電子音樂節(jié)拍器o

PAGEPAGE17第頁(yè)1前言1.1序言隨著科技的迅猛發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，人們已不滿足于現(xiàn)有的娛樂條件，對(duì)娛樂設(shè)備的智能化和自動(dòng)化提出了更高的要求，人們對(duì)于娛樂設(shè)施的要求越來(lái)越高，要求現(xiàn)在的娛樂設(shè)施不僅效果更好而且更方便于使用。于是電子音樂節(jié)拍器被引入娛樂系統(tǒng)，并得到了廣泛的應(yīng)用。本文所設(shè)計(jì)的電子音樂節(jié)拍器系統(tǒng)，正是在要求娛樂設(shè)備日益自動(dòng)化的背景下，為了滿足人們對(duì)娛樂設(shè)備的要求而設(shè)計(jì)的。電子音樂節(jié)拍器的任務(wù)是根據(jù)不同的音樂立刻產(chǎn)生出與之相對(duì)應(yīng)的節(jié)拍，以便使音樂根據(jù)節(jié)奏感。電子音樂節(jié)拍器小巧、精致，便于攜帶，使用也十分方便，必定適合各種娛樂場(chǎng)和。1.2目前娛樂設(shè)備的概況隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)娛樂機(jī)構(gòu)和娛樂設(shè)備的要求已不滿足于現(xiàn)狀，人們希望娛樂設(shè)備向自動(dòng)化、智能花、高科技化發(fā)展，希望在娛樂時(shí)能得到更好的聽覺效果，希望娛樂活動(dòng)都能有節(jié)奏。人們希望將先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)與醫(yī)療設(shè)備相結(jié)合，使其能更好的為我們服務(wù)。在我國(guó)，娛樂設(shè)備的自動(dòng)化、智能化正處在起步發(fā)展階段，娛樂系統(tǒng)與娛樂設(shè)備正在不斷完善的過(guò)程中，我們需要更多更好的方案和設(shè)計(jì)以滿足社會(huì)的需要。但鑒于娛樂的廣泛性，我們的設(shè)計(jì)必須要求自動(dòng)、智能，能夠更方便的使用，能給更多的人帶來(lái)快樂。1.3未來(lái)娛樂設(shè)備的展望娛樂系統(tǒng)和娛樂設(shè)備的自動(dòng)化、智能化、高科技化已經(jīng)成為未來(lái)發(fā)展的方向，我們可以期待它為我們的生活帶來(lái)方便的一面。如今，人民生活已從溫飽型向小康轉(zhuǎn)變，人們?cè)谏畹馁|(zhì)量上有了更高的要求，因此人們開始把注意力從如何提高生活質(zhì)量轉(zhuǎn)移到如何享受生活、如何讓生活更精彩上來(lái)，作為娛樂場(chǎng)合必不可少的工具，電子音樂節(jié)拍器將成為必備的娛樂設(shè)備去取代人工的敲打節(jié)拍，這也能更準(zhǔn)確、更方便的根據(jù)不同的音樂產(chǎn)生與之相匹配的節(jié)拍，從一定方面來(lái)說(shuō)，電子音樂節(jié)拍器比人工的敲打節(jié)拍更具可靠性和欣賞性，更能準(zhǔn)確的體現(xiàn)出音樂創(chuàng)作人的思想。1.4論文主要工作概述針對(duì)娛樂設(shè)施的現(xiàn)狀，可見娛樂設(shè)備的自動(dòng)化、智能化、高科技化是娛樂設(shè)備今后的發(fā)展方向。本課程要設(shè)計(jì)的電子音樂節(jié)拍器，是針對(duì)跟上音樂節(jié)拍這一要求，依托于接拍控制技術(shù)而建立起來(lái)的，和音樂接拍的現(xiàn)狀相比，它具有便于攜帶、精致小巧的優(yōu)點(diǎn)。本文所要介紹的電子音樂節(jié)拍器，是由頻率信號(hào)發(fā)生電路、揚(yáng)聲電路、循環(huán)計(jì)數(shù)電路、發(fā)光電路組成的。