簡易電子琴課程設計

學姓：指教：

課程設計任務專班：工單：

信工學題

目:

簡電琴路設仿與現(xiàn)初條：可選元件集成運算放大器LM324電阻電位器電容若干直流電源或自備元器件?？捎脙x器：示波器，萬用表，直流穩(wěn)壓源，函數(shù)發(fā)生器要完的要務:（）計務根據(jù)要求，完成對簡易電子琴電路的仿真設計、裝配與調(diào)試，鼓勵自制穩(wěn)壓電源。（）計求①設計一簡易電子琴電路按下不同琴鍵即改變RC值能發(fā)出C調(diào)的八個基本音階，采用運算放大器構(gòu)成振蕩電路用集成功放電路輸出。知八個基本音階在調(diào)時所對應的頻率如下表所列C調(diào)f0/HZ

1264

2297

3330

4352

5396

6440

7495

i528②選擇電路方案，完成對確定方案電路的設計。③利用Proteus或Multisim仿真設計電路原理圖，確定電路元件參數(shù)、掌握電路工作原理并仿真實現(xiàn)系統(tǒng)功能。④安裝調(diào)試并按規(guī)范要求格式完成課程設計報告書。⑤選做：利用仿真軟件的PCB設計功能進行PCB設計。時安：、前半周，完成仿真設計調(diào)試；并制作實物。、后半周，硬件調(diào)試，撰寫、提交課程設計報告，進行驗收和答辯。指導教簽名：系主任或責任教師簽名：

年年

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目錄1.模電課設概述…………………）1.1設計背景…………………）1.2設計目的及意義…………1.3開發(fā)環(huán)境proteus簡介…………………2.電路原理………………………2.1RC橋式振蕩電路及頻率選擇……………2.2振蕩條件…………………3.總體方案設計…………………3.1實驗電路設計思路………3.2設計電路圖………………3.3實驗參數(shù)選擇……………4.仿真曲線及結(jié)果分析…………4.1仿真操作過程及曲線……………………4.2仿真結(jié)果分析……………(14)5.實物制作及仿真、實物的差異………………(15)5.1實物制作過程和調(diào)試過程………………(15)5.2仿真、實物的差異………）6.心得體會………………………）7.元件清單………………………）8.參考文獻………………………）

武漢理工大學《模擬電子技術(shù)基礎》課程設計說明書1模電課設概述1.1設計背景電子琴是一種鍵盤樂器，采用半導體集成電路，對樂音信號進行放大，通過揚聲器產(chǎn)生音響。簡易電子琴的設計方法：它采用模擬電路中的正弦振蕩原理。設計出的電子琴音階頻率滿足國際標準，La調(diào)頻率滿足國際標準音調(diào)頻率440Hz。給出電路參數(shù)的選取方法和一組參考值。結(jié)果證明，用模擬電路方法制作電子琴結(jié)構(gòu)簡單，而且成本低廉。對于固定的簡單功能的實現(xiàn)，模擬電路具有結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)方便，成本低廉的優(yōu)點。在這方面，模擬電路得到廣泛的應用。模擬電路中的RC弦波振蕩電路具有一定的選頻特性，樂聲中的各音階頻率也是以固定的聲音頻率為機理的。本文介紹基于正弦波振蕩電路的簡易電子琴設計方案。1.2設計目的及意義1、培養(yǎng)學生正確的設計思想，理論聯(lián)系實際的工作作風，嚴肅認真、實事求是的科學態(tài)度和勇于探索的創(chuàng)新精神。2、鍛煉學生自學軟件的能力及分析問題、解決問題的能力。3、通過課程設計，使學生在理論計算、結(jié)構(gòu)設計、工程繪圖、查閱設計資料、標準與規(guī)范的運用和計算機應用方面的能力得到訓練和提高。4、鞏固、深化和擴展學生的理論知識與初步的專業(yè)技能。5、為今后從事電子技術(shù)領域的工程設計打好基礎基本要求。1.3開發(fā)環(huán)境簡介Proteus軟件是一款極好的單片機應用開發(fā)平臺，它以其特有的虛擬仿真技術(shù)很好地解決了單片機及其外圍電路的設計和協(xié)同仿真問題，可以在沒有單片機實際硬件的條件下，利用PC以虛擬仿真方式實現(xiàn)單片機系統(tǒng)的軟、硬件同步仿真調(diào)試，使單片機應用系統(tǒng)設計變得簡單容易。Proteus軟件涵蓋了PIC、AVR、MCS8051、68HC11、ARM等微處器模型，以及多種常用電子元器件，包括74系列、4000列集成電路、和D/A轉(zhuǎn)1

