模電建議電子琴論文

四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書設(shè)計(jì)題目:簡(jiǎn)易電子琴專業(yè):應(yīng)用電子技術(shù)班級(jí):應(yīng)電13-4班學(xué)號(hào):11120061336028姓名:熊雪蓮宋旭指導(dǎo)教師:李曉麗二〇一四年十二月七日

目錄TOC\o"1-3"\h\u22095摘要115687緒論222904第1章方案選擇與設(shè)計(jì)3123651.1方案比擬與選擇 334601.2整機(jī)電路的構(gòu)成 4258341.2.1電路的工作原理 453851.3矩陣電阻電路559911.4555定時(shí)器介紹 5304771.4.1555定時(shí)器的內(nèi)部原理圖 518061.4.2555定時(shí)器的邏輯功能 6247391.4.3555定時(shí)器的工作波形圖 7132611.5LM386各引腳介紹 8257291.5.1LM386功放電路設(shè)計(jì)10138221.6參數(shù)計(jì)算1112335第2章軟件與系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12269602.1系統(tǒng)方框圖 12111992.2Proteus軟件簡(jiǎn)介 12113082.3實(shí)驗(yàn)調(diào)試 1324620總結(jié)1516135參考文獻(xiàn)168661附錄1原理圖17摘要基于555制作的簡(jiǎn)易電子琴，從而產(chǎn)生不同音階控制電路的設(shè)計(jì)，它能實(shí)現(xiàn)在按下按鍵的情況下產(chǎn)生不同的音調(diào)，并且用LM386將音調(diào)放大。本實(shí)驗(yàn)完成了簡(jiǎn)易電子琴的設(shè)計(jì)和調(diào)試。根本設(shè)計(jì)思路是采用了模塊設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)根本要求時(shí)只要用555構(gòu)成多諧振蕩電路，通過(guò)不同的電阻來(lái)獲得不同的頻率，經(jīng)由LM386放大從而發(fā)出不同的音調(diào)。如果要實(shí)現(xiàn)提高要求那么需要在根本要求上添加一局部電路即可。通過(guò)開關(guān)控制不同的電阻所對(duì)應(yīng)的振蕩電路的通斷調(diào)節(jié)相應(yīng)頻率大小，從而產(chǎn)生不同的音調(diào)。關(guān)鍵字：簡(jiǎn)易電子琴；LM386；NE555緒論電子琴作為一種樂器，對(duì)豐富人們的日常生活起著一定的作用，是人們的生活更加豐富多彩。對(duì)于緩解人們的緊張情緒，陶冶人們的情操等方面，電子琴作為娛樂工具的一種，作用自是不言而喻。電子琴結(jié)構(gòu)復(fù)雜，聲源是555產(chǎn)生的自激振蕩，并通過(guò)LM386進(jìn)行功率放大，通過(guò)揚(yáng)聲器理發(fā)出聲音。由于一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個(gè)音階對(duì)應(yīng)著不同的頻率，此次設(shè)計(jì)是一個(gè)由555定時(shí)器構(gòu)成的簡(jiǎn)易電子琴。本次實(shí)驗(yàn)的目的是：學(xué)習(xí)調(diào)試電子電路的方法，提高實(shí)際動(dòng)手能力。了解由555定時(shí)器構(gòu)成的簡(jiǎn)易電子琴的電路原理。此外，簡(jiǎn)易電子琴還可以通過(guò)八個(gè)按鈕開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)音樂的演奏。掌握最根本的簡(jiǎn)易電子琴的工作原理，有利于將來(lái)研發(fā)高級(jí)的電器類樂器，甚至前沿的電子技術(shù)，提高現(xiàn)代電子產(chǎn)品水平，更好的效勞于社會(huì)，有著廣闊的開展前景和用途。小小的電子琴能讓您和您的家人都能夠在閑暇時(shí)間體會(huì)音樂、感受音樂和彈奏音樂。第1章方案選擇與設(shè)計(jì)1.1方案比擬與選擇方案一：通過(guò)NE555與電阻、電容等組成可控多諧振蕩器，NE555產(chǎn)生方波信號(hào)，信號(hào)再經(jīng)LM386放大，再驅(qū)動(dòng)喇叭播放樂音。方案二：用可控硅制作電子琴。將220V交流電經(jīng)變壓器降壓，再經(jīng)過(guò)整流、濾波，獲得+13.5V直流電壓。將單向可控硅SCR和電阻、電容組成馳張振蕩器電路。