簡易電子琴課程設計

1、課程設計說明書課程設計名稱： 數(shù)字電路課程設計 課程設計題目： 簡易電子琴 學 院 名 稱： 南昌航空大學信息工程學院 專業(yè)： 班級： 學號： 姓名： 評分： 教師： 2015 年 月 日 模擬電路 課程設計任務書20 14 20 15 學年 第 2學期第 7 周 9 周 題目簡易電子琴內(nèi)容及要求 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：1：261.6、2：293.6、3：329.6、4：349.2、5：392.0、6：440.0、7：439.9、0：523 利用集成功放放大該信號，驅(qū)動揚聲器 設計一聲調(diào)調(diào)節(jié)電路，改變生成聲音的頻率進度安

2、排第7周周一至第7周周五：查資料，完成原理圖設計及仿真；第8周周一至第8周周五：完成系統(tǒng)的制作、調(diào)試；第9周：設計結(jié)果檢查；第9周：撰寫設計報告。學生姓名： 指導時間 周二、周三、周四指導地點： 任務下達 年 月 日任務完成 年 月 日考核方式1.評閱 2.答辯 3.實際操作 4.其它指導教師 系（部）主任 注：1、此表一組一表二份，課程設計小組組長一份；任課教師授課時自帶一份備查。2、 課程設計結(jié)束后與“課程設計小結(jié)”、“學生成績單”一并交院教務存檔。摘要本次課程設計所制作的是一塊簡易電子琴，主要通過ne555定時器芯片構(gòu)成多諧振蕩電路，這個電子琴主要有8個音符，通過8個電位器及琴鍵開關(guān)構(gòu)成

3、音符控制電路，改變電位器阻值來改變個音符頻率，從而達到所要音符頻率要求，最后通過小喇叭發(fā)出不同頻率的聲音。本次實驗通過平時的課程學習結(jié)合網(wǎng)上查資料了解其中所需芯片的使用方法先做出電子琴原型，然后用示波器挨個檢查每個音階對應的頻率，不斷改進音準，最后才得以完成實驗。本次實驗提高了我們對數(shù)字電路這門課程的理解，讓我們在課堂上所學的知識得以實踐，加深了我們對這門課的理解?！娟P(guān)鍵詞】：電子琴，頻率，可調(diào)電阻，音調(diào) 目錄前言1第一章 設計主要內(nèi)容及要求21.1 設計目的21.2 基本要求21.3 提高要求2第二章 系統(tǒng)組成及工作原理32.1 系統(tǒng)組成3 2.1.1 輸入端3 2.1.2 555振蕩器電路

4、3 2.1.3 功率放大電路42.2 工作原理5第三章 電路設計73.1 方案設計7 3.1.1 方案一7 3.1.2 方案二73.2 方案確定83.3 參數(shù)計算93.4 器件選擇9第四章 系統(tǒng)調(diào)試及測試結(jié)果分析104.1系統(tǒng)仿真測試10 4.2焊接及結(jié)果分析15結(jié)論 16參考文獻 17附錄一工作原理圖 18附錄二元件清單表 18簡易電子琴前言電子琴作為一種樂器，對豐富人們的日常生活起著一定的作用，使人們生活更加豐富多彩。對于緩解人們的緊張情緒，陶冶人們的情操等方面，電子琴作為娛樂工具的一種，作用自是不言而喻。電子琴結(jié)構(gòu)復雜，聲源是555產(chǎn)生的自激振蕩，并通過lm386進行功率放大，通過揚聲器

5、發(fā)出聲音。由于一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個音階對應著不同的頻率，此次設計是一個由555定時器構(gòu)成的簡易電子琴。本次課程設計的目的是：1. 學習調(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)成的簡易電子琴的電路原理。此外，簡易電子琴還可以通過八個按鈕開關(guān)來實現(xiàn)音樂的演奏。掌握最基本的簡易電子琴的工作原理，有利于將來研發(fā)高級的電路，甚至前沿的電子技術(shù)，提高現(xiàn)代電子產(chǎn)品水平，更好的服務于社會，有著廣大的發(fā)展前景和用途。第一章 設計主要內(nèi)容及要求1.1設計目的（1)掌握正弦振蕩器的構(gòu)成，原理與設計方法；（2）熟悉模擬元件的選擇，使用方法。1.2基本要求（1）能生成基本八種聲

