數(shù)電課程設(shè)計(jì)--簡易電子琴

1、目 錄1 設(shè)計(jì)任務(wù)11.1基本任務(wù)11.2 擴(kuò)展任務(wù)12 設(shè)計(jì)方案原理13 單元電路的設(shè)計(jì)23.1 多諧振蕩器23.2 琴鍵開關(guān)33.3 擴(kuò)音器（喇叭）43.4 器件選擇44 電路圖的繪制55 電路的仿真及調(diào)試66 體會(huì)6參考文獻(xiàn)81 設(shè)計(jì)任務(wù)電子琴是一種很簡單的電子產(chǎn)品，目前市場上所售的電子琴多為基于單片機(jī)所設(shè)計(jì)的。本次課設(shè)要求利用數(shù)電知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)能奏出八個(gè)音階的電子琴。雖然沒有基于單片機(jī)的電子琴那么多的功能，但是電子琴的基本功能是可以滿足的。本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容為：根據(jù)數(shù)電課程所學(xué)內(nèi)容，結(jié)合其他相關(guān)課程知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)簡易電子琴，以加深對(duì)單片機(jī)知識(shí)的理解，鍛煉實(shí)踐動(dòng)手能力。本次設(shè)計(jì)的任務(wù)為：

2、1.1基本任務(wù) 具備8個(gè)按鍵，能夠分別較準(zhǔn)確地彈奏出1八個(gè)音符。 選擇電路方案，完成對(duì)確定方案電路的設(shè)計(jì)。計(jì)算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。用Proteus或MULTISIM軟件完成仿真，并按規(guī)定格式寫出課程設(shè)計(jì)報(bào)告書。1.2 擴(kuò)展任務(wù) 能夠彈奏出至少21個(gè)音符（三個(gè)音階）。 能夠較便捷地完成音階的升降。（按一個(gè)開關(guān)實(shí)現(xiàn)升8度，按另一個(gè)開關(guān)實(shí)現(xiàn)降8度）2 設(shè)計(jì)方案原理本方案為利用555多諧振蕩器能輸出脈沖信號(hào)的特性，通過改變振蕩器外接電阻的阻值來改變振蕩器輸出脈沖的頻率，驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)出各種音階。電子琴所用琴鍵即為改變電阻阻值的開關(guān)，通過改變阻值使輸出與琴鍵音階相對(duì)應(yīng)

3、。原理框圖如下: 圖1 原理框圖3 單元電路的設(shè)計(jì)3.1 多諧振蕩器 利用多諧振蕩器產(chǎn)生周期脈沖電路圖如下圖所示圖2 多諧振蕩器電路實(shí)現(xiàn) 圖中引腳功能：1腳：GND(或Vss)外接電源負(fù)端VSS或接地，一般情況下接地。2腳：低觸發(fā)端。3腳：OUT（或Vo）輸出端。4腳：是直接清零端。當(dāng)R端接低電平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論、TH處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0”，該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。5腳：CO(或VC)為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)將該端串入一只10nF電容接地，以防引入干擾。6腳：TH高觸發(fā)端。7腳：D放電端。該端與放電管集電極相連，用做定

4、時(shí)器時(shí)電容的放電。8腳：VCC(或VDD)外接電源VCC，雙極型時(shí)基電路VCC的范圍是4.516V，CMOS型時(shí)基電路VCC的范圍為318V。其中C1為抗干擾電容，C2為充放電電容。3.2 琴鍵開關(guān)通過控制琴鍵開關(guān)來控制振蕩器輸出脈沖的頻率，達(dá)到所需要的輸出，其電路圖如下圖3 琴鍵的設(shè)計(jì)電路用上圖中電路代替多諧振蕩器中的R1，即為有琴鍵開關(guān)控制的多謝震蕩器。根據(jù)各音階的頻率，算出相應(yīng)的電阻值，然后按圖示排列，當(dāng)按下相應(yīng)的開關(guān)時(shí)，該條支路導(dǎo)通，振蕩器即可輸出相應(yīng)音階的頻率。3.3 擴(kuò)音器（喇叭） 將多諧振蕩器的輸出接到一個(gè)擴(kuò)音器上即可實(shí)現(xiàn)電子琴的音頻輸出，電路如下圖圖4 喇叭的電路連接 喇叭的一

