簡(jiǎn)易電子琴課程設(shè)計(jì)

簡(jiǎn)易電子琴課程設(shè)計(jì)(總22

頁)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-CompanyOne1-CAL-本頁僅作為文檔封面，使用請(qǐng)直接刪除課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名：專業(yè)班級(jí)：指導(dǎo)教師：工作單位： 信息工程學(xué)院題目： 簡(jiǎn)易電子琴電路的設(shè)計(jì)仿真與實(shí)現(xiàn)初始條件：可選元件：集成運(yùn)算放大器LM324、電阻、電位器、電容若干，直流電源，或自備元器件?？捎脙x器：示波器，萬用表，直流穩(wěn)壓源，函數(shù)發(fā)生器要求完成的主要任務(wù):（1）設(shè)計(jì)任務(wù)根據(jù)要求，完成對(duì)簡(jiǎn)易電子琴電路的仿真設(shè)計(jì)、裝配與調(diào)試，鼓勵(lì)自制穩(wěn)壓電源。（2）設(shè)計(jì)要求①設(shè)計(jì)一簡(jiǎn)易電子琴電路，按下不同琴鍵即改變RC值，能發(fā)出C調(diào)的八個(gè)基本音階，采用運(yùn)算放大器構(gòu)成振蕩電路，用集成功放電路輸出。已知八個(gè)基本音階在C調(diào)時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率如下表所列C調(diào)1234567f0/HZ264297330352396440495528選擇電路方案，完成對(duì)確定方案電路的設(shè)計(jì)。利用Proteus或Multisim仿真設(shè)計(jì)電路原理圖，確定電路元件參數(shù)、掌握電路工作原理并仿真實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。安裝調(diào)試并按規(guī)范要求格式完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告書。選做：利用仿真軟件的PCB設(shè)計(jì)功能進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)。時(shí)間安排：前半周，完成仿真設(shè)計(jì)調(diào)試；并制作實(shí)物。后半周，硬件調(diào)試，撰寫、提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告，進(jìn)行驗(yàn)收和答辯。指導(dǎo)教師簽名： 年月日系主任（或責(zé)任教師）簽名：目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument".模電課設(shè)概述 （1）\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)背景 （1）\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)目的及意義 （1）\o"CurrentDocument"開發(fā)環(huán)境proteus簡(jiǎn)介 （1）\o"CurrentDocument".電路原理 ⑶\o"CurrentDocument"RC橋式振蕩電路及頻率選擇 （3）\o"CurrentDocument"振蕩條件 （4）\o"CurrentDocument".總體方案設(shè)計(jì) ⑸\o"CurrentDocument"實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)思路 （5）\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)電路圖 （6）\o"CurrentDocument"實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇 （6）\o"CurrentDocument".仿真曲線及結(jié)果分析 ⑺\o"CurrentDocument"仿真操作過程及曲線 （7）仿真結(jié)果分析……………（14）\o"CurrentDocument".實(shí)物制作及仿真、實(shí)物的差異 （15）實(shí)物制作過程和調(diào)試過程………………（15）\o"CurrentDocument"仿真、實(shí)物的差異 （16）\o"CurrentDocument".心得體會(huì) （17）\o"CurrentDocument".元件清單 （18）\o"CurrentDocument".參考文獻(xiàn) （19）1模電課設(shè)概述設(shè)計(jì)背景電子琴是一種鍵盤樂器，采用半導(dǎo)體集成電路，對(duì)樂音信號(hào)進(jìn)行放大，通過揚(yáng)聲器產(chǎn)生音響。簡(jiǎn)易電子琴的設(shè)計(jì)方法：它采用模擬電路中的RC正弦振蕩原理。設(shè)計(jì)出的電子琴音階頻率滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，La調(diào)頻率滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)音C調(diào)頻率440Hz。給出電路參數(shù)的選取方法和一組參考值。結(jié)果證明，用模擬電路方法制作電子琴結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且成本低廉。