6、調(diào)的正弦波形，幅度1v；（2）有一定的帶負載能力，輸出電阻較小，能驅(qū)動喇叭發(fā)聲；（3）能有效抵制干擾，輸出諧波分量10%；（4）集成運放構(gòu)成。1.3提高要求（1）輸出音量可調(diào)節(jié)；（2）調(diào)性可調(diào)節(jié)；（3）其他。第2章 系統(tǒng)的組成及工作原理2.1系統(tǒng)組成 輸入端：由八個按鈕開關(guān)與各自對應的定值電阻串聯(lián)再并聯(lián)組成輸入端 頻率產(chǎn)生端：根據(jù)定值電阻的不同輸入，由555產(chǎn)生不同的信號頻率 揚聲器端口：接收信號頻率發(fā)出特定的頻率 2.1.1輸入端 在電路板上安裝八個按鍵開關(guān)，分別接入對應的電路中來控制輸出頻率。如圖2.1.1所示：圖2.1.1 電子琴輸入端電路圖 2.1.2555振蕩器電路 電子琴之所以能產(chǎn)

7、生音樂，是由于不同的電阻在555組成的多諧振蕩電路中產(chǎn)生不同的頻率，而頻率是不同的音階產(chǎn)生的根本原因，不同的音階在人聽來就是不同的音調(diào)。555構(gòu)成的振蕩器電路可以不需要外加觸發(fā)信號，能自動地產(chǎn)生矩形脈沖，這樣就可得到制作電子琴的頻率和循環(huán)播放的脈沖信號。而且該多諧振蕩器通過調(diào)整滑動變阻器即可實現(xiàn)頻率調(diào)整，調(diào)節(jié)方便快捷。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振蕩器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖所示，r1、r2和c2是外接定時元件，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c2的連接圖2.1.2555振蕩

8、器基本工作原理圖處，將放電端(7腳)接到r1和r2的連接處。在7腳與電源之間加入一組音調(diào)電阻r1-r8替代可變電阻r2，即是一架玩具電子琴。未按琴鍵s1-s8時ne555不振蕩，揚聲器不發(fā)聲，電器不耗電。按下某一琴鍵時，振蕩頻率改變，揚聲器依555的振蕩頻率，發(fā)出相應的聲響。 2.1.3功率放大電路 根據(jù)設計需要，功率放大電路主要以lm386為主。lm386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點的功率放大器。圖2.1.3.1lm386基本工作原理圖 圖中，7腳所接容量為20f的電容為去耦濾波電容，雖為旁路電容，但必不可少。實際應用時，該端必須外接一個

9、電解電容到地，起濾除噪聲的作用。工作穩(wěn)定后，該管腳電壓值約等于電源電壓的一半。增大這個電容的容值，可有效抑制噪聲。1腳與8腳為電源增益設定端，其所接電容、電阻是用于調(diào)解電路的閉環(huán)電壓增益，斷開時即內(nèi)定增益為20。如果用不到大的增益，電容c1可以不接。不光省了成本，還可令噪聲減少。5腳為輸出端，應外接輸出電容后再接負載。該電容能隔離直流分量，避免電路出現(xiàn)故障出現(xiàn)直流分量損壞元器件；同時與揚聲器構(gòu)成高通濾波器，降低噪音。另要有電阻電容支路串聯(lián)接地，因為揚聲器是感性負載，能抵消揚聲器的反電動勢保護功放輸出末級。由于本次簡易電子琴實驗必須令增益最大化達到最佳效果，即增益效果為200倍，因此保留電容c1

10、并取值為10f。電阻rx2在0-20k范圍內(nèi)取值，可使集成功放的電壓放大倍數(shù)在20-200之間變化，令rx2為零取最大放大倍數(shù)。去除控制揚聲器音量大小的可變電阻rx1，直接將ui輸入達到音量最大的狀態(tài)。圖2.1.3.2改進電路圖 2.2工作原理本系統(tǒng)主要由多諧振蕩發(fā)生電路，揚聲器及外部電路組成。通過按鍵開關(guān)接通電路產(chǎn)生振蕩方波信號，通過改變電位器電阻的大小來調(diào)節(jié)振蕩頻率的大小，接著驅(qū)動揚聲器發(fā)出聲音。多諧振蕩發(fā)生電路閉合一個開關(guān)，電路接通，電路外部電容、電阻與555芯片構(gòu)成多諧振蕩電路進行循環(huán)的充放電，輸出脈沖矩形波信號?？紤]到從電子市場購入的喇叭的額定功率不一定符合要求，而僅靠555芯片只能