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能要求是在音樂產(chǎn)生時(shí)，根據(jù)不同的音樂頻率，通過(guò)頻率來(lái)控制揚(yáng)聲器，使之產(chǎn)生相應(yīng)的音樂節(jié)拍，同時(shí)將頻率通入循環(huán)計(jì)數(shù)器，通過(guò)循環(huán)計(jì)數(shù)器來(lái)控制發(fā)光二極管，使之根據(jù)頻率發(fā)出相應(yīng)的燈光效果。本課題內(nèi)容屬于硬件電路的設(shè)計(jì)與應(yīng)用方面，實(shí)現(xiàn)過(guò)程包括總體方案的提出比較及選擇、電路原理設(shè)計(jì)、元器件(芯片)選擇、元器件(芯片)參數(shù)計(jì)算。2總體方案設(shè)計(jì)2.1方案比較方案一：本方案是利用模擬方式實(shí)現(xiàn)脈沖信號(hào)控制揚(yáng)聲器發(fā)聲與發(fā)光二極管的閃爍。振蕩電路產(chǎn)生脈沖信號(hào)后經(jīng)整形電路對(duì)脈沖進(jìn)行整形，而后通過(guò)脈沖控制電路來(lái)控制高電平的輸入，再輸入揚(yáng)聲器是指發(fā)聲。同時(shí)將信號(hào)輸入循環(huán)計(jì)數(shù)電路，通過(guò)該電路來(lái)控制指示燈的閃爍。系統(tǒng)組成框圖如圖2.1所示。脈沖發(fā)生脈沖發(fā)生脈沖波形整形脈沖發(fā)生器揚(yáng)聲器循環(huán)計(jì)數(shù)指示燈脈沖波形整形脈沖控制圖2.1電子節(jié)拍器脈沖整形系統(tǒng)總體框圖方案二：本方案使用的是由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，當(dāng)節(jié)拍脈沖振蕩部分產(chǎn)生的高低電平信號(hào)輸入到多諧振蕩器中時(shí)，多諧和振蕩器就會(huì)輸出不同的脈沖信號(hào)，然后將信號(hào)進(jìn)行濾波，當(dāng)兩個(gè)高平信號(hào)進(jìn)入時(shí)允許通過(guò)，然后驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出與頻率相對(duì)應(yīng)的聲音。同時(shí)將過(guò)濾后的電信號(hào)通入循環(huán)計(jì)數(shù)器，有循環(huán)計(jì)數(shù)器來(lái)控制發(fā)光二極管使之發(fā)出與頻率相對(duì)應(yīng)的光。系統(tǒng)總體構(gòu)成包括頻率產(chǎn)生部分、濾波部分、發(fā)聲部分、循環(huán)技術(shù)部分、發(fā)光部分與電源部分。系統(tǒng)組成框圖如圖2.2所示。多諧振蕩多諧振蕩脈沖控制多諧振蕩指示燈循環(huán)計(jì)數(shù)揚(yáng)聲器圖2.2電子節(jié)拍器多諧振蕩系統(tǒng)組成框圖2.2方案論證方案一：該系統(tǒng)是利用RC振蕩電路和整流二極管組成節(jié)拍脈沖振蕩部分。振蕩部分產(chǎn)生的脈沖信號(hào)通過(guò)由施密特觸發(fā)器構(gòu)成的脈沖波形整形電路得到較為完整的脈沖信號(hào)，然后將兩個(gè)脈沖信號(hào)經(jīng)與非門進(jìn)行脈沖控制后，得到高平脈沖信號(hào)，用該信號(hào)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器使之發(fā)出與頻率高低相關(guān)的聲音。同時(shí)將信號(hào)通入循環(huán)計(jì)數(shù)部分，通過(guò)循環(huán)計(jì)數(shù)來(lái)輸出脈沖，以驅(qū)動(dòng)指示燈根據(jù)不同的頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)燈的閃爍效果。演奏人員可以通過(guò)改變節(jié)拍脈沖振蕩器中的電位器的觸頭位置就可以改變振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)頻率，輸出不同類型的信號(hào)頻率，使其使用的范圍相對(duì)較廣。