對(duì)于固定的簡(jiǎn)單功能的實(shí)現(xiàn)，模擬電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。在這方面，模擬電路得到廣泛的應(yīng)用。模擬電路中的RC正弦波振蕩電路具有一定的選頻特性，樂聲中的各音階頻率也是以固定的聲音頻率為機(jī)理的。本文介紹基于RC正弦波振蕩電路的簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)目的及意義1、培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計(jì)思想，理論聯(lián)系實(shí)際的工作作風(fēng)，嚴(yán)肅認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和勇于探索的創(chuàng)新精神。2、鍛煉學(xué)生自學(xué)軟件的能力及分析問題、解決問題的能力。3、通過課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生在理論計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工程繪圖、查閱設(shè)計(jì)資料、標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的運(yùn)用和計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面的能力得到訓(xùn)練和提高。4、鞏固、深化和擴(kuò)展學(xué)生的理論知識(shí)與初步的專業(yè)技能。5、為今后從事電子技術(shù)領(lǐng)域的工程設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)基本要求。開發(fā)環(huán)境proteus簡(jiǎn)介Proteus軟件是一款極好的單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)，它以其特有的虛擬仿真技術(shù)很好地解決了單片機(jī)及其外圍電路的設(shè)計(jì)和協(xié)同仿真問題，可以在沒有單片機(jī)實(shí)際硬件的條件下，利用PC以虛擬仿真方式實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的軟、硬件同步仿真調(diào)試，使單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單容易。Proteus軟件涵蓋了PIC、AVR、MCS8051、68HC11、ARM等微處理器模型，以及多種常用電子元器件，包括74系列、CMOS4000系列集成電路、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、鍵盤、LCD顯示器、LED顯示器，還提供示波器、邏輯分析儀、通信終端、電壓/電流表、I2C/SPI終端等各種虛擬儀表，這些都可以直接用于仿真設(shè)計(jì)，極大地提高了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)水平。Proteus由ISIS和ARES兩個(gè)軟件構(gòu)成，其中ISIS是一款便捷的電子系統(tǒng)仿真平臺(tái)軟件，ARES是一款高級(jí)的布線編輯器，它集成了高級(jí)原理布線圖、混合模式SPICE電路仿真、PCB設(shè)計(jì)以及自動(dòng)布線來實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)。PROTEUS有兩種截然不同的仿真方式：交互式仿真和基于圖表的仿真。其中交互式仿真可實(shí)時(shí)觀測(cè)電路的輸出，因此可用于檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的電路是否能正常工作。而基于圖表的仿真能夠在仿真過程中放大一些特別的部分，進(jìn)行一些細(xì)節(jié)上的分析，因此基于圖表的仿真可用于研究電路的工作狀態(tài)和進(jìn)行細(xì)節(jié)的測(cè)量。Proteus提供了豐富的資源 （1）Proteus可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，有30多個(gè)元件庫。（2）Proteus可提供的仿真儀表資源：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器、信號(hào)發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表。理論上同一種儀器可以在一個(gè)電路中隨意的調(diào)用。（3）除了現(xiàn)實(shí)存在的儀器外，Proteus還提供了一個(gè)圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號(hào)，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來，其作用與示波器相似，但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀器對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。（4）Proteus可提供的調(diào)試手段Proteus提供了比較豐富的測(cè)試信號(hào)用于電路的測(cè)試。這些測(cè)試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。2電路原理RC橋式振蕩電路及頻率選擇