11、驅(qū)動小功率喇叭，故可以引入lm386功放電路產(chǎn)生增益，對其產(chǎn)生的音頻進行功率放大使得聲音變大。操作方面，另設計有八個按鍵分別對應著控制八個音階的琴鍵，閉合則對應音階支路接通揚聲器發(fā)聲，斷開聲音停止，如圖2.2圖2.2簡易電子琴的工作原理圖第三章 電路設計3.1方案設計眾所周知要實現(xiàn)具有一定功能的電路，可以采取多種不同的方案。在眾方案中，應力求選擇一種最簡單、實用、穩(wěn)定性好并且較為經(jīng)濟的方案。同理，實現(xiàn)該設計要求可以運用很多種方法，本文僅列舉出其中二種進行比較，比較方案如下： 3.1.1方案一主要是用兩個ne555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

12、案中，其主要核心是ne555芯片。第一個ne555芯片用來產(chǎn)生振蕩信號，接入不同阻值的電阻rw,使其產(chǎn)生1、2、3、4、5、6、7、0等八個不同的音階頻率信號，發(fā)出鋸齒波形。然后經(jīng)過第二個ne555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)變成方波波形，再經(jīng)過lm386將信號放大，產(chǎn)生驅(qū)動揚聲器的信號，使揚聲器發(fā)出聲音。因此只要調(diào)整所接入的電阻阻值就能得到對應音頻的頻率，從而達到所要的效果。圖3.1.1兩個555芯片實現(xiàn)簡易電子琴仿真電路 3.1.2方案二 主要用一個ne555芯片和一個lm386集成功率放大器來實現(xiàn)此方案。由ne555芯片和不同阻值電阻組合產(chǎn)生不同的振蕩頻率，發(fā)出信號

13、。經(jīng)過lm386功率放大器將信號功率放大，以驅(qū)動揚聲器發(fā)聲。該電路中，可通過八個可調(diào)電阻來實現(xiàn)1、2、3、4、5、6、7、0等八個不同頻率的音階效果。其原理圖如圖3.1.2所示。圖3.1.2簡易電子琴的工作原理圖3.2方案確定方案一中，采用了兩個ne555芯片以及一個lm386芯片，從經(jīng)濟上來說，并不是很合算，而且，電路中采用了三個芯片，使得電路變得較為復雜，不利于焊接。故不采用此方案。方案二中，僅僅使用了一個ne555芯片以及一個lm386芯片，相對來說，比較經(jīng)濟，而且電路很簡潔，比較容易排版，焊接時也不容易出錯，即使出錯，也很容易檢查出來。綜上所述，無論從焊接的簡易度、經(jīng)濟實用價值、方案可

14、行性等各方面來看，方案二更為合適。因此，在本次設計中，可以采用方案二作為本次實驗的原理設計方案來實現(xiàn)簡易電子琴的功能。3.3 參數(shù)計算每個音階對應著不同的頻率。因此，可以利用不同的頻率產(chǎn)生與之對應的音階，從而得到設計要求的音調(diào)。本次設計實驗所需頻率如表3.3.1所示：表3.3.1 音調(diào)頻率表音階12345670261.6293.6329.6324.2349.2392.0440.0493.9523 計算頻率的公式： 由 t=0.7（rw+2r9）*c（1） 得 f=1/0.7（rw+2r9）*c （2）即 rw=1/0.7*f-2*r9 （3）其中，rw指r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7

15、及r8的值。利用（3）式進行計算，代入各個頻率即可算得結(jié)果，如表3.3.2所示：表3.3.2 頻率電阻對應表12345670f（hz）261.6293.6329.6349.2392.0440.0493.9523rw(k)148.22121.1697.0185.9565.6547.5731.4724.153.4器件選擇 本實驗要用到的實驗器具主要有ne555芯片、lm386芯片，由參數(shù)計算可知，本設計所需的與八個音階頻率相對應的電阻范圍是20k至150k，故可以選擇100k的可調(diào)電阻6個，200k的可調(diào)電阻2個。再選擇50k的定值電阻1個；電容則需要4.7f、1f、47f、10nf各一個，22n

16、f的電容則需要2個；1個8的揚聲器以及若干導線。第4章 系統(tǒng)調(diào)試及測試結(jié)果分析4.1系統(tǒng)仿真調(diào)試按照工作原理圖，用multisim進行仿真調(diào)試,仿真圖如圖4.1.1所示：4.1.1仿真圖用multisim仿真軟件運行圖4.1所示的原理圖，依次閉合1、2、3、4、5、6、7、8等8個開關(guān)，將其所對應的波形圖記錄下來，并與不閉合開關(guān)時的波形圖進行比較。（1）不閉合開關(guān)時：其波形是一條與x軸平行的直線，其波形如圖4.1.2所示：圖4.1.2 不閉合開關(guān)的波形圖（2） 關(guān)閉開關(guān)1時，波形如圖4.1.3所示：圖4.1.3關(guān)閉開關(guān)1后的波形圖（3） 關(guān)閉開關(guān)2時，波形如圖4.1.4所示：圖4.1.4關(guān)閉開