但該設(shè)計(jì)方案制作本錢高且復(fù)雜。方案三：采用AT89C51單片機(jī)進(jìn)行控制，由于AT89C51不具備ISP功能，因此Atmel公司已經(jīng)停產(chǎn)在市面上已經(jīng)不常見，況且其ROM只有4K在系統(tǒng)將來(lái)升級(jí)方面沒有潛力。方案四：采用AT89S52單片機(jī)進(jìn)行控制，由于其性價(jià)比高，完全滿足了本作品智能化的要求，它的內(nèi)部程序存儲(chǔ)空間到達(dá)8K，使軟件設(shè)計(jì)有足夠的內(nèi)部使用空間并且方便日后系統(tǒng)升級(jí)，使用方便，抗干擾性能提高。選擇方案：通過(guò)對(duì)上述四種方案的比擬以及根據(jù)自己所學(xué)的知識(shí)，本設(shè)計(jì)采用方案一。采用1個(gè)555集成定時(shí)器組成簡(jiǎn)易電子琴。整個(gè)電路由主振蕩器，顫音振蕩器，揚(yáng)聲器和琴鍵按鈕等局部組成。主振蕩器由555定時(shí)器，七個(gè)琴鍵按鈕S1-S7，外接電容C1、C2，外接電阻R8以及R1-R7等元件組成，顫音振蕩器由555定時(shí)器，電容C5及R9、R10等元件組成，顫音振蕩器振蕩頻率較低為64Hz，假設(shè)將其輸出電壓U連接到主振蕩器555定時(shí)器復(fù)位端4，那么主振蕩器輸出端出現(xiàn)顫音。此簡(jiǎn)易電子琴主要由兩局部組成：多諧振蕩器、功率放大器聲音輸出。原理框圖如圖1-1所示。圖1-1系統(tǒng)框圖1.2整機(jī)電路的構(gòu)成構(gòu)成電子琴的主要電路包括矩陣電阻電路、NE555多諧振蕩電路、LM386音頻功放組成。整機(jī)原理圖如圖1-2所示。圖1-2整機(jī)原理圖1.2.1電路的工作原理本次制作的電子琴由一個(gè)八度音階組成，電路由電阻、電容、LM386功放及NE555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器等組成，通過(guò)改變電阻的大小來(lái)改變輸出的頻率從而改變音調(diào)。其核心是集成運(yùn)算放大器構(gòu)成RC正弦波振蕩器，它提供了8個(gè)音節(jié)電阻和電容(C串=C并=0.068μF固定)構(gòu)成RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò),分別取不同的電阻值〔通過(guò)琴鍵開關(guān)接通RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的8對(duì)電阻〕使振蕩器產(chǎn)生八個(gè)音階信號(hào)。最后，通過(guò)喇叭發(fā)出樂音。1.3矩陣電阻電路8個(gè)電阻，通過(guò)不同的阻值構(gòu)成矩陣電阻電路，目的是改變其輸出波形。如圖1-2所示。圖1-2矩陣電阻電路1.4555定時(shí)器介紹NE555的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可等效成23個(gè)晶體三極管，17個(gè)電阻，兩個(gè)二極管，組成了比擬器、RS觸發(fā)器、等多組單元電路，特別是由三只精度較高5k電阻構(gòu)成了一個(gè)電阻分壓器，為上、下比擬器提供基準(zhǔn)電壓，所以稱之為555。如圖1-2所示。圖1-2555定時(shí)器邏輯符號(hào)1.4.1555定時(shí)器的內(nèi)部原理圖555定時(shí)器的內(nèi)部原理圖如圖1-3所示。Vi1〔TH〕：高電平觸發(fā)端，簡(jiǎn)稱高觸發(fā)端，又稱閾值端，標(biāo)志為TH。Vi2〔TR〕：低電平觸發(fā)端，簡(jiǎn)稱低觸發(fā)端，標(biāo)志為TR。VCO：控制電壓端。VO：輸出端。Dis：放電端。Rd：復(fù)位端。VCC：電源端。GND:接地端。圖1-3555定時(shí)器的內(nèi)部原理圖1.4.2555定時(shí)器的邏輯功能在555定時(shí)器的VCC端1/3和地之間加上電壓，并讓VCO懸空，那么比擬器C1的同相輸入端接參考電壓1/3VCC，比擬器C2反相輸入端接參考電壓2/3VCC。如表1-1所示。表1-1555定時(shí)器的功能表RSTTHTROUT0XX01>2/3VCC>1/3VCC01<2/3VCC>1/3VCC不變1<2/3VCC<1/3VCC11>2/3VCC<1/3VCC1當(dāng)TH端的電壓>1/3VCC時(shí)，寫為VTH=1，當(dāng)TH端的電壓<2/3VCC時(shí)，寫為VTH=0。當(dāng)TR端的電壓>2/3VCC時(shí)，寫為VTR=1，當(dāng)TR端的電壓<1/3VCC時(shí)，寫為VTR=0。