555簡易電子琴設(shè)計報告

1、交通大學(xué)電子技術(shù)課程設(shè)計報告隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類的進步，電子技術(shù)已經(jīng)成了各種工程技術(shù)的核心，特別是進入信息時代以來，電子技術(shù)更是成了基本技術(shù)，其具體應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋了通信領(lǐng)域、控制系統(tǒng)、測試系統(tǒng)、計算機等等各行各業(yè)生活中常使用到許多的電子設(shè)備，它給我們生活上的便利與影響。而電子琴就是一個很明顯的例子，這些有時甚至含有建音樂，有時又可以千變?nèi)f化，真讓人想動手試試看，因此我們對它產(chǎn)生了許多問題與想象。本文就是關(guān)于用555定時器制作簡易電子琴的過程及基本原理。1.方案介紹1.1.總體框圖，12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

2、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1.3.方案選擇【設(shè)計方案一】數(shù)字電路電子琴 采用一個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，電阻，按鍵及電容組成?！驹O(shè)計方案二】單片機電子琴程序可分如下： 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827

3、9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，可通過定時的方法來中斷產(chǎn)生不同的方波?？砂?-8的定時初值放在一個表單。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）。當再按下0鍵時，則最近繼

4、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：第一種方案簡易，易于實現(xiàn)，所用知識為數(shù)字電子技術(shù)。接下來將介紹這種方案。2.1 原理圖：對不同音階的波形仿真：1音2音3音4音5音6音7音8音2.2最終設(shè)計電路考慮到通過揚聲器直接播放輸出信號效果不好，所以在揚聲器前把信號加以放大。最終決定用以下電路進行實驗。3. 主要元器件介紹3.1. 555芯片介紹及元器件選擇 555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

5、上幾個適當?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

6、）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和放電管放電，電路進人第二暫穩(wěn)態(tài).其維持時間TPL的長短與電 容的放電時間有關(guān)，放

7、電時間常數(shù)T放R2C0隨著C的放電，uc下降，當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

8、列完全相同。器件電源電壓推薦為4512V，最大輸出電流200mA以，并能與TTL、CMOS邏輯電平相兼容。其主要參數(shù)見表8.1。555定時器的部電路框圖及邏輯符號和管腳排列分別如下：【邏輯符號】 【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，標志為TH。Vi2（TR）：低電平觸發(fā)端，簡稱低觸發(fā)端，標志為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兩個基準電壓；兩個電壓比較器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

9、。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）?！具壿嫻δ堋縍STTHTROUT0XX01>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 ，為了學(xué)習(xí)方便，我們規(guī)定：當TH端的電壓>1/3VCC時，寫為VTH=1，當TH端的電壓<2/3VCC時，

10、寫為VTH=0。當TR端的電壓>2/3VCC時，寫為VTR=1，當TR端的電壓<1/3VCC時，寫為VTR=0。 低觸發(fā)：當輸入電壓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C

11、1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)”。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（電容量標記為103）電容。放電管Tl的輸出端Dis為集電極開路輸出。元器件選擇：根據(jù)555多諧震蕩的原理選擇電阻：由上所述可知：555芯片輸出端輸出的頻率計算公式為f=1.43/(R1+2R2)C)再由下表所列的八個音階分別對應(yīng)的頻率可以令R1為一固定阻值，通過開關(guān)調(diào)節(jié)的幾個串聯(lián)的電阻當做R2。分別選用6個2千歐電阻，一個1千歐和一個十三千歐的電阻串聯(lián)接于引腳

12、6和引腳七。大概電路圖1所示。電容選擇：通過計算可以得出6引腳所需電容為0.1F。輸出端3接4.7F電容。根據(jù)以上選擇計算實際頻率與真實頻率對比如下：音階真實頻率/Hz實際頻率/Hz1261.62642293.72973329.63304349.23525392.03966440.04407493.9495i523.35283.2. 所需元器件清單1. 萬用表，鑷子，剪線鉗，面包板，5V電源，導(dǎo)線。2. 集成電路 NE555 1片.LM386 1片。3. 電阻 2K 6個 ；1 2個 ；13K 1個4. 電容 0.01uF 1個 ； 0.1uF 1個4.7uF 1 個 5. 按鍵開關(guān) 8個喇叭

13、（0.5W） 1 個4.組裝電路在組裝電路時因當注意：1. 面包板的結(jié)構(gòu)，正確使用面包板；2. 應(yīng)當注意各個芯片的工作原理和接腳，在連接電路之前查清每個芯片實際接腳；3. 了解按鍵開關(guān)的工原理圖，正確使用按鍵開關(guān)。5.檢驗電路1 檢查電路連接是否正確。根據(jù)原理檢查電路連接是否正確，是否符合工作原理。查看指導(dǎo)書看芯片引腳功能是否理解正確。2.檢驗芯片是否已被損壞。換一個芯片檢驗。3.給電路通電，檢查能否正常工作。6.結(jié)束語：課程設(shè)計的幾天過去的很快，我們過的很累，但是我們過的很高興，很興奮。因為我們每天都過得很充實，每天都有收獲。通過對簡易電子琴的設(shè)計，我深刻認識到了“理論聯(lián)系實際”的這句話的重要性與真實性。最重要的是在實踐中理解了書本上的知識，明白了學(xué)以致用的真諦，也明白課程設(shè)計的意義所在，它教會我們?nèi)绾芜\用所學(xué)的知識去解決實際的問題，提