17、關(guān)2后的波形圖（4） 關(guān)閉開關(guān)3時，波形如圖4.1.5所示：圖4.1.5關(guān)閉開關(guān)3后的波形圖（5）關(guān)閉開關(guān)4時波形如圖4.1.6所示：圖4.1.6關(guān)閉開關(guān)4后的波形圖（6） 關(guān)閉開關(guān)5時，波形如圖4.1.7所示：圖4.1.7關(guān)閉開關(guān)5后的波形圖（7） 關(guān)閉開關(guān)6時，波形如圖4.1.8所示：圖4.1.8關(guān)閉開關(guān)6后的波形圖（8） 關(guān)閉開關(guān)7時，波形如圖4.1.9所示：圖4.1.9關(guān)閉開關(guān)7后的波形圖（9） 關(guān)閉開關(guān)8時，波形如圖4.1.10所示：圖4.1.10關(guān)閉開關(guān)8后的波形圖從以上各開關(guān)閉合時的波形圖可以看出，從開關(guān)一閉合至開關(guān)八，波形的形狀發(fā)生了明顯的變化，即依次變窄。尤其是對比閉合開關(guān)一

18、和閉合開關(guān)八的波形時，其變化尤為明顯。說明電路中，各電阻對應的頻率在依次變大，與波形相對應揚聲器所發(fā)出的音調(diào)應越高。4.2焊接及結(jié)果分析 （1）焊接前設計好各個元器件在電路板上的位置，即排版。領(lǐng)元器件，并檢查所需各元器件是否齊全。然后調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，使其滿足表3-3所示的阻值。 （2）焊接是很重要的一步，它直接決定設計的成敗。所以，焊接時須格外小心。按照草圖上面設計的排版，將各個元件及管腳焊在電路板上，焊接時應注意方法，避免虛焊。 （3）檢查電路，看其連接是否與工作原理圖一致。若不一致，則加以修正；若一致，則可將電路的正負極接12v直流穩(wěn)壓電源。結(jié)果分析： 起初，只有按下3、4、5、6、7、8等

19、幾個按鍵開關(guān)時，揚聲器才能夠發(fā)出相應音頻的聲音，當按下1、2按鍵時，有時聲音很小，有時不發(fā)出聲響。檢查一遍電路之后，發(fā)現(xiàn)電路的連接并沒有任何問題。與同學探討之后，都認為應該是電路某處虛焊了。于是，便采用萬用表的蜂鳴檔，對各個節(jié)點進行檢查。發(fā)現(xiàn)虛焊處后，再用電烙鐵對該處重焊。最終，當接通電源后，按下任意按鍵都可發(fā)出對應的聲音。不過，由于系統(tǒng)內(nèi)部以及外部有一定的干擾存在，發(fā)聲時，會產(chǎn)生一定量的雜音。然而，由于lm386的放大作用，該電子琴發(fā)出的聲音較大，且沒有過度的失真現(xiàn)象?？傮w來說，該設計還是比較成功的。結(jié)論通過本次的課程設計，學到了很多的東西。在上個學期的模擬電路課程中，對知識的把握不是很好。

20、因此，選擇課程設計題目的時候，有點犯難，感覺每個題目都沒多大把握。當看到“簡易電子琴”這個標題時，一股新奇感促使了這個設計的進行。選定題目后，接下來的工作讓人感覺壓力很大。雖然網(wǎng)上以及書籍中，都有與本設計有關(guān)的內(nèi)容，但這卻無形中增加了許多諸如篩選信息等方面的困難。終于，選定方案以后，接下來的工作就相對來說比較容易了。但是由于平常對multisim軟件不夠熟悉，以至于本次仿真時，為尋找各元器件，花了大量的時間。而且還浪費了許多的精力和時間去尋找軟件中沒有的“揚聲器”。同時，增長了許多的知識。雖然以前也用過ne555芯片，但是從來不曾了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及各個管腳的功能。在這次的課程設計中，不僅更加了解了ne555，還對lm386芯片有了一定的認識。相信以后再用到此類芯片時，會更加的得心應手。此外，在焊接方面，也樹立起了信心。曾經(jīng)的幾次失敗，造就了對焊接的排斥感。雖然