简易电子琴设计报告(完整版).doc

中南民族大学课 程 设 计题 目简易电子琴学 院计算机科学学院专 业班 级姓 名指导教师2010年6月23日电 子 技 术 课 程 设 计任 务 书设计题目： 简易电子琴 学生姓名： 专业班级： 学号： 指导教师签名： 年 月 日一、设计条件1可选元件（或自备元件）：运放：若干功放：若干电阻、电容、电位器：若干2可用仪器：万用表，示波器，毫伏表，信号发生器，直流稳压源二、设计任务及要求1设计任务根据技术要求和已知条件，完成对简易电子琴电路的设计、装配与调试。正弦波发生器功率放大扬声器八只按键2设计要求（1）按下不同琴键即改变RC值，能发出C调的八个基本音阶。采用运放构成振荡电路，用集成功放电路输出。八个基本音阶C调对应频率如下表所列：C调1234567if0 / Hz264297330352396440495528（2）选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数，选择元件，画出总体电路原理图，阐述基本原理。（用Proteus或MultiSim软件完成仿真）（3）安装调试并按规定格式写出课程设计报告书。三、时间安排1第10周：布置设计任务，讲解设计要求、实施计划、设计报告等要求。完成选题。2第10 14周：完成资料查阅、设计、仿真。3第15 16周：制作与调试，完成课程设计报告撰写。4第16 17周：提交课程设计报告，课程设计验收，答辩。目录摘要3关键词31 绪论32 技术指标及要求32.1 设计任务及要求32.2 设计思想43 方案论证及整体电路工作原理43.1 方案论证43.2 整体电路工作原理54 单元电路设计：计算，元器件选择及电路图54.1 RC串并联选频网络电阻的选择54.2 滤波电容的选择64.3 电路图如下所示75 Multisim仿真结果显示76课程设计成果展示：107元件及器件明细118成果评价，设计特点，存在的问题及改进意见128.1 成果放入评价：128.2 本次设计的特点128.3存在的问题和改进的意见129设计总结：1210附录：12摘要简易电子琴一般是由正弦波产生电路，功率放大电路和滤波电路组成。简易电子琴是通过RC串并联网络和集成运放产生一个稳定的正弦波（要产生八种不同的音调，在输入端就并联了八种不同的RC支路）。由于该正弦波功率很小，无法驱动喇叭正常工作，须得在正弦波后面加一个集成功放，把正弦波放大之后再通过滤波网络滤去高频干扰信号，以此来实现对喇叭的驱动。关键词 正弦波发生器，功率放大，滤波网络1 绪论 电子琴对于丰富人类的精神生活有着很重要的作用，已经进入了家家户户的生活。而我们利用基本的工作原理设计了一个简易电子琴，能达到基本的电子琴的要求，当然也能弹奏出简单的曲目。通过设计词电路，我了解了简易电子琴的基本工作原理，在一定程度上对现代电子琴的了解有作用，而且做这样一个简易电子琴能然让我很好的利用模电知识。这次的课程设计让我们将理论作用于实践之上，简单清脆的曲调着实有了很大的成就感。2 技术指标及要求2.1 设计任务及要求2.1.1 设计任务 根据技术要求和已知条件，完成对简易电子琴电路的设计、装配与调试。 2.1.2 设计要求 （1）按下不同琴键即改变RC值，能发出C调的八个基本音阶。采用运放构成振荡电路，用集成功放电路输出。八个基本音阶C调对应频率如下表所列：C调1234567if0 / Hz264297330352396440495528 （2）选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数，选择元件，画出总体电路原理图，阐述基本原理。（用Proteus或MultiSim软件完成仿真） 2.2 设计思想本次设计首先采用RC正弦振荡电路产生正弦波，产生正弦波就需要用到运放，而且需用正反馈,调节电位器是放大倍数至少达到三倍。（达到起振的要求）然后通过示波器观察波形是否是正弦波，然后接一个功放，最后通过滤波网络输出。3 方案论证及整体电路工作原理3.1 方案论证 3.1.1 正弦波振荡 由于需要产生正弦波，根据模电书上的RC串并联选频网络设计电路图如上，正反馈网络的反馈电压是同相比例运算电路的输入电压，于是需要调节电位器是整个电路的Au=3.另外还在Rf回路中在电阻上并联二极管以达到使输出电压稳定的结果。3.1.2 功率放大由设计要求，集成LM386的电源电压为412v,因此在选择电源电压时不能超过12v，否则可能烧坏芯片，前面那个电位器是是调节音量的，喇叭的参数为0.5W，8，当电源电压为12V时，在8的负载情况下，可提供几百mv的功率，可以使喇叭发出声音。