO：輸出端。Dis：放電端。Rd：復(fù)位端。555定時器內(nèi)含一個由三個阻值相同的電阻R組成的分壓網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生VCC和VCC兩個基準(zhǔn)電壓；兩

9、個電壓比較器C1、C2；一個由與非門G1、G2組成的基本RS觸發(fā)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0（低電平）。【邏輯功能】RSTTHTROUT0XX01>2/3VCC>1/3VCC01<2/3VCC>1/3VCC不變1<2/3VCC<1/3VCC11>2/3VCC<1/3VCC1在555定時器的VCC端1/3和地之間加上電壓，并讓VCO懸空，則比較器C1的同相輸入端接參考電壓1/3VCC，比較器C2反相輸入端接參考電壓2/3VCC ，為

10、了學(xué)習(xí)方便，我們規(guī)定：當(dāng)TH端的電壓>1/3VCC時，寫為VTH=1，當(dāng)TH端的電壓<2/3VCC時，寫為VTH=0。當(dāng)TR端的電壓>2/3VCC時，寫為VTR=1，當(dāng)TR端的電壓<1/3VCC時，寫為VTR=0。 低觸發(fā)：當(dāng)輸入電壓Vi2<VCC2/3 且Vi1<1/3VCC時，VTR=0，VTH=0，比較器C2輸出為低電平，C1輸出為高電平，基本RS觸發(fā)器的輸入端TH=0、TR=1，經(jīng)輸出反相緩沖器后，VO1，T截止。這時稱555定時器“低觸發(fā)”； 保持：若Vi2>1/3VCC 且Vi1<2/3VCC，則VTR=1，VTH=0，基本RS觸發(fā)器

11、保持，VO和T狀態(tài)不變，這時稱555定時器“保持”。 高觸發(fā)：若Vi1>2/3VCC，則VTH=1，比較器C1輸出為低電平，無論C2輸出何種電平，基本RS觸發(fā)器,經(jīng)輸出反相緩沖器后，VO0；T導(dǎo)通。這時稱555定時器“高觸發(fā)”。555定時器的“低觸發(fā)”、“高觸發(fā)”和“保持”三種基本狀態(tài)和進(jìn)入狀態(tài)的條件（即VTH、VTR的“0”、“1”）必須牢牢掌握。 VCO為控制電壓端，在VCO端加入電壓，可改變兩比較器C1、C2的參考電壓。正常工作時，要在VCO和地之間接001F（電容量標(biāo)記為103）電容。放電管Tl的輸出端Dis為集電極開路輸出。555定時器的控制功能說明見表8.2。2音階頻率本實驗

12、采用的是C調(diào)音階，其音階頻率與對應(yīng)電阻R8值如下表根據(jù)T=0.7（R9+R8）C可計算R8的值原理圖如下：IC555組成自激多諧振蕩器，在腳與電源之間加入一組音調(diào)電阻R1R8，即是一架玩具電子琴。未按琴鍵K1K5時，時基電路555不振蕩，揚聲器不發(fā)聲；按下某一琴鍵時，揚聲器依555的振蕩頻率，發(fā)出相應(yīng)的聲響。電阻R1R8的選擇調(diào)整方法，是用一只60100k的電位器，先接入電路，從高音（或低音）開始，轉(zhuǎn)動電位器，使揚聲器發(fā)出一個起始的標(biāo)準(zhǔn)音階，測出電位器的阻值，并換上相同阻值的固定電阻，這樣即可確定各音階所需的電阻阻值。原理主要是555的多諧振蕩。多諧振蕩的頻率：f=1.43/(R+2R'

13、;)C)這是個約等于,其中R指7管腳與電源之間的電阻，R指7管腳與6管腳之間的電阻，C是2管腳與地之間的電容。實驗中通過按鍵使R的阻值改變，從而改變振蕩頻率，揚聲器就可與發(fā)出不同的聲音，如果R的阻值取得好，揚聲器就可以發(fā)出類似電子琴的聲音了?！窘y(tǒng)調(diào)試與結(jié)果】1. 根據(jù)電路圖組裝電路。2. 檢查元件的接。3. 接通電源，按各鍵，看是否有結(jié)果。4.得到了預(yù)期的結(jié)果。四 功能模塊1開關(guān)輸入端邏輯功能： 八個開關(guān)與經(jīng)計算出來的固定電阻串聯(lián)后再其并聯(lián)，給555震蕩器產(chǎn)生不同的信號，從而產(chǎn)生不同的頻率 2 555振蕩器邏輯功能：由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器，R1，R2和C是外接定時元件，電路中將高電平觸

14、發(fā)端（6腳） 和低電平觸發(fā)端（2腳）并接后接到R2和C的連接處，將放電端（7腳）接到R1，R2的連接處。由于接通電源瞬間，電容C來不及充電，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uo為高電平，放電管VT截止。這時，電源經(jīng)R1，R2對電容C充電，使 電壓uc按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)uc上升到（2/3）Vcc時，輸出uo為低電平，放電管VT導(dǎo)通，把uc從（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc這段時間內(nèi)電路的狀態(tài)稱為第一暫穩(wěn)態(tài)，其維持時間TPH的長短與電容的充電時間有關(guān) 。充電時間常數(shù)T充=（R1R2）C。由于放電管VT導(dǎo)通，電容C通過電阻R2和

15、放電管放電，電路進(jìn)人第二暫穩(wěn)態(tài).其維持時間TPL的長短與電 容的放電時間有關(guān)，放電時間常數(shù)T放R2C0隨著C的放電，uc下降，當(dāng)uc下降到（1/3）Vcc時，輸出uo。 為高電平，放電管VT截止，Vcc再次對電容c充電，電路又翻轉(zhuǎn)到第一暫穩(wěn)態(tài)。不難理解，接通電源后，電 路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間來回翻轉(zhuǎn)，則輸出可得矩形波。電路一旦起振后，uc電壓總是在（1/32/3）Vcc 之間變化。3揚聲器（用示波器代替）邏輯功能：代替揚聲器驗證產(chǎn)生的頻率，用波形來代替五 總體設(shè)計電路圖Eda仿真圖驗證實驗波形圖1開關(guān)閉合無信號輸入時的波形圖：2分別打開八個開關(guān)時的波形圖:頻率為262頻率為294頻率為330頻率為349頻率為392頻率為440頻率為494頻率為523378 332 233 203六 心得體會通過對簡易電子琴的設(shè)計，認(rèn)識到了“理論聯(lián)系實際”的這句話的重要性與真實性。而且通過對此課程的設(shè)計，我不但知道了以前不知道的理論知識，而且也鞏固