圖圖RC橋式振蕩電路可以選出特定頻率的信號(hào)。具體實(shí)現(xiàn)過程的關(guān)鍵是RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)過推導(dǎo)可以得到如下結(jié)論：①=-arctgf即當(dāng)f=時(shí)，輸出電壓的幅值最大，并且輸出電壓是輸入電壓的，同時(shí)輸出02兀RC 3電壓與輸出電壓同相。通過該RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)，可以選出頻率穩(wěn)定的正弦波信號(hào)，也可以通過改變R、C的值，選出不同頻率的信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)通過改變電阻的值來改變選頻網(wǎng)絡(luò)選出的頻率，從而得到不同頻率的信號(hào)，進(jìn)而通過音頻輸出設(shè)備輸出不同頻率的聲音。振蕩條件自激振蕩條件

基本旅大器A?反饌網(wǎng)絡(luò)基本旅大器A?反饌網(wǎng)絡(luò)F?含外加信號(hào)的止：弦波振蕩電路圖上圖所示為含外加信號(hào)的正弦波振蕩電路，其中A，F(xiàn)分別為放大器回路和反饋網(wǎng)絡(luò)的放大系數(shù)。圖中若去施，由于反饋信號(hào)的補(bǔ)償作用，仍有信號(hào)輸出。菖一，可得自激振蕩電路。自激振蕩必須滿足以下條件:1振幅條件：|A?F\=12.相位調(diào)節(jié)：3+p=2n兀，neZAF起振條件自激振蕩的初始信號(hào)一般較小，為了得到較大強(qiáng)度的穩(wěn)定波形，起振條件需滿足|AF|>L在輸出穩(wěn)定頻率的波形前，信號(hào)經(jīng)過了選頻和放大兩個(gè)階段。具體來說，是對(duì)于選定的頻率進(jìn)行不斷放大，非選定頻率的信號(hào)進(jìn)行不斷衰減，結(jié)果就是得到特定頻率的穩(wěn)定波形。3總體方案設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)易電子琴由RC選頻網(wǎng)絡(luò)、集成運(yùn)算放大器、節(jié)拍信號(hào)發(fā)生器組成。其框圖如圖下所示。

圖實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路電路其核心是集成運(yùn)算放大器構(gòu)成RC正弦波振蕩器，實(shí)驗(yàn)板上提供了8個(gè)音節(jié)電阻和電容（C串二C并二口f固定）構(gòu)成RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò),分別取不同的電阻值（通過琴鍵開關(guān)接通RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的8對(duì)電阻）使振蕩器產(chǎn)生八個(gè)音階信號(hào)。最后，通過揚(yáng)聲器發(fā)出樂音。設(shè)計(jì)電路圖圖簡(jiǎn)易電子琴仿真電路上圖即為簡(jiǎn)易電子琴仿真電路圖，8個(gè)開關(guān)對(duì)應(yīng)著電子琴8個(gè)音階琴鍵，使用時(shí)閉合不同的開關(guān)可以發(fā)出不同的聲音。電路中的運(yùn)算放大器芯片LM324工作電壓要求是±5V,其中引腳4接+5V,引腳11接-5V。

實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇選頻網(wǎng)絡(luò)的頻率推導(dǎo)公式其中R1實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇選頻網(wǎng)絡(luò)的頻率推導(dǎo)公式其中R1為圖中的固定電阻電阻。f二 ，02rC〈RR12R4,R2為圖中需要調(diào)節(jié)阻值的8個(gè)表1C調(diào)八音階對(duì)應(yīng)的基本頻率唱名douruaimifasoulaxidou(S)頻率264297330352396440495528經(jīng)過推導(dǎo)得到仿真原理圖中R5二，R6=，R7=，R8=，R9=，R10=，R11=，R12=。單位:（千歐）4仿真曲線及結(jié)果分析仿真操作過程及曲線PxjililQnSourcePositiminvBflClhllilielContaiCliaiiiielBChanndDRmi加n杯RraiionACIn^arlA￡[=DGbNU[BCDPxjililQnSourcePositiminvBflClhllilielContaiCliaiiiielBChanndDRmi加n杯RraiionACIn^arlA￡[=DGbNU[BCDOte-5hot^J■CurMFS^|圖低音dou的仿真曲線C調(diào)低音dou的仿真曲線如上圖所示。點(diǎn)擊“運(yùn)行”，再閉合開關(guān)SW0將所有電阻串聯(lián)進(jìn)電路，然后將調(diào)節(jié)示波器掃描頻率到檔，在示波器上就得到上圖中的曲線，其頻率約等于264Hz。ChaimdC圖音調(diào)ruai的仿真曲線圖IC調(diào)ruai音的仿真曲線如上圖所示。點(diǎn)擊“運(yùn)行”，再閉合開關(guān)SW1,保持示波器的掃描頻率在檔，在示波器上就得到上圖中的曲線，其頻率約等于ChaimdC圖音調(diào)ruai的仿真曲線圖IC調(diào)ruai音的仿真曲線如上圖所示。點(diǎn)擊“運(yùn)行”，再閉合開關(guān)SW1,保持示波器的掃描頻率在檔，在示波器上就得到上圖中的曲線，其頻率約等于297Hz。C調(diào)ruai音的仿真曲線如上圖所示。點(diǎn)擊“運(yùn)行”，再閉合開關(guān)SW1,保持示波器的掃描頻率在檔，在示波器上就得到上圖中的曲線，其頻率約等于297Hz。0-he-ShctChannelcPetitionChannelBChannalDrostion0-he-ShctChannelcPetitionChannelBChannalDrostion圖音調(diào)mi音的仿真曲線C調(diào)mi音的仿真曲線如上圖所示。點(diǎn)擊“運(yùn)行”，再閉合開關(guān)SW2,保持示波器的掃描頻率在檔，在示波器上就得到上圖中的曲線，其頻率約等于330Hz。