①低觸發(fā)：當(dāng)輸入電壓Vi2<VCC2/3且Vi1<1/3VCC時(shí)，VTR=0，VTH=0，比擬器C2輸出為低電平，C1輸出為高電平，根本RS觸發(fā)器的輸入端TH=0、TR=1，，經(jīng)輸出反相緩沖器后，VO＝1，T截止。這時(shí)稱555定時(shí)器“低觸發(fā)”；②保持：假設(shè)Vi2>1/3VCC且Vi1<2/3VCC，那么VTR=1，VTH=0，根本RS觸發(fā)器保持，VO和T狀態(tài)不變，這時(shí)稱555定時(shí)器“保持”。③高觸發(fā)：假設(shè)Vi1>2/3VCC，那么VTH=1，比擬器C1輸出為低電平，無(wú)論C2輸出何種電平，根本RS觸發(fā)器,經(jīng)輸出反相緩沖器后，VO＝0；T導(dǎo)通。這時(shí)稱555定時(shí)器“高觸發(fā)”。1.4.3555定時(shí)器的工作波形圖我們先用555定時(shí)器構(gòu)成一個(gè)施密特觸發(fā)器，再把這個(gè)施密特觸發(fā)器改接成多諧振蕩器。不過(guò)，我們這個(gè)施密特觸發(fā)器稍微復(fù)雜一些，除了“二六一搭”以外，又增加了一個(gè)電阻。與555定時(shí)器內(nèi)部的放電管TD構(gòu)成了一個(gè)反相器。邏輯上，這個(gè)反相器的輸出與555定時(shí)器的輸出完全相同。因此，這個(gè)施密特觸發(fā)器有兩個(gè)輸出端，分別為555定時(shí)器的3號(hào)腳和7號(hào)腳。我們看到，電阻和電容C構(gòu)成了RC積分電路，施密特觸發(fā)器的一個(gè)輸出端〔7號(hào)腳〕接RC積分電路的輸入端，RC積分電路的輸出端接施密特觸發(fā)器的輸入端。這樣，一個(gè)多諧振蕩器就成了。施密特觸發(fā)器的另外一個(gè)輸出端〔3號(hào)腳〕專門作為多諧振蕩器的輸出，可以最大限度地保證多諧振蕩器的帶負(fù)載能力。如圖1-4所示。圖1-4555工作波形圖電子琴之所以能產(chǎn)生音樂，是由于不同的電阻在555組成的多諧振蕩電路中產(chǎn)生不同的頻率，而頻率是不同的音階產(chǎn)生的根本原因。而不同的音階在人聽來(lái)就是不同的音調(diào)。555構(gòu)成的振蕩器電路可以不需要外加觸發(fā)信號(hào),能自動(dòng)地產(chǎn)生矩形脈沖，這樣就可得到制作電子琴的頻率和循環(huán)播放的脈沖信號(hào)。如圖1-5所示。計(jì)算頻率應(yīng)用公式：f=1/[0.7(+2*)*C]圖1-5555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器1.5LM386各引腳介紹LM386是一種音頻集成電路，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接電源少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)接在1、8腳間的電容〔1腳接電容+極〕來(lái)改變?cè)鲆?，如圖1-6所示是放大增益為20dB的LM386功放電路。圖1-6音頻放大電路LM386的外形和引腳的排列如圖1-7所示。引腳2為反相輸入端，3為同相輸入端；引腳5為輸出端；引腳6和4分別為電源和地；引腳1和8為電壓增益設(shè)定端；使用時(shí)在引腳7和地之間接旁路電容，通常取10μF。圖1-7引腳圖1.5.1LM386功放電路設(shè)計(jì)如圖1-8所示。集成功放大電路可以有多種選擇，如三極管放大、差分放大、運(yùn)放等等，考慮到本次是對(duì)音頻放大，應(yīng)選擇的是通用型音頻功率放大器。采用LM386運(yùn)放，價(jià)格低廉。LM386一般采用6-9V電源，最大輸出功率為1W，因該器件散熱條件不夠理想，一般輸出功率為0.5W以下，一般為0.3W。由LM386內(nèi)部結(jié)構(gòu)知，電路的電壓放大倍數(shù)可由內(nèi)部1.35k電阻及引腳1、8間的外圍元件確定。當(dāng)引腳1、8間不接任何元件時(shí)，其電壓放大倍數(shù)為20倍，當(dāng)引腳1、8之間外接電容10uF電容是，其電壓放大倍數(shù)為200。此時(shí)，內(nèi)部的1.35k電阻倍交流短路，其電壓放大倍數(shù)表示式為:=2/=30k/150。引腳5與地之間外接0.047uF電容和10歐電阻為補(bǔ)償電路，可提高電路的穩(wěn)定性，防止電路高頻自激。當(dāng)LM386處于高電壓放大倍數(shù)時(shí)，電源的影響將會(huì)增大，為此在引腳7與地之間外接10uF的濾波電容。