簡易電子琴課程設(shè)計報告

1、指導(dǎo)教師：秦劍，彭紹胡電子信息工程系課程設(shè)計報告設(shè)計題目： 簡易電子琴專業(yè)班級：電子信息工程2設(shè) 計 者：蘇偉強學(xué)號：15074000511407400106指導(dǎo)教師：秦劍彭紹湖設(shè)計所在學(xué)期： 20222022 學(xué)年 第2設(shè)計所在時間： 2022 年 7 月 6 日-12 日地點:電子信息試驗樓 3143151簡易電子琴 ：蘇偉強 周宇恒名目 HYPERLINK l “_TOC_250002“ 課程設(shè)計題目3 HYPERLINK l “_TOC_250001“ 1 題目分析理解 HYPERLINK l “_TOC_250000“ 二 設(shè)計任務(wù)及要求3要求任務(wù)安排進度安排三 電路設(shè)計4方案論證單

2、元電路設(shè)計與數(shù)據(jù)分析文氏橋正弦波震蕩電路LM386 組成的功率放大電路確認(rèn)理論參數(shù)四 電路仿真13multisim仿真圖仿真結(jié)果誤差分析及總結(jié)五 元器件的選擇191 元件分析1 元件清單六 PCB 設(shè)計錯誤未定義書簽。0原理圖設(shè)計選擇封裝生成PCB七 制作與調(diào)試22電路板的熱轉(zhuǎn)印，焊接元器件故障排解并且接通電源調(diào)試過程數(shù)據(jù)記錄和分析八 試驗中遇到的問題25仿真過程遇到的問題制作PCB遇到的問題電路調(diào)試的時候遇到的問題九 心得體會26十 參考文獻272附錄：1 1 題目分析理解在眾多的題目里面我們選擇“簡易電子琴”作為我們課程設(shè)計的課題?，F(xiàn)在的電子琴一般使用PCM 或AWM 采樣音源，就是錄制樂

3、器的聲音，將其數(shù)字化后存入 ROM CPU 回放該音?，F(xiàn)代電子琴并非“仿照”樂器音色。它使用的FM 合成機構(gòu)。 “模擬電子技術(shù)”、“數(shù)字電子技術(shù)”和“電子技術(shù)試驗”等課程的根本原理和根本分析方法”說 繞開單片機等大型的MCU，盡量選用市場上可以供給的中、大規(guī)模集成電路芯片和各種分關(guān)系。1 要求我們選擇的題目是簡易電子琴， 顧名思義， 要求就是可以通過操作按鍵產(chǎn)生3簡易電子琴 ：蘇偉強 周宇恒dou,re,mi,fa,so,la,si,do(高音)，聲音要求音色一樣，界限清楚。 2 任務(wù)安排本次進展該課程設(shè)計，我們組有兩個同學(xué)，分別是蘇偉強，周宇恒，蘇偉強擔(dān)當(dāng)組長，負(fù)責(zé)電路的設(shè)計，仿真，原理圖及

4、 PCB 繪制，調(diào)試過程的技術(shù)支持，數(shù)據(jù)分析等，周宇恒負(fù)責(zé)元器件的選購，電路板的腐蝕及焊接，故障排解，電路調(diào)試，數(shù)據(jù)測量等。3 進度安排2022.6.282022.7.32022.7.42022.7.52022.7.52022.7.62022.7.62022.7.8相關(guān)學(xué)問的回溫，電路的初步設(shè)想，并進展仿真畫出PCB，購置元器件，并制出PCB 板實物調(diào)試數(shù)據(jù)測量，數(shù)據(jù)分析，書寫報告方案論證方案一：LM324 與電阻電容構(gòu)成文氏橋正弦波振蕩器，正弦波的頻率可通過電阻修改，輸出的正弦波再通過LM386 組成的功放，提高帶載力量，驅(qū)動喇叭發(fā)聲。方案二：利用單片機的定時計數(shù)器產(chǎn)生CTC 模式產(chǎn)生頻率可

