數電課程設計-簡易電子琴

PAGEPAGE4目錄1設計任務 11.1基本任務 11.2擴展任務 12設計方案原理 13單元電路的設計 23.1多諧振蕩器 23.2琴鍵開關 33.3擴音器（喇叭） 43.4器件選擇 44電路圖的繪制 55電路的仿真及調試 66體會 6參考文獻 81設計任務電子琴是一種很簡單的電子產品，目前市場上所售的電子琴多為基于單片機所設計的。本次課設要求利用數電知識，設計一個能奏出八個音階的電子琴。雖然沒有基于單片機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。本次設計的主要內容為：根據數電課程所學內容，結合其他相關課程知識，設計一個簡易電子琴，以加深對單片機知識的理解，鍛煉實踐動手能力。本次設計的任務為：1.1基本任務①具備8個按鍵，能夠分別較準確地彈奏出1～八個音符。②選擇電路方案，完成對確定方案電路的設計。計算電路元件參數與元件選擇、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)定格式寫出課程設計報告書。1.2擴展任務①能夠彈奏出至少21個音符（三個音階）。②能夠較便捷地完成音階的升降。（按一個開關實現升8度，按另一個開關實現降8度）2設計方案原理本方案為利用555多諧振蕩器能輸出脈沖信號的特性，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，驅動喇叭發(fā)出各種音階。電子琴所用琴鍵即為改變電阻阻值的開關，通過改變阻值使輸出與琴鍵音階相對應。原理框圖如下:圖1原理框圖3單元電路的設計3.1多諧振蕩器利用多諧振蕩器產生周期脈沖電路圖如下圖所示圖2多諧振蕩器電路實現圖中引腳功能：1腳：GND(或Vss)外接電源負端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R端接低電平，則時基電路不工作，此時不論、TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應接高電平。5腳：CO(或VC)為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內部兩個比較器的基準電壓，當該端不用時，應將該端串入一只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，用做定時器時電容的放電。8腳：VCC(或VDD)外接電源VCC，雙極型時基電路VCC的范圍是4.5～16V，CMOS型時基電路VCC的范圍為3～18V。其中C1為抗干擾電容，C2為充放電電容。3.2琴鍵開關通過控制琴鍵開關來控制振蕩器輸出脈沖的頻率，達到所需要的輸出，其電路圖如下圖3琴鍵的設計電路用上圖中電路代替多諧振蕩器中的R1，即為有琴鍵開關控制的多謝震蕩器。根據各音階的頻率，算出相應的電阻值，然后按圖示排列，當按下相應的開關時，該條支路導通，振蕩器即可輸出相應音階的頻率。3.3擴音器（喇叭）將多諧振蕩器的輸出接到一個擴音器上即可實現電子琴的音頻輸出，電路如下圖圖4喇叭的電路連接喇叭的一端與一個電容串聯接到多諧振蕩器的輸出端，另一端接地，串聯電容的作用是補償電路。3.4器件選擇1．集成555定時器，管腳圖見下圖555工作原理：多諧振蕩器是能產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為補償電容取4.7uf。3．電阻（1）琴鍵電阻低音R1R2R3R4R5R6R7R8470k430k390k360k330k300k270k240k高音R9R10R11R12R13R14R15R16110k91k82k62k51k39k24k15k中音R17R18R19R20R21R22R23R24330k300k270k240k220k200k175k150k表1電阻選擇大小(2)保護電阻R25=51k;R26=100k;R27=30k.4電路圖的繪制圖5總設計電路上圖為總體電路圖，其中由撥碼開關控制音調的升降，當撥通中間的開關時，控制最左邊的一列開關可以實現中音的八個音；當撥通右邊的開關時，通過控制中間的一列開關可以實現低音的八個音；當撥通左邊的開關時，通過控制右邊的一列開關可以實現高音的八個音。5電路的仿真及調試由于仿真結果是聲音信號，無法用書面表示，故用語言來描述仿真的過程與結果。按總體電路圖接好電路后，開啟仿真開關，通過控制琴鍵開關，可以得到大致的八個音，改變音階控制開關，也能實現音階的升降。但是會有干擾的雜音，嘗試過改變元件的數值，還是無法避免雜音。剛開始仿真時，得到的音調有一點點的走調，修改了部分電阻的阻值之后，這種情況有了很大的改善。需要強調的是連接線路時必須要仔細，本人因為剛開始連線時連錯了一根線，結果仿真耗費了很多時間才做出來?？傊灰穗娐返脑恚⑶易屑氁稽c，仿真就會變的很簡單。6體會這次課設不但讓我學習到了調試電子電路的方法，還提高了我的實際動手能力，而且讓我了解到了由555定時器構成簡易電子琴的電路及原理。本次課設著重于培養(yǎng)理論聯系實際的正確設計思想，訓練綜合運用已經學過的理論和生產實際知識去分析和解決工程實際問題的能力。本次課設是為了讓學生學習較復雜的電子系統設計的一般方法，了解和掌握模擬、數字電路等知識解決電子信息方面常見實際問題的能力，由學生自行設計、自行制作和自行調試。通過這次課設對學生進行了基本技術技能訓練，如基本儀器儀表的使用，常用元器件的識別、測量、熟練運用的能力，掌握設計資料、手冊、標準和規(guī)范以及使用仿真軟件、實驗設備進行調試和數據處理等。最主要的是，這次課設培養(yǎng)了我們學生的獨立創(chuàng)新能力，身為一名21世紀的大學生，這是我們最需要的。通過這次數電實驗，讓我對所學的知識有了進一步的鞏固和提高，這次課設還培養(yǎng)了我的耐心和毅力，讓我學到了很多。參考文獻1．陳永甫主編，《555集成電路應用80