武漢理工大學《模擬電子技術(shù)基礎》課程設計說明書換器、鍵盤、LCD顯示器、LED示器，還提供示波器、邏輯分析儀、通信終端、電壓電流表、I2C/SPI終端等各種虛擬儀表，這些都可以直接用于仿真設計，極大地提高了設計效率和設計水平。Proteus由ISIS和ARES兩個軟件構(gòu)成其中是一款便捷的電子系統(tǒng)仿真平臺軟件ARES是一款高級的布線編輯器它集成了高級原理布線圖混合模式電路仿真、PCB設計以及自動布線來實現(xiàn)一個完整的電子設計。PROTEUS有兩種截然不同的仿真方式：交互式仿真和基于圖表的仿真。其中交互式仿真可實時觀測電路的輸出，因此可用于檢驗設計的電路是否能正常工作。而基于圖表的仿真能夠在仿真過程中放大一些特別的部分，進行一些細節(jié)上的分析，因此基于圖表的仿真可用于研究電路的工作狀態(tài)和進行細節(jié)的測量。Proteus提供了豐富的資源（1）Proteus可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，30多個元件庫提供的仿真儀表資源：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、調(diào)試器、I2C調(diào)試器、信號發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表。理論上同一種儀器可以在一個電路中隨意的調(diào)用。（3）除了現(xiàn)實存在的儀器外Proteus還提供了一個圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來，其作用與示波器相似，但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀器對測量結(jié)果的影響）Proteus可提供的調(diào)試手段提供了比較豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號。2電路原理2.1RC橋式振蕩電路及頻率選擇2

?f?f武漢理工大學《模擬電子技術(shù)基礎》課程設計說明書圖2.1RC橋式振蕩電路可以選出特定頻率的信號。具體實現(xiàn)過程的關(guān)鍵是串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡。經(jīng)過推導可以得到如下結(jié)論：F

ff2)ff

ff0ff即當f時，輸出電壓的幅值最大，并且輸出電壓是輸入電壓的，同時輸出電壓與輸出電壓同相。通過該RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡，可以選出頻率穩(wěn)定的正弦波信號，也可以通過改變R、C的值，選出不同頻率的信號。本實驗通過改變電阻的值來改變選頻網(wǎng)絡選出的頻率而得到不同頻率的信號而通過音頻輸出設備輸出不同頻率的聲音。2.2振蕩條件3

武漢理工大學《模擬電子技術(shù)基礎》課程設計說明書圖2.2.1上圖所示為含外加信號的正弦波振蕩電路，其中，F(xiàn)分別為放大器回路和反饋網(wǎng)絡的放大系數(shù)。圖中若去掉，由于反饋信號的補償作用，仍有信號輸出。XX，可fi得自激振蕩電路。自激振蕩必須滿足以下條件：1．振幅條件：A?2.相位調(diào)節(jié)，nAF自激振蕩的初始信號一般較小，為了得到較大強度的穩(wěn)定波形，起振條件需滿足|AF|>1。在輸出穩(wěn)定頻率的波形前，信號經(jīng)過了選頻和放大兩個階段。具體來說，是對于選定的頻率進行不斷放大，非選定頻率的信號進行不斷衰減，結(jié)果就是得到特定頻率的穩(wěn)定波形。3總體方案設計3.1實驗電路設計思路簡易電子琴由RC選頻網(wǎng)絡、集成運算放大器、節(jié)拍信號發(fā)生器組成。其框圖如圖下所示。4