5、調(diào)的方波，驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲NE555 與電阻，電容等組成可控多諧振蕩器，NE555 產(chǎn)生方波信號，再經(jīng)LM386 進展功率放大，驅(qū)動喇叭發(fā)聲。選擇方案：方案二使用單片機實現(xiàn)，雖然是最簡潔的方法，但是不符合本課程設(shè)計的要求， 3 個芯片，本錢身高，555 集成性較高，對了解試驗原理不是有很大的幫助，不是格外符合本試驗的LM386 以，該課程設(shè)計，我們選擇了方案二作為最終方案。單元電路設(shè)計與數(shù)據(jù)分析4整體實現(xiàn)電路包括，文氏橋正弦波震蕩電路還有LM386 組成的功率放大電路，整體的框1 所示：1現(xiàn)在對每局部進展分析：文氏橋正弦波震蕩電路 出量進展選頻，并且對所選的頻率輸出量進展放大，其他頻率的輸出量進

6、展衰減的電路。在文氏橋震蕩正弦波震蕩電路中負(fù) 反響，為了保證對特定頻率的輸出量的放大能不斷進展，引入了正反響環(huán)節(jié)，文氏橋電路 后面會分析起震條件2。所以： o f2 o于是： 1為了合閘通電之后能經(jīng)過盡可能短的時間放大，然后盡快到達平衡，有起震條件： 1綜上所述，正弦波震蕩電路必需由一下四局部組成1放大電路2選頻網(wǎng)絡(luò)3正反響電路4非線性環(huán)節(jié)。下面對文氏橋正弦波震蕩電路各局部進展分析：5簡易電子琴 ：蘇偉強 周宇恒3 文氏橋電路如圖 3 所示的文氏橋電路充當(dāng)?shù)氖钦错戨娐泛瓦x頻網(wǎng)絡(luò)電路，下面爭辯起選頻特性(s)電路的傳遞函數(shù)G(s)fR / 12sC替換 j s得： (s)oR 11R /21s

7、C111G(j)11R /21jC進一步化簡得到：R jCR /21jC2G(j)1R 1R /211jC 131jC替換1,化簡得到：jCG( j) (R1 )(R1)11R R R 2RR1R 21122 )2R R222R46恢復(fù) 1，化簡得到：jCG(j)15R1121 j(R12 2例如R1=2022，R2=1000，C=0.1uF1令f0RR12matlab 繪制(1)函數(shù)得到:44f=0:1:10000;R1=2022;R2=1000;C=0.1*10-6;f0=1/2*pi*C*sqrt(R1*R2);F=1./(2+R1/R2+j*(2*pi.*f*C*R1-1./(2*pi

8、.*f*C*R 2);figure;subplot(2,1,1);plot(f,angle(F);title(”相位頻譜”);ylabel(”(G(jw)”);xlabel(”f”);subplot(2,1,2);plot(f,abs(F);title(” 幅度頻譜”);ylabel(”|G(jw)|”);xlabel(”f”);f111125Hz，02CRR2*0.1*10-6 F2022*100012f f時，由于|G() 1即| 1 |,(f );04f4o0相當(dāng)于帶通濾波器，又由于在整個文氏橋正弦波發(fā)生電路，反響系數(shù) (jw)，要篩選7簡易電子琴 ：蘇偉強 周宇恒出需要的信號f0,也就

9、是說f0 的信號要放大，其他信號縮小，但是事實往往無法特別準(zhǔn)確，由于文氏橋電路使得頻率為f0 的信號強度下降為1 即 1 ,所以放大倍數(shù) 至少要大于444,才能使得在選頻-放大過程中信號不至于衰減，這也是必需 1起振的緣由，固然，其他頻率的信號必需衰減，由傳遞函數(shù)的幅度頻譜可以看出，要保證篩選出來的信號頻率 f0 ，也就是微大于4限制的上升 ,然而，如何把握 1(R1=2022R2=100C=0.1uF)根據(jù)前面所述 1 114,起震時必需 4通過調(diào)整同414相比例放大電路可以實現(xiàn)A 的微調(diào)，這樣一來，頻率為f0 的信號雖然被文氏橋衰減了，但是通過放大，得到了補充，照舊可以維持，并且持續(xù)放大，

10、直到動態(tài)平衡，頻率不是f0 的信號，文氏橋?qū)λ麄兯p的幅度比f0 信號更大,雖然也得到一樣程度的放大，但是缺乏以使其信號始終保存，只會漸漸衰減，每經(jīng)過一次文氏橋衰減的狀況見傳遞函數(shù)幅度譜.可以看到頻率低于f0 的信號衰減得比較快。R1=2022，R2=1000，C=0.1uF 這種狀況下，文氏橋12RR 2RR CC12120本試驗承受的文氏橋電路的相關(guān)數(shù)據(jù)為上面說爭辯的R1=2022C1=C2=C=0.1u，1RR122的阻值，依據(jù)f0得到對應(yīng)頻率信號的輸出，通過matlab 計算輸出，得到發(fā)出全部樂聲頻率的R 的理論阻值為如下：o5234.630樂聲douremifasolasi頻率(Hz