3.2 整体电路工作原理4 单元电路设计：计算，元器件选择及电路图4.1 RC串并联选频网络电阻的选择 在电路中，集成运放的电源电压为（双电源），c1=c2=c=0.1uF，R1=R3=R4=1K, 调节电位器Rf(5K)使电路起振，因为是频率可调的电路，因此R1R2,则振荡频率由给定的频率参数 表1C调1234567if0 / Hz264297330352396440495528将上面的频率带入f0公式分别算出八个电阻的阻值 表2C调1234567if0/ Hz264297330352396440495528电阻值 （K）36.328.6823.2320.4116.1313.0610.329.074.2 滤波电容的选择 由于在通过功放之后会有高频信号输出，因此需要设计一个通高频，阻低频的滤波信号由公式 算出一对R和C，比如选用C=4.7nF和R=100，带入公式之中算出被滤去的信号为33Khz左右，对我们需要的从264hz到528hz之间的信号没有影响，且提高了信号的质量。4.3 电路图如下所示5 Multisim仿真结果显示5.1当接入电阻为9.07 K的闭合时，其仿真结果如图所示如图所示，其周期为T=3.8500us，于是f=1/T=526hz，与理论值出入不大。5.2闭合第二个开关，接入的是10.32K的电阻，其示波器的图如下所示由图可知，T=4.2500us，于是f=1/T=476hz，由于有观察者的误差，从数据上看与理论值还是很接近的。1. 同理，依次测得3号到6号开关闭合时的测量频率依次如下所示3号开关闭合，T=4.6500us，f=1/T=434hz4号开关闭合，T=5.1500us，f=1/T=392hz5号开关闭合，T=6.0500us，f=1/T=333hz6号开关闭合，T=6.3500us，f=1/T=317hz2. 7号开关闭合时，其示波器图如下所示：T=7.2500us，f=1/T=277hz 8号开关闭合时，其电路图如下所示：T=8.3500us，f=1/T=240hz3. 测试结果与理论参数分析在实验室测得的结果与仿真结果符合，但测量值和仿真值却又出入。这种误差的大小可以从以下数据可以看出。误差分析如下图所示表3理论值（Hz）264297330352396440495528测试值（Hz）误差值(Hz)由表3中的数据可知，在低频段存在较大误差，这一方面由读书误差引起，另一方面可能是我选择的电阻不是很精确，但最后通过实验产品声音的检测结果来看，从1i八个音阶的区别还是比较明显的，这从一定程度上说明了我这种方案的可行性，所以设计上基本算达到了需要的要求。6课程设计成果展示：7元件及器件明细表4序号名称型号数量1单运放LM74112功放LM38613按键84扬声器15电容0.0047uF16电容0.1 uF27电容220uF18电阻1K39电阻100110二极管1N4007211电位器20k112电位器10513电位器5K114电位器50K315电阻16电路板双面18成果评价，设计特点，存在的问题及改进意见 8.1 成果放入评价：本次简易电子琴的课程设计中，通过按键，喇叭能发出的清脆的1i八个音阶，而且每个音阶区分清楚。此外，还能通过调节后端电路中的电位器，调节音量。 8.2 本次设计的特点1、 是在运放端并入八个不同阻值的电阻，依次来实现发出八种不同音阶的功能2、 是运放要有正反馈，以及运放要接正负电源。通过调节电位器来调节运放的起振频 率，这样才能让运放工作（这也是一大关键）。3、 是可以通过调节与LM386连接的电位器来调节音量。8.3存在的问题和改进的意见由于元件中的串并联电路中的电阻不精确，而且电位器的调节并不是很精确，这样就和理论的值有出入，这也就在一定程度上造成了发生不是很精准。为了让音阶更加准确，我采用示波器现实波形，这样通过调节频率（使频率达到接近理论频率）。通过这样的调节，确实达到了一定的效果，但是，音阶还不是很准。有时可能还会受到外界频率的影响，这也是另外一个不足之处。9设计总结： 为了本次课程设计，我跑遍了图书馆，找了很多的图书资料，还在网上找了很多的相关资料。这样找资料的过程让我通晓了很多的获取资料的途径。这样也算是一大收获。 焊接电路的过程中，基本还算顺利，细心加耐心让我在焊接的过程中少走了很多的弯路。但是在调试的过程中，我遇到了一些问题。开始的时候，我调试好了串并联的电阻阻值，可在调试过程中，问题就现出来了。先有很大的噪音，这样就压下了音阶的发音。后来这个通过转换电容，解决的了这个问题。原来是滤波电路滤波不精当。解决完这问题后，发现串并联电路无法使运放工作。苦思了很久，通过一级一级电路的查找，正弦发生器无法正常的工作。是起振频率不够，调节电位器到1k左右后，电路发出了清脆的响声。问题就此解决的了。之后就是细调了，慢慢的解决问题，一步一步的完成了这个电子琴。 此次调试过程中，我更加清楚的了解了电路的各个功能。此外，我还懂得如何处理这种复杂不知道如何下手的情况，耐心和信心让我有了能顺利的调试好电路。好好的实践确实能让自己更好的提升。在本次课程设计中，我不仅遇到了调试过程中的艰辛，还知道了一个产品的制作，不是说焊接好了就完事了的，那只是一小部分。当然，我也尝到了成功的果实。在听到电子琴的发音又嘶哑变得清晰，再由音阶不准变得比较标准，一种成就感油然而生。总之，本次的课程设计让我受益很多。参考文献【1】 童诗白，华成英。模拟电子技术基础（第四版），高等教育出版社。【2】 图书馆， 超星读秀【3】 舒庆莹凌玲模拟电子技术基础实验武汉：武汉理工大学出版社，2008.210 附录 LM386LM741课程设计成绩评定表姓名 学号专业、班级课程设计题目：简易电子琴课程设计答辩或质疑记录：成绩