武漢理工大學《模擬電子技術(shù)基礎》課程設計說明書圖3.1實驗設計思路電路其核心是集成運算放大器構(gòu)成RC正弦波振蕩器，實驗板上提供了個音節(jié)電阻和電容(C串=C并=0.1μf固定)構(gòu)成RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡分別取不同的電阻值（通過琴鍵開關(guān)接通RC串并聯(lián)網(wǎng)絡的8對電阻）使振蕩器產(chǎn)生八個音階信號。最后，通過揚聲器發(fā)出樂音。3.2設計電路圖圖3.2簡易電子琴仿真電路上圖即為簡易電子琴仿真電路圖，8個開關(guān)對應著電子琴個音階琴鍵，使用時閉合不同的開關(guān)可以發(fā)出不同的聲音。電路中的運算放大器芯片工作電壓要求是±5V，5

0101武漢理工大學《模擬電子技術(shù)基礎》課程設計說明書其中引腳4接+5V，引腳11接-5V。3.3實驗參數(shù)選擇選頻網(wǎng)絡的頻率推導公式為：fRR其為圖中的固定電R4，為圖中需要調(diào)節(jié)阻值的8電阻。表1C調(diào)八音階對應的基本頻率唱名

dou

ruai

mi

fa

sou

la

xi

dou(高)頻率

264

297

330

352

396

440

495

528經(jīng)過推導得到仿真原理圖中R5=9.1，R7=13.08，R9=20.4，R11=28.7，R12=36.3。單位歐）4仿真曲線及結(jié)果分4.1仿真操作過程及曲線根據(jù)要求用proteus進行了仿真，具體仿真曲線如下：6

武漢理工大學《模擬電子技術(shù)基礎》課程設計說明書圖4.1.1低音dou的仿真曲線C調(diào)低音dou的仿真曲線如上圖所示。點擊“運行合開關(guān)將所有電阻串聯(lián)進電路，然后將調(diào)節(jié)示波器掃描頻率到0.4ms檔，在示波器上就得到上圖中的曲線，其頻率約等于264Hz。7

武漢理工大學《模擬電子技術(shù)基礎》課程設計說明書圖4.1.2音調(diào)ruai的仿真曲線圖C調(diào)ruai音的仿真曲線如上圖所示。點擊“運行再閉合開關(guān)SW1，保持示波器的掃描頻率在0.4ms檔，在示波器上就得到上圖中的曲線，其頻率約等于。8

武漢理工大學《模擬電子技術(shù)基礎》課程設計說明書圖4.1.3音調(diào)mi音的仿真曲線C調(diào)mi音的仿真曲線如上圖所示。點擊“運行閉合開關(guān)SW2，保持示波器的掃描頻率在0.4ms檔，在示波器上就得到上圖中的曲線，其頻率約等于。9

武漢理工大學《模擬電子技術(shù)基礎》課程設計說明書圖4.1.4音調(diào)fa音的仿真曲線C調(diào)fa音的仿真曲線如上圖所示。點擊“運行閉合開關(guān)，保持示波器的掃描頻率在0.4ms檔，在示波器上就得到上圖中的曲線，其頻率約等于。

武漢理工大學《模擬電子技術(shù)基礎》課程設計說明書圖4.1.5音調(diào)sou音的仿真曲線Csou音的仿真曲線如上圖所示。點擊“運行上開關(guān)，保持示波器的掃描頻率在0.4ms，在示波器上就得到上圖中的曲線，其頻率約等于396Hz

武漢理工大學《模擬電子技術(shù)基礎》課程設計說明書圖4.1.6音調(diào)la音的仿真曲線C調(diào)la音的仿真曲線如上圖所示。點擊“運行合上開關(guān)，保持示波器的掃描頻率在0.4ms檔，在示波器上就得到上圖中的曲線，其頻率約等于。

武漢理工大學《模擬電子技術(shù)基礎》課程設計說明書圖4.1.7音調(diào)xi音的仿真曲線C調(diào)xi音的仿真曲線如上圖所示。點擊“運行合上開關(guān)，保持示波器的掃描頻率在0.4ms檔，在示波器上就得到上圖中的曲線，其頻率約等于。