11、)261293329349392440493R2(k)18.59214.75211.70010.3988.2426.5415.210f=261 293 329 349 392 440 000;C=0.1*10(-6);RX=zeros(1,8)for x=1:8RX(x)=1/(f(x)2)*4*(pi2)*(C2)*R1);end RX=RX./1000;下面對同相比例放大電路做具體分析：如同所示的同相比例放大電路包含正弦波震蕩電路的放大電路環(huán)節(jié)還有非線性環(huán)節(jié)，85 所示電路：5如圖 5 所示在電路剛起振的時候，電壓比較低,還無法使得兩個二極管導(dǎo)通，依據(jù)二極管未導(dǎo)通時動態(tài)電阻無窮大的特點，兩

12、個二極管相當(dāng)于斷開，R接入電路，依據(jù)同相比例f 2放大電路特點，電壓放大倍數(shù)：u1RRf1f 2 。R0過一段時間后，二極管被導(dǎo)通，R被短路，反響回路只有R接入電路，電壓放大倍f 2f1數(shù)1 RfuR0，可以看到，電壓放大倍數(shù) 從剛起振到經(jīng)過一段時間，由于二極管動態(tài)u電 阻 的 非 線性 特性 ， 呈 現(xiàn) 非線 性減 小 ， 由 起振 條件 1 ， 當(dāng) ,不變，當(dāng)減小，使得正弦平衡條件 得以滿足。uu012開爭辯，我們需要確定電壓放大倍數(shù) ，以確定電阻R，R，u012ff2由于起震條件 1， 的值，如圖3，就本課程設(shè)計而言，需要轉(zhuǎn)變2的取值，所以，勢必文氏橋的傳遞函數(shù)就會轉(zhuǎn)變， 值就會轉(zhuǎn)變，要

13、保證起振條件 1滿足，勢必得每個值匹配一個放大倍數(shù) 的u9u簡易電子琴 ：蘇偉強 周宇恒u2取值但是又往往不能太大，下面會進展?fàn)庌q，以滿足全部 ，使得電路都能起振，現(xiàn)在 R 的值，分別對應(yīng)著一個文氏橋的傳遞函數(shù)，如以下圖所示，用matlabu2觀看在 f 處的幅度變化值，即| G( j ) | |。0R1=2022，C1=C2=C=0.1uFx f0106f=0:0.1:3000;R1=2022;R2=14752;C=0.1*10-6;f0=1/(2*pi*C*sqrt(R1*R2);F=1./(2+R1/R2+j*(2*pi.*f*C*R1-1./(2*pi.*f*C*R2);figure;

14、subplot(2,1,1);plot(f,angle(F),”LineWidth”,2);title(”相位頻譜”);ylabel(”(G(jw)”);xlabel(”f”);subplot(2,1,2);plot(f,abs(F),”LineWidth”,2);title(”幅度頻譜”);ylabel(”|G(jw)|”);xlabel(”f”);由圖的可以得到下面表格的數(shù)據(jù)：: 為滿足起振條件的最小值 1minmin18.59214.75211.70010.3988.2426.5415.2104.63026129318.59214.75211.70010.3988.2426.5415.2

15、104.6302612933293493924404935230.47450.46830.46060.45610.44590.43370.41950.41122.10742.13532.17102.19252.24262.30572.38372.4319f (Hz)0min11簡易電子琴 ：蘇偉強 周宇恒可以看到，隨著電阻的減小，選擇的頻率 f0就越來越高，這符合f1RR12f0 的信號被該系統(tǒng)(文氏橋電路)，減弱的越多，可以看到，隨著頻率的上升，F(xiàn) 的值越來越小，可見文氏橋選頻網(wǎng)絡(luò)不適合做高頻保證，對此可以使用LC 正弦波振蕩電路，這里不開放。得到完整的波形而不至于被文氏橋衰減，必需選擇這

