数电课程设计-简易电子琴.doc

物理与电子信息工程系课程设计报告 题 目： 简易电子琴专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 摘要：以555时基电路为核心构成的多谐振荡电路，通过控制琴键的通断来改变输出频率，从而当每按下一个琴键，喇叭发出一个音符的声音。设计简单，易实现，而且演奏时的音量和节拍可以调节，以满足演奏的需要。 关键字：NE555 多谐振荡 RC充放电 音量 节拍目录1.系统设计31.1设计任务31.2方案论证131.3系统框图32.单元电路设计42.1多谐振荡电路42.1.1电路原理242.1.2器件参数的选择42.2音阶发生电路52.2.1电路原理52.2.2器件参数选择52.3 节拍发生电路52.3.1电路原理52.2.2器件参数选择52.4喇叭发音电路62.4.1电路原理62.4.2器件参数的选择63.系统测试63.1调试要点63.2调试过程出现的问题及解决方案63.3数据记录74结果分析75.设计工作总结86.参考文献87.附录87.1元器件明细表87.2器件封装97.3总原理图97.4PCB图101. 系统设计1.1设计任务(1)玩具电子琴设有八个琴键，分别代表1、2、3、4、5、6、7、八个不同的音符，每按下一个琴键，扬声器发出一个音符的声音。(2)演奏时的音量和节拍可以调节，以满足演奏一般歌曲的需要。1.2方案论证1方案一：该方案由CD4069构成多谐振荡电路，并由三极管放大输出，电路简单，但带负载能力差，且性价比低，因此不选此方案。按键电路CD4069构成的多谐振荡器按键电路喇叭发音电路三极管放大按键电路方案二：该方案采用NE555构成多谐振荡器，输出驱动电流大，带负载能力强，操作灵活、方便，且性价比高，故选此方案。555构成的多谐振荡器按键电路喇叭发音电路按键电路1.3系统框图如图1所示，电路中采用555构成多谐振荡电路，通过按下不的键来改变输入电阻，改变输出频率。输出的信号通过滤波电路送到喇叭。还可进行音调、音量、节拍的调节。555构成的多谐振荡器按键电路喇叭发音电路滤波电路按键电路音量调节电路音调切换电路图1 2. 单元电路设计2.1多谐振荡电路2.1.1电路原理2电路由NE555及其外部电路构成多谐振荡电路，电阻R3、R4与电路中电位器的R，电容C4构成充放电电路。电容的充电时间 ： 放电时间：电路的振荡周期：电路振荡频率：C3为了防止引入高频信号。2.1.2器件参数的选择根据上述公式和发音频率值算出电容和电阻值，取R3=10K，R4=2K，C4=0.1uF。2.2音阶发生电路2.2.1电路原理电路通过按下不同的键，根据各发音频率公式计算得的电阻值，调节对应的电位器，得到所需要的电阻值。当,按下S8，时，调节RW8,使555的3脚输出的频率为523.3Hz，R=RW8;按下S7时，调节RW7,使555的3脚输出的频率为493.9Hz， R=RW8+RW7,依此类推，调节各电位器值，使按下不同按键时发出各种不同的声音，R4起限流作用。2.2.2器件参数选择根据上述分析，取RW8=10K, RW7=10K, RW6=10K, RW5=10K, RW4=10K, RW3=10K, RW2=10K, RW1=10K。2.3 节拍发生电路2.3.1电路原理通过电阻R1、R2，电位器RW9、RW10，电容C1构成充放电电路。二极管缩短电容充放电时间，电位器RW9、RW10可以调节555三脚输出频率来调节节拍快慢。2.2.2器件参数选择根据上述分析，取RW9=50K, RW10=50K, C1=10uF，R1=R2=10K,C2=1000pF。2.4喇叭发音电路2.4.1电路原理如右图所示，NE555三脚输出的信号经RW12，再经C5送到喇叭。调节RW12来改变电位器的分压好值比，改变输出信号的幅度，从而达到调节声音大小的效果。C5起滤波的作用，使高、低频率不能通过，中频通过。2.4.2器件参数的选择由上面分析得，取RW12=100, C5=100uF。3.系统测试3.1调试要点3.1.2 调节音阶部分接上5V直流电源，音阶发生电路装上555芯片，用示波器测NE555的3叫输出波形，并根据频率调节各电位器，从S8依次向S1调节。3.1.2 调节节拍部分接上5V直流电源，节拍发生电路装上555芯片，发出“啪，啪”调节电位器RW9、RW10，调节节拍快慢。3.1.2 调节音量部分通过调节RW11来调节音阶音量，调节RW12来调节节拍音量。3.2调试过程出现的问题及解决方案问题一：调试完后，下次再接上电源是发现原先调试的频率都变了。解决方案：经多次调试发现，555三脚输出频率随电源电压增大而增大，所以每次调节都应确保所接电源电压一样。问题二：节拍的音量调节无法调到零。解决方案：将电位器RW11换成1K。增大电位器RW11的分压幅度，从而增大音量控制幅度。表1频率测量值与理论值单位：Hz3.3数据记录音阶频率理论值测量值1261.62502293.6280.13329.6314.54349.2334.25392.0373.76440.0420.27493.9476.2523.3509.24结果分析电路实现了当每按下一个琴键，喇叭便发出一个音符的声音，而且音量、音调可以调节，达到了题目的要求。电路中充放电电容C取值大小要合适，使得电位器阻值可以选小一点，易调试，减少误差。但该音阶发生电路用改变输入电阻的电位器以串联方式连接，使得后面的阻值跟前面的阻值有关联，也给调试带来不便。5.设计工作总结通过这次的课程设计，更进一步学会了如何制板（画PCB、转印、腐蚀、钻孔、焊接），如何正确使用万用表以及示波器；掌握了电子琴的原理，对555构成的振荡电路有更深层次的了解；在调试过程中，遇到的问题，并解决问题，使我对电子琴各部分电路研究更透彻，还应注意调节电位器时应先将触点调至中点，再慢慢调对应的大小，以免应阻值过小，电流过大照成芯片烧坏；也使我养成了独立思考的习惯，增强了我的动手能力。并通过找资料，加强了对各芯片的了解，也启示我应该多上网或到图书馆找资料，增长课堂上学不到的知识；设计过程中的碰壁，让我觉悟到专业知识的重要性，驱使我今后更努力念书。6.参考文献1肖景和主编：CMOS数字电路应用(第一版)M北京:中国电力出版社，20052清华大学电子学教研组, 阎石主编:数字电子技术基础（第五版）M北京:高等教育出版社 7.附录7.1元器件明细表序号名称、型号及规格数量1NE55522普通二极管23电解电容（100uF/25V）24电容（102）25电容（104）16电容（10uF/25V）17电阻（10K）38电阻（2K）19电位器（100