其中的LED指示燈會(huì)在循環(huán)計(jì)數(shù)器的控制下不斷的閃爍。使用該種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過(guò)脈沖波形整形這一步，可使兩列波之間不會(huì)產(chǎn)生時(shí)間差，不會(huì)因?yàn)椴ㄖg的不同時(shí)間問題而導(dǎo)致燈關(guān)不按順序的閃爍，從而給人帶來(lái)不好的視覺效果。方案二：本方案是使用555定時(shí)器組成的多諧振蕩器來(lái)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，通過(guò)脈沖控制并濾波后以驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器根據(jù)頻率而發(fā)出不同節(jié)奏的聲音，同時(shí)輸入循環(huán)計(jì)數(shù)部分，以控制發(fā)光二極管的閃爍，造成LED隨頻率閃爍的波形視覺效果，觀賞性比較好。演奏人員可以根據(jù)不同的需要改變電位器的接觸點(diǎn)，以達(dá)到輸出不同類型的頻率信號(hào)。在此方案中，節(jié)拍頻率利于控制和計(jì)算，此方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用性比較強(qiáng)。2.3方案選擇上述兩個(gè)方案最大的區(qū)別就是，方案一采用了脈沖波形整形電路，而方案二則沒有用該部分對(duì)脈沖波形進(jìn)行整形。由于方案二中，線路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，NE555應(yīng)用范圍廣，便于調(diào)節(jié)和使用。由于本次設(shè)計(jì)的電子節(jié)拍器是用于簡(jiǎn)單大眾場(chǎng)所的，因此不論從維護(hù)還是調(diào)節(jié)上都應(yīng)該達(dá)到最好最便利的結(jié)果?；谏鲜霰容^，最后選擇方案二。3.單元模塊電路設(shè)計(jì)3.1脈沖信號(hào)產(chǎn)生部分脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路部分包括振蕩集信號(hào)電路設(shè)計(jì)電路、脈沖波形整形電路和脈沖控制電路三大部分。脈沖信號(hào)產(chǎn)生部分的基本思想是：由振蕩集信號(hào)電路產(chǎn)生出脈沖波形，經(jīng)施密特觸發(fā)器進(jìn)行波形整形，然后經(jīng)由濾波器進(jìn)行濾波得到所需脈沖信號(hào)。3.1.1振蕩電路設(shè)計(jì)振蕩集信號(hào)電路是由RC振蕩電路和整流二極管元件所組成，其電路圖如圖3.1所示。圖3.1振蕩電路圖振蕩電路工作時(shí)，由兩個(gè)NE555構(gòu)成的多諧震蕩器共同產(chǎn)生振蕩脈沖，通過(guò)電位器的觸頭位置可改變振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)頻率。采用NE555構(gòu)成的多諧震蕩器振蕩電路，適用于低頻振蕩，一般用于產(chǎn)生1Hz~10MHz的低頻信號(hào)。因?yàn)閷?duì)于NE555構(gòu)成的多諧震蕩器來(lái)說(shuō)，增大電阻R即可降低振蕩頻率，而增大電阻是無(wú)需增加成本的。NE555構(gòu)成的多諧震蕩器，具有電路簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)方便等優(yōu)點(diǎn)，選頻作用一般，振幅較穩(wěn)定，頻率調(diào)節(jié)方便，一般用于頻率固定、穩(wěn)定性要求一般的場(chǎng)合。