16、8 個音符中頻率最高的(523Hz)，需要放大的倍數(shù)最大的2.4319，才能保證其余7 個低頻率的音符能夠被篩選放大，而不至于只被篩選，而得不到放大，由同相比例放大系數(shù)RRA 1uf1f 2R0得到，滑動變阻器的阻值應(yīng)當(dāng)是R0 2.095k2.2 LM386 組成的功率放大器文氏橋正弦波震蕩電路雖然可以產(chǎn)生頻率可調(diào)的正弦波，但是正弦波的帶載力量太差了，7如圖 7，LM386 組成的功率放大器，通過查閱數(shù)據(jù)首次，承受最小電壓增益20 的接法127設(shè)電源電壓為VCCRL ，最大功率輸出表達式：V/2( CC)2P2omRL我們使用使用的喇叭的為”8，0.5W”，電源為 6V 直流電源，帶入數(shù)據(jù)，得

17、到:P0.5625W 0.5Wom喇叭可以正常工作。1,8 引腳斷開，集成功放的電壓放大倍數(shù)為20 倍，3 口接滑動變阻器可以調(diào)整音量，50.05uF 10電阻組成校正網(wǎng)絡(luò)用來進展相位補償，6 腳接的電源Vcc.multism 仿真圖由第三局部的爭辯，得到電路的multisim 仿真圖為:13簡易電子琴 ：蘇偉強 周宇恒8 文氏橋正弦波震蕩電路multisim 仿真149 LM386 multisim 仿真仿真結(jié)果,1,2,3,4,5,6,7,8，接通對應(yīng)的電阻，觀看虛擬示波器波形，注:2k15簡易電子琴 ：蘇偉強 周宇恒16功率放大器輸出的方波從左到右依次按下鍵 1,2,3,4,5,6,7,

18、8，接通對應(yīng)的電阻，觀看虛擬示波器波形17簡易電子琴 ：蘇偉強 周宇恒誤差分析及總結(jié)依據(jù)理論的文氏橋R2 電阻的修改得到的信號的頻率存在誤差，見下表：音調(diào)12335671理論值(Hz)261293329349392440493523仿真值(Hz)234270312335384436489520誤差(Hz)-27-23-17-14-8-4-4-3由表可知，誤差隨著頻率的上升越來越小，我們提出以下方案解決頻率誤差問題：方案一：通過修改輸出音調(diào)方案的頻率，整體提高一個調(diào)，讓整體的頻率都上升，依據(jù)上面得出的規(guī)律，誤差在高頻局部誤差小R2 的阻值，串聯(lián)一個滑動電阻，調(diào)整電阻，觀看波形，直18到頻率和理論

19、值對應(yīng)18.541k 這樣的電阻，方案二可以近乎完善的解決這個問題，通8 個滑動變阻器到對應(yīng)的定值電阻，加大了可調(diào)整性，可以通過調(diào)整電阻，使輸出頻率靠近理論值。1,2,3,4 是由于每個R2電阻對應(yīng)一個文氏橋 值，所以由起振條件必定對應(yīng)著一個 8放大倍數(shù)，前面爭辯了，這個值是2.431，依據(jù)u1RRf1f2R0滑動變阻器的阻值，R0 2.095k7 個音符的選頻范圍增大(參考傳遞函數(shù)圖像)，261 do 2.10712.4319，使得他混雜了其他頻率的信號，同時，由于電壓的限制，放大的電壓超過了電源電壓，被削平。在調(diào)整各R2 8 個音符的波形，使得其為幅度恰當(dāng)?shù)恼也ǎ_保起振后可以被放大，而

20、不至于被衰減，假設(shè)衰減了 放大電路負(fù)反響環(huán)節(jié)的滑動變阻器 RW1，增大放大倍數(shù)，加大信號的幅度，但是太大的幅度會使得第一個音符波形被削平，所以這時候就要確保最終的音符波形可以起振并且保持， 而6 個滑動變阻器，使輸出的波形還有頻率都滿足要求。在調(diào)整功率放大電路的時候，應(yīng)當(dāng)確保輸出的是規(guī)整的方波，先從第一個音符調(diào)起，調(diào)整功率放大器的滑動變阻器RW2,50%，然后接下來的7 個音符都能滿足8 7 個音符都能輸出正確的方波。元件的分析本設(shè)計所用的都是直插式元件，而不是貼片的，所以購置的時候需要留意，按鍵選擇2 4 0.5W，8的無源的，不選擇蜂鳴器類，有源類的發(fā)聲器，由于芯片有損壞的風(fēng)險，為了便利取