5、端與一個(gè)電容串聯(lián)接到多諧振蕩器的輸出端，另一端接地，串聯(lián)電容的作用是補(bǔ)償電路。3.4 器件選擇1集成555定時(shí)器，管腳圖見下圖555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(gè)暫穩(wěn)態(tài)，在自身因素的作用下，電路就在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之 間來回轉(zhuǎn)換，故又稱它為無穩(wěn)態(tài)電路。2電容 電容C1為抗干擾電容取22nf，電容C2為充放電電容取10nf，電容C3為補(bǔ)償電容取4.7uf。3電阻（1）琴鍵電阻低音R1R2R3R4R5R6R7R8470k430k390k360k330k300k270k240k高音R9R10

6、R11R12R13R14R15R16110k91k82k62k51k39k24k15k中音R17R18R19R20R21R22R23R24330k300k270k240k220k200k175k150k表1 電阻選擇大小(2)保護(hù)電阻R25=51k; R26=100k; R27=30k.4 電路圖的繪制圖5 總設(shè)計(jì)電路上圖為總體電路圖，其中由撥碼開關(guān)控制音調(diào)的升降，當(dāng)撥通中間的開關(guān)時(shí)，控制最左邊的一列開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)中音的八個(gè)音；當(dāng)撥通右邊的開關(guān)時(shí)，通過控制中間的一列開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)低音的八個(gè)音；當(dāng)撥通左邊的開關(guān)時(shí)，通過控制右邊的一列開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)高音的八個(gè)音。5 電路的仿真及調(diào)試由于仿真結(jié)果是聲音信號(hào)

7、，無法用書面表示，故用語言來描述仿真的過程與結(jié)果。按總體電路圖接好電路后，開啟仿真開關(guān)，通過控制琴鍵開關(guān)，可以得到大致的八個(gè)音，改變音階控制開關(guān)，也能實(shí)現(xiàn)音階的升降。但是會(huì)有干擾的雜音，嘗試過改變?cè)臄?shù)值，還是無法避免雜音。剛開始仿真時(shí)，得到的音調(diào)有一點(diǎn)點(diǎn)的走調(diào)，修改了部分電阻的阻值之后，這種情況有了很大的改善。需要強(qiáng)調(diào)的是連接線路時(shí)必須要仔細(xì)，本人因?yàn)閯傞_始連線時(shí)連錯(cuò)了一根線，結(jié)果仿真耗費(fèi)了很多時(shí)間才做出來?？傊灰穗娐返脑恚⑶易屑?xì)一點(diǎn)，仿真就會(huì)變的很簡單。6 體會(huì) 這次課設(shè)不但讓我學(xué)習(xí)到了調(diào)試電子電路的方法，還提高了我的實(shí)際動(dòng)手能力，而且讓我了解到了由555定時(shí)器構(gòu)成簡易電子琴

8、的電路及原理。本次課設(shè)著重于培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的正確設(shè)計(jì)思想，訓(xùn)練綜合運(yùn)用已經(jīng)學(xué)過的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)去分析和解決工程實(shí)際問題的能力。本次課設(shè)是為了讓學(xué)生學(xué)習(xí)較復(fù)雜的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法，了解和掌握模擬、數(shù)字電路等知識(shí)解決電子信息方面常見實(shí)際問題的能力，由學(xué)生自行設(shè)計(jì)、自行制作和自行調(diào)試。通過這次課設(shè)對(duì)學(xué)生進(jìn)行了基本技術(shù)技能訓(xùn)練，如基本儀器儀表的使用，常用元器件的識(shí)別、測量、熟練運(yùn)用的能力，掌握設(shè)計(jì)資料、手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范以及使用仿真軟件、實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試和數(shù)據(jù)處理等。最主要的是，這次課設(shè)培養(yǎng)了我們學(xué)生的獨(dú)立創(chuàng)新能力，身為一名21世紀(jì)的大學(xué)生，這是我們最需要的。通過這次數(shù)電實(shí)驗(yàn)，讓我對(duì)所學(xué)的知識(shí)有了進(jìn)一步的鞏固和提高，這次課設(shè)還培養(yǎng)了我的耐心和毅力，讓我學(xué)到了很多。參考文獻(xiàn)1陳永甫主編，555集成電路應(yīng)用800例，電子工業(yè)出版社，1992年出版2伍時(shí)和主編，數(shù)字電子