武漢理工大學《模擬電子技術(shù)基礎》課程設計說明書圖4.1.8高音dou的仿真曲線C調(diào)高音的仿真曲線如上圖所示。點擊“運行再合上開關(guān)，保持示波器的掃描頻率在0.4ms檔，在示波器上就得到上圖中的曲線，其頻率約等于。4.2真結(jié)果分析本實驗先是利用RC振蕩電路起振產(chǎn)生正弦波信號后通過選頻網(wǎng)絡進行選頻，最后經(jīng)過LM324放大后輸出到音頻設備及得到不同頻率的聲音。本實驗仿真得到的波形為方波（觀察示波器輸出波形可知且在零刻度線的上下部分是對稱的。當開關(guān)從R12到R5依次閉合時，串聯(lián)進電路中的電阻依次減小，因此有公式：f0

RR1

2可得，振蕩電路產(chǎn)生的信號的頻率依次增大，選出的信號的頻率也依次增大。

武漢理工大學《模擬電子技術(shù)基礎》課程設計說明書5實物制作及仿真、物的差異5.1實物制作過程和調(diào)試過程在理論分析和軟件仿真的基礎上，我們按設計的電路圖進行了實物的焊接和調(diào)試。由于電阻的阻值大小不是常用的阻值，所以我們進行了拼湊使其與設計時的阻值近似相等。同時為了美觀，我們將設計的電阻都分成三個電阻的組合。圖5.1.1實物焊接圖（正面）

武漢理工大學《模擬電子技術(shù)基礎》課程設計說明書圖5.1.2實物焊接圖（反面）仿真、實物的差異本次課程設計所得的實物中用的原理圖和仿真的是一樣的，但是由于仿真中用到的一些電阻、電容實際買不到，并且仿真和實際都會存在誤差，所以實物和仿真的元件參數(shù)并不一樣，比如，仿真和實物中用的電阻不一樣。

6

武漢理工大學《模擬電子技術(shù)基礎》課程設計說明書心得體會通過一周周的準備與設計，我們完成了簡易電子琴的設計。在本次模擬電路課程設計中，我通過查找資料復習課本，開始認識了模擬電路的要求和技能。我們這是第一次接觸課程設計一直在邊學習邊設計先開始學習proteus件，學會自己利用軟件繪制電路圖，進行仿真。接下來我們通過查閱了很多的資料，發(fā)現(xiàn)制作簡易電子琴有很多方法，但由于我們對其他方案中的單片機等元器件不了解，對其中的電阻電容等一些頻率的計算有一定的難度，所以我們選擇了在課本中學到過的振蕩電路來設計。在設計振蕩電路的時候，我們遇到了問題。我們通過理論計算，選取了元器件，然后按照設計的電路圖用畫出電圖進行仿真但得到的波形并不是理論的波形率的偏差很大，且出現(xiàn)了失真。所以我們又再次檢查了電路圖，發(fā)現(xiàn)了問題并進行了改進，最后終于得到了比較理想的結(jié)果我們小組進行了合理分工和一個同學負責制作實物外兩個同學負責運放lm324的仿真設計。我們彼此探討商量，不厭其煩，不斷修改，自己也學到了很多。我在上面花的時間或許超出我的預想，但我知道，自己做的卻并不出色，因為我的基礎知識不夠扎實，而且我的學習分析能力較差。我必須認真投入，而這次實物主要由黃星星來負責，我覺得很自己付出的其實還太少，我也必須意識到自己動手能力還有待提高。從大家身上我看到了自己的差距。我覺得，只有越多的付出，才可以最大可能的做到更好。在模電課設中我們遇到了很多問題，最后在同學的指導下，終于解決了。同時，從同學身上學到很多實用的知識，在此我表示感謝我非常感謝和我在同一組的另外三個同學。我認識到自己本身的局限，也因為他們我才可以靜下心來，認真思考，分析。不斷地修改課設，完善課設。

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元件清單元器件名稱LM324二極管喇叭紐扣電池

規(guī)格——1N4007—