功率放大器LM386作發(fā)生器，能直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，如圖13所示為L(zhǎng)M386電壓增益最大時(shí)的用法，使引腳1和8在交流通路中短路，使≈200；為旁路電容；為去耦電容，濾掉電源的高頻交流成分。當(dāng)=16V、=32Ω時(shí)，≈1W，但是，輸入電壓有效值卻僅需28.3mV。圖1-8LM386功放電路1.6參數(shù)計(jì)算取=0.033uF，=3KΩ，=10Nf,=22uF,.=10uF,=47uF,根據(jù)所給頻率按照555組成多諧振蕩器求解周期的公式。T=1/f=0.7〔+2*〕C可求得產(chǎn)生1、2、3、4、5、6、7、0所對(duì)應(yīng)頻率需要的電阻阻值=18.0361KΩ;=16.1045KΩ;=7.372KΩ;=13.5234KΩ;=12.0473KΩ;=10.737KΩ;=4.876KΩ;()=76.7725KΩ.〔1〕根本要求①音階對(duì)應(yīng)頻率如下表1-9所示：音階名1234567頻率〔Hz〕264297330352396440495528594660704792880990表1-9音階頻率表第2章軟件與系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)方框圖通過(guò)NE555與電阻、電容等組成可控多諧振蕩器，NE555產(chǎn)生方波信號(hào)，信號(hào)再經(jīng)LM386放大，再驅(qū)動(dòng)喇叭播放樂音。如圖2-1所示。琴鍵琴鍵控制揚(yáng)聲器S1S2S8555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器喇叭LM386音頻功放2-1系統(tǒng)流程圖2.2Proteus軟件簡(jiǎn)介Proteus軟件是由英國(guó)LabCenterElectronics公司開發(fā)的EDA工具軟件，由ISIS和ARES兩個(gè)軟件構(gòu)成，其中ISIS是一款便捷的電子系統(tǒng)仿真平臺(tái)軟件，ARES是一款高級(jí)的布線編輯器，它集成了高級(jí)原理布線圖、混合模式SPICE電路仿真、PCB設(shè)計(jì)以及自動(dòng)布線來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus軟件的模擬仿真直接兼容廠商的SPICE模型，采用了擴(kuò)充的SPICE3F5電路仿真模型，能夠記錄基于圖表的頻率特性、直流電的傳輸特性、參數(shù)的掃描、噪聲的分析、傅里葉分析等，具有超過(guò)8000種的電路仿真模型。Proteus軟件支持許多通用的微控制器，如PIC、AVR、HC11以及8051；包含強(qiáng)大的調(diào)試工具，可對(duì)存放器、存儲(chǔ)器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；具有斷點(diǎn)調(diào)試功能及單步調(diào)試功能；具有對(duì)顯示器、按鈕、鍵盤等外設(shè)進(jìn)行交互可視化仿真的功能。此外，Proteus可對(duì)IARC-SPY、KEIL等開發(fā)工具的源程序進(jìn)行調(diào)試。此外，在Proteus中配置了各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、頻率計(jì)，便于測(cè)量和記錄仿真的波形、數(shù)據(jù)。2.3實(shí)驗(yàn)調(diào)試〔1〕電路連接完畢后，先認(rèn)真檢查線路連接是否正確，檢查完成后，只要電路輸入電壓不要過(guò)高，對(duì)應(yīng)5V即可，通過(guò)電阻的串并聯(lián)，按下按鍵開關(guān)后，有相應(yīng)的聲音發(fā)出?！?〕得到聲音后，測(cè)出各個(gè)音調(diào)的輸出波形。〔3〕根據(jù)波形比照得到其頻率是否吻合。由于設(shè)計(jì)電路本身的缺陷，當(dāng)按下按鍵時(shí)，根本能發(fā)出相應(yīng)的音調(diào)，但效果不是很好，有沙沙的聲音,我們只能通過(guò)改變不同電阻阻值在示波器上顯示的波形來(lái)判斷。如圖2-2和2-3所示。圖2-2按下DO音鍵之前波形圖2-3按下DO音鍵之后波形總結(jié)本次的電子琴課程設(shè)計(jì)讓我們初次接觸到了模擬電子電路的課程設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中我們通過(guò)了相關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)算和電路具體功能分析，讓我深層次的了解了我們之前所學(xué)的根底知識(shí)。在這一