21、出，加上排插，DIP8，DIP14元件清單19簡易電子琴：蘇偉強周宇恒元件名規(guī)格數(shù)量LM324N 及DIP14直插DIP141LM386N及DIP8直插DIP81電阻1k10k假設(shè)干假設(shè)干電阻2k2電阻101滑動變阻器10k9滑動變阻器5k1一般電容0.1uF2一般電容10uF1一般電容0.05uF1電解電容250uF1二極管1N40012喇叭8，0.5W1PCB 設(shè)計1 原理圖設(shè)計202 選擇封裝其中由于沒有 LM386N，LM324 21簡易電子琴 ：蘇偉強 周宇恒重畫了，如下：3PCB圖22電路板的熱轉(zhuǎn)印，焊接元器件將PCB 打印到油性紙上，把銅板包好，先預(yù)熱轉(zhuǎn)印機，然后送進轉(zhuǎn)印機轉(zhuǎn)印，

22、轉(zhuǎn)印完畢后先冷卻，然后拆開，看是否有地方掉線了，假設(shè)有，用油性筆補畫，然后送入腐蝕液中腐蝕，直到看到銅被腐蝕完全，拿出腐蝕機，清洗，洗到消滅銅線。PCB 芯片的方向。故障排解并且接通電源調(diào)萬用表到蜂鳴檔，測試是否通路，是否有虛焊，不夠錫的補錫。再次看一下元件是否擺放正確，確認(rèn)無誤接通電源。調(diào)試過程按下最終一個音符1的按鍵，查看第一局部正弦波發(fā)生電路輸出的波形，調(diào)整滑動變阻器 RW1 和對應(yīng)并聯(lián)支路的滑動變阻器 RWH，直到看到正弦波，看到正弦波之后，開頭進展頻率微調(diào)，調(diào)整RWH，支路阻值變小，正弦信號頻率上升，連續(xù)調(diào)整RWH 使頻率上升，會導(dǎo)致波形幅度減小，最終導(dǎo)致衰減消逝，這時候需要不斷調(diào)整

23、RW1 增大電壓放大倍數(shù)來維523Hz 7,6,5,4,3,2,1其到達對應(yīng)的頻率。把示波器探頭掛到最終功放的輸出端，按下第一個音符 1 查看波形，調(diào)整滑動變阻器RW2，直到消滅規(guī)整的方波。上面兩步調(diào)整好后，將喇叭接入，聽一下聲音，查看效果。數(shù)據(jù)記錄和分析8 個頻率的正弦波如圖8 個方波如圖23簡易電子琴 ：蘇偉強 周宇恒24音調(diào)12335671理論值(Hz)261293329349392440493523實際值(Hz)265297328348392441495522誤差(Hz)+4+4-1-10+1+2-1可以看到是輸出的聲音的頻率還是很準(zhǔn)確的。25簡易電子琴 ：蘇偉強 周宇恒仿真過程遇到的

24、問題LM386 multisim LM386 這個元件，于LM386 multisim LM386 參加到系統(tǒng)的元件庫。在用multisim buzzer sonalert,發(fā)的聲音multisim 叫做 speaker,所謂的無源蜂鳴器就是發(fā)聲頻率隨著輸入的信號頻率的變化而變換，multisimspeaker的使用方法是先錄后放。低動身電壓，電壓低于觸發(fā)電壓，頻率計不顯示頻率。PCB 遇到的問題熱轉(zhuǎn)印的時候總是不能完全印上去，后來知道緣由是沒有打磨掉銅板的外表的氧化膜。用油性筆，也必需用油性筆，在斷的地方，或者需要補墨的地方補上墨。有時候系統(tǒng)的封裝焊盤太小了板。3 電路調(diào)試的時候遇到的問題1 ，焊錫都用的比較少。這個還可以補救，其次天我們回去看的時候，又不響的，這次竟然冒煙了，我抓緊拔了，檢查了一下，覺察原來又虛焊了，原來是一開頭焊的都不是很牢靠， 這次虛焊的地方的VEE，直接把LM324 燒掉了，費了很大的工夫把壞掉的芯片取下來，把全部焊盤都加焊了，加多點錫，避開再次消滅問題，一開頭是直插的LM324 改用DIP14 插座，這DIP 插槽比較好。 例如 18.75k 18k,以為這樣就可以，沒想到誤差還是很大的， 看到別的同學(xué)都是用電阻+滑動電阻的組合，覺得很好，可以調(diào)整滑動電阻，觀看波形，知 最終要有修改的余地，這時候參加一些可以調(diào)整的元件是格外重要的，這樣可以減小誤差。