其振蕩頻率是fo=1/0.7RC\圖3.2脈沖波形發(fā)生電路（如圖）其外部元件的穩(wěn)定性決定震蕩電路穩(wěn)定性，具有較高的精度的震蕩頻率和具有較強(qiáng)的功率輸出能力，這種形式的多諧震蕩器應(yīng)用很廣。由555定時(shí)器和外接元件R,C構(gòu)成多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，不需要外加觸發(fā)信號(hào)。采用雙聯(lián)可調(diào)電位器或雙聯(lián)可調(diào)電容器即可方便地調(diào)節(jié)振蕩頻率。在常用的RC振蕩電路中，一般采用切換高穩(wěn)定度的電容來(lái)進(jìn)行頻段的轉(zhuǎn)換（頻率粗調(diào)），再采用雙聯(lián)可變電位器進(jìn)行頻率的細(xì)調(diào)。3.1.2脈沖波形整形電路節(jié)拍選擇有與非門進(jìn)行選擇圖3.3脈沖波形整形電路3.1.3脈沖控制電路脈沖控制電路是由與非門來(lái)實(shí)現(xiàn)脈沖信號(hào)的控制，其電路圖如圖3.4所示圖3.4脈沖控制電路正邏輯與非門是“全高為低，見低為高”。以二入端的與非門為例，一端接高有效的脈沖信號(hào)，另一端接控制信號(hào)。只有控制信號(hào)端為高電平時(shí)，脈沖信號(hào)才能通過(guò)。這就是與非門對(duì)脈沖的控制作用。3.1.4脈沖信號(hào)產(chǎn)生部分總電路綜合上面三部分的設(shè)計(jì)，脈沖信號(hào)產(chǎn)生部分總電路圖如圖3.5所示。圖3.5脈沖信號(hào)產(chǎn)生部分總電路圖3.2脈沖信號(hào)作用部分脈沖信號(hào)作用部分電路包括揚(yáng)聲電路、循環(huán)計(jì)數(shù)部分電路、指示燈部分電路和電源電路四大部分。脈沖信號(hào)作用部分電路的基本思想是：通過(guò)與非門控制后的脈沖信號(hào)通過(guò)濾波輸入揚(yáng)聲器，使之發(fā)出與頻率相對(duì)應(yīng)的聲音，同時(shí)將脈沖信號(hào)輸入循環(huán)技術(shù)部分電路，通過(guò)循環(huán)計(jì)數(shù)器的控制后輸出電平到發(fā)光二極管，驅(qū)動(dòng)二極管的發(fā)光，根據(jù)不同的頻率使二極管出現(xiàn)不同頻率的閃爍。3.2.1揚(yáng)聲電路的設(shè)計(jì)揚(yáng)聲電路是由揚(yáng)聲器與電阻和三極管組成，其電路圖如圖3.6所示。圖3.6接收輸出聲音電路揚(yáng)聲器的工作原理是：永磁體通過(guò)軛鐵在磁路的環(huán)形氣隙中產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，和揚(yáng)聲器紙盆相連的音圈插入環(huán)形氣隙中，永磁體被外部的軛鐵所包圍，從而可以免遭外界雜散磁場(chǎng)的干擾，反過(guò)來(lái)也可以減小永磁體磁場(chǎng)對(duì)外界的影響，當(dāng)聲音以電流的形式通過(guò)磁場(chǎng)時(shí)線圈便會(huì)因電流強(qiáng)弱的變化產(chǎn)生不同頻率的震動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)紙盆發(fā)出不同頻率和強(qiáng)弱的聲音。通過(guò)揚(yáng)聲器把輸入的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲音輸出，根據(jù)不同頻率的脈沖信號(hào)，揚(yáng)聲器發(fā)生的頻率也會(huì)不同，這樣就實(shí)現(xiàn)了節(jié)拍器的作用，根據(jù)不同的頻率產(chǎn)生出與之相對(duì)應(yīng)的聲音。3.2.2循環(huán)計(jì)數(shù)器電路的設(shè)計(jì)循環(huán)計(jì)數(shù)器電路是由CD4017及其外圍電路組成的，其電路圖如圖3.7所示。圖3.7CD4017引腳圖CD4017引腳功能：