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AulOrw-ShctCursorsSourceBCD皿I圖音調(diào)Cliaim4lCD

AulOrw-ShctCursorsSourceBCD皿I圖音調(diào)fa音的仿真曲線C調(diào)fa音的仿真曲線如上圖所示。點(diǎn)擊“運(yùn)行”，再閉合開關(guān)SW3,保持示波器的掃描頻率在檔，在示波器上就得到上圖中的曲線，其頻率約等于352Hz。

圖音調(diào)sou音的仿真曲線-1回_OTkwXflCh3iinelC圖音調(diào)sou音的仿真曲線-1回_OTkwXflCh3iinelCIm-C調(diào)sou音的仿真曲線如上圖所示。點(diǎn)擊“運(yùn)行”，再合上開關(guān)SW4,保持示波器的掃描頻率在檔，在示波器上就得到上圖中的曲線，其頻率約等于396Hz。一早IiiiiF圖音調(diào)la音的仿真曲線一早IiiiiF圖音調(diào)la音的仿真曲線C調(diào)la音的仿真曲線如上圖所示。點(diǎn)擊“運(yùn)行”，再合上開關(guān)SW5,保持示波器的掃描頻率在檔，在示波器上就得到上圖中的曲線，其頻率約等于440Hz。BCDIW圖音調(diào)xi音的仿真曲線On&-5lictCursorsJCliaiiii&lRPaailionClianndD保持示波器的保持示波器的C調(diào)xi音的仿真曲線如上圖所示。點(diǎn)擊“運(yùn)行”，再合上開關(guān)SW6,掃描頻率在檔，在示波器上就得到上圖中的曲線，其頻率約等于495Hz。ChannelClMiiiielC111!：圖高音dou的仿真曲線C調(diào)高音dou的仿真曲線如上圖所示。點(diǎn)擊“運(yùn)行”，再合上開關(guān)SW7,保持示波器的掃描頻率在檔，在示波器上就得到上圖中的曲線，其頻率約等于528Hz。仿真結(jié)果分析本實(shí)驗(yàn)先是利用RC振蕩電路起振，產(chǎn)生正弦波信號(hào)，然后通過RC選頻網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行選頻，最后經(jīng)過LM324放大后輸出到音頻設(shè)備及得到不同頻率的聲音。本實(shí)驗(yàn)仿真得到的波形為方波（觀察示波器輸出波形可知），并且在零刻度線的上下部分是對(duì)稱的。當(dāng)開關(guān)從R12到R5依次閉合時(shí)，串聯(lián)進(jìn)電路中的電阻依次減小，因此有公式：f= 0 2kCJR1R2可得，振蕩電路產(chǎn)生的信號(hào)的頻率依次增大，選出的信號(hào)的頻率也依次增大。

5實(shí)物制作及仿真、實(shí)物的差異實(shí)物制作過程和調(diào)試過程在理論分析和軟件仿真的基礎(chǔ)上，我們按設(shè)計(jì)的電路圖進(jìn)行了實(shí)物的焊接和調(diào)試。由于電阻的阻值大小不是常用的阻值，所以我們進(jìn)行了拼湊使其與設(shè)計(jì)時(shí)的阻值近似相等。同時(shí)為了美觀，我們將設(shè)計(jì)的電阻都分成三個(gè)電阻的組合。圖實(shí)物焊接圖（正面）

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