CD4017內(nèi)部是除10的計(jì)數(shù)器及二進(jìn)制對(duì)10進(jìn)制譯碼電路。CD4017有16支腳，除電源腳VDD及VSS為電源接腳，輸入電壓范圍為3–15V之外，其余接腳為：

A、頻率輸入腳：CLOCK(Pin14)，為頻率信號(hào)的輸入腳。

B、數(shù)據(jù)輸出腳：

a、Q1-Q9(Pin3，2，4，7，10，1，5，6，9，11)，為*后的時(shí)進(jìn)制輸出接腳，被計(jì)數(shù)到的值，其輸出為Hi，其余為L(zhǎng)o電位。

b、CARRYOUT（Pin12），進(jìn)位腳，當(dāng)4017計(jì)數(shù)10個(gè)脈沖之后，CARRYOUT將輸出一個(gè)脈波，代表產(chǎn)生進(jìn)位，共串級(jí)計(jì)數(shù)器使用。

D、控制腳：

a、CLEAR(Pin15)：清除腳或稱復(fù)位(Reset)腳，當(dāng)此腳為Hi時(shí)，會(huì)使CD4017的Q0為”1”，其余Q1-Q9為”0”。

b、CLOCKENABLE(Pin13)，時(shí)序允許腳，當(dāng)此腳為低電位，CLOCK輸入脈波在正緣時(shí)，會(huì)使CD4017計(jì)數(shù)，并改變Q1-Q9的輸出狀態(tài)。CD4017的時(shí)序圖如圖3.8所示。圖3.8CD4017的時(shí)序圖CD4017真值表，如圖3.9所示：圖3.7圖3.9CD4107真值表3.2.3指示燈部分電路設(shè)計(jì)指示燈部分電路是由發(fā)光二極管及其外圍電路組成，其電路圖如圖3.10所示。圖3.10指示燈部分電路設(shè)計(jì)指示燈部分的任務(wù)是當(dāng)CD4017的管腳輸出高電平時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)光，因?yàn)镃D4017的管腳不是同時(shí)輸出高電平，因此發(fā)光二極管也不是同時(shí)發(fā)光，從而達(dá)到閃爍效果，根據(jù)頻率的不同閃爍的速度也隨之發(fā)生相應(yīng)的改變。3.2.4電源電路設(shè)計(jì)電源部分電路是由電容、二極管、三端穩(wěn)壓芯片以及起外圍電路組成，電源部分電路如圖3.11所示。圖3.11電源部分電路設(shè)計(jì)電源電路的作用是把輸入的電壓變成適合各種元器件的低壓電，達(dá)到給元器件供電，使其正常工作的作用。3.2.5脈沖信號(hào)作用部分總電路綜合上面四部分的設(shè)計(jì)，脈沖信號(hào)作用部分總電路如圖3.12所示。圖3.12脈沖信號(hào)作用部分總電路4.系統(tǒng)調(diào)試4.1脈沖信號(hào)產(chǎn)生部分因?yàn)楸静糠蛛娐繁容^簡(jiǎn)單，因此，整個(gè)裝置只要元器件良好，且焊接無(wú)誤，一般不用任何調(diào)試即可正常工作。4.2脈沖信號(hào)作用部分連接無(wú)誤后，可分級(jí)調(diào)試。首先測(cè)量揚(yáng)聲器是否正常，如正常，可在LS1的正電位端施加一個(gè)正向脈沖，此時(shí)揚(yáng)聲器應(yīng)發(fā)出響亮的“滴滴、滴”聲。然后對(duì)CD4017輸入脈沖，如果發(fā)光二極管開始依次發(fā)光，即算CD4017與發(fā)光二極管合格。輸入脈沖后，揚(yáng)聲器發(fā)出響亮的“滴滴、滴”聲，且發(fā)光二極管連續(xù)依次閃爍，則說(shuō)明，電路均能正常工作。5.系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù)5.1系統(tǒng)功能本設(shè)計(jì)是由演奏人員操縱的脈沖信號(hào)產(chǎn)生裝置及自動(dòng)的脈沖信號(hào)作用裝置所組成的。當(dāng)演奏人員需要改變振蕩器產(chǎn)生的頻率時(shí)，只需改變節(jié)拍脈沖振蕩器中的電位器RP1的觸頭位置，振蕩器的產(chǎn)生的脈沖頻率就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，從而達(dá)到改變音樂節(jié)拍與燈光閃爍效果的目的。5.2指標(biāo)參數(shù)分析=1\*GB2⑴．CD4017計(jì)數(shù)器工用電壓3-15V，工作溫度范圍-65℃~+150℃=2\*GB2⑵．施密特觸發(fā)器，工作電壓3-15V，工作溫度范圍?55℃—+125℃=3\*GB2⑶．揚(yáng)聲器的頻率特性，頻率特性是衡量揚(yáng)聲器放音頻帶寬度的指標(biāo)，高保真放音系統(tǒng)要求揚(yáng)聲器系統(tǒng)應(yīng)能重放20HZ-2000HZ的人耳可聽音域高保真放音系統(tǒng)要求揚(yáng)聲器在放音頻率范圍內(nèi)頻率特性不平坦度小于10dB。=4\*GB2⑷．與非門，TTL與非門有＋5伏的直流電源，這個(gè)直流電源供給的電流就是電源電流ICC，它的大小反映與非門消耗電功率的大小，輸出低電平電壓時(shí)（與非門導(dǎo)通）的電源電流ICCL與輸出高電平電壓時(shí)（與非門截止）的電源電流ICCH不相等，ICCL＞ICCH，目前我國(guó)各系列TTL門的ICCL值相差很多，低功耗的可小于0．3毫安，高功耗的可達(dá)4毫安左右=5\*GB2⑸．發(fā)光二極管作為指示燈，采用具有耀眼效果的紅色φ3mm發(fā)光二極管。=6\*GB2⑹.其他原件無(wú)特殊要求，可參照附錄中的總電路圖所示數(shù)值選用。6設(shè)計(jì)總結(jié)在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了不少問題，在胡兵老師的指導(dǎo)幫助下才順利的完成了本次課程設(shè)計(jì)，在此表示衷心的感謝。本次課程設(shè)計(jì)是對(duì)所學(xué)的模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)和數(shù)