电子系统设计 电子琴.doc

电子系统设计实验报告 专 业：信工电子信息科学与技术 学 号：030941211设计要求：1、 该电子琴要有7个音阶，可以用数字芯片构成，也可以用单片机构成；2、 用EWB或其他软件仿真；3、 搭建实体电路。设计思路：方案一：单片机电子琴程序可分如下：初始化模块、判断按键模块、键值处理模块、音乐处理模块、中断模块、0处理模块、表单模块初始化模块：对8279键盘的部分进行初始化和中断初始化键值处理模块：用8279的状态字来判断它是否按键（FIFORAM不能清除已处理的数据，但8279的状态字会发生相应改变）。输入的键值与1-8的物理值01H-08H进行比较，如果与其中某个数相等，则跳到1-8的键值处理模块；如果是9或者A，则跳到音乐处理模块。如果输入是0，则跳到0处理模块。结尾跳到初始化模块 。音乐处理模块：专门处理音乐中的1-8的发音。它们发音不同是因为波的频率不同，所以要发出不同的音，只要实现发出的波的频率不同即可。于是，可通过定时的方法来中断产生不同的方波。可把1-8的定时初值放在一个表单内。中断模块：T0中断是为键值处理模块服务；T1中断是为音乐处理模块服务。0处理模块：在音乐处理过程中，按下0则音乐暂停，此时可如其他按键（包括音乐按键）。当再按下0键时，则最近继续的音乐中断。表单模块：TAB音符表单存放1-8的ASCII码值；FREQUENCY音符初值表单存放1-8音符的中断初值；DAT、DAT1分别存放两首歌曲相应的中断初值和节拍等信息。方案二：555定时器555定时器是一种中规模集成电路，外形为双列直插8脚结构，体积很小，使用起来方便。只要在外部配上几个适当的阻容元件，就可以构成史密特触发器、单稳态触发器及自激多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。它在波形的产生与变换、测量与控制、定时电路、家用电器、电子玩具、电子乐器等方面有广泛的应用。 本实验采用555成定时器组成简易电子琴。整个电路由主振荡器，颤音振荡器，扬声器和琴键按钮等部分组成。主振荡器由555定时器，七个琴键按钮S1-S7，外接电容C1、C2，外接电阻R8以及R1-R7等元件组成，颤音振荡器由555定时器，电容C5及R9、R10等元件组成，颤音振荡器振荡频率较低为64Hz，若将其输出电压U连接到主振荡器555定时器复位端4，则主振荡器输出端出现颤音。按图接线后闭合不同开关即可令喇叭发出不同频率的声响，从而模拟出电子琴的工作。其中各个部分组成如下：1、输入端：由八个按钮开关与各自的定值电阻串联在并联组成输入端2、频率产生端：根据定值电阻的不同输入，由555产生不同的信号频率3、扬声器端口: 接受信号频率发出特定的频率综上所述：选择方案一来进行设计原因：虽然相比与555定时器，单片机设计电路比较简单一点，但考虑到单片机需要比较繁琐的程序设计，调试起来比较麻烦，而且用555定时器比单片机方便简洁，无需琐碎的器件，且操作容易，不易混乱。详细设计方法： 本次课程设计采用的是由555定时器电路组成的多谐振荡器，它的振荡频率可以通过改变振荡电路中RC元件的数值进行改变。根据这一原理，通过设定一些不同的RC数值并通过控制电路，按照一定的速度依次将不同的RC组件接入振荡电路，就可以使振荡电路按照设定的要求，有节奏的发出已设定的音频信号或音乐。其简要步骤为：按键输入、频率控制器、正弦波发生器、衰减器、音频功率放大器、音响多谐振荡器的工作原理： 多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路，由于矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波，故 称为多谐振荡器。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，在自身因素的作用下，电路就在两个暂稳态之 间来回转换，故又称它为无稳态电路。多谐振荡的频率：f=1.43/(R+2R)C)这是个约等于,其中R指7管脚与电源之间的电阻（图中的R1-R7），R指7管脚与6管脚之间的电阻（图中的R9），C是2管脚与地之间的电容（图中C3）。实验中通过按键使R的阻值改变，从而改变振荡频率，扬声器就可与发出不同的声音，如果R的阻值取得好，扬声器就可以发出类似电子琴的声音了。八个基本音阶在C调时所对应的频率如下表所列 :C调1234567if 0/H Z264297330352396440495528由555定时器构成多谐振荡器，R1，R2和C是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚） 和低电平触发端（2脚）并接后接到R2和C的连接处，将放电端（7脚）接到R1，R2的连接处。 由于接通电源瞬间，电容C来不及充电，电容器两端电压uc为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发 端与低电平触发端均为低电平，输出uo为高电平，放电管VT截止。这时，电源经R1，R2对电容C充电，使 电压uc按指数规律上升，当uc上升到（2/3）Vcc时，输出uo为低电平，放电管VT导通，把uc从（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关 。充电时间常数T充=（R1R2）C。由于放电管VT导通，电容C通过电阻R2和放电管放电，电路进人第二暂稳态.其维持时间TPL的长短与电 容的放电时间有关，放电时间常数T放R2C0随着C的放电，uc下降，当uc下降到（1/3）Vcc时，输出uo。 为高电平，放电管VT截止，Vcc再次对电容c充电，电路又翻转到第一暂稳态。不难理解，接通电源后，电 路就在两个暂稳态之间来回翻转，则输出可得矩形波。电路一旦起振后，uc电压总是在（1/32/3）Vcc 之间变化。具体设计电路如下图所示：555组成自激多谐振荡器，在7脚与电源之间加入一组音调电阻R1R8，即是一架玩具电子琴。未按琴键时，555电路不会产生振荡，扬声器不发声；按下某一琴键时，扬声器依555的振荡频率，发出相应的声响。电阻R1R8的选择调整方法，是用一只合适的电位器，先接入电路，从高音（或低音）开始，转动电位器，使扬声器发出一个起始的标准音阶，测出电位器的阻值，并换上相同阻值的固定电阻R1R8，即可确定各音阶所需的电阻阻值。555定时器分析：Vi1（TH）：高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，标志为TH。Vi2（TR）：低电平触发端，简称低触发端，标志为TR。VCO：控制电压端；VO：输出端；Dis：放电端；RD：复位端。 555定时器内含一个由三个阻值相同的电阻R组成的分压网络，产生VCC和VCC两个基准电压；两个电压比较器C1、C2；一个由与非门G1、G2组成的基本RS触发器（低电平触发）；放电三极管T和输出反相缓冲器G3。RD是复位端，低电平有效。复位后, 基本RS触发器高端为1（高电平），经反相缓冲器后，输出为0（低电平）。由图中各元件的参数我们可以算出，分别闭合各个开关可以依次产生频率为260Hz、290Hz、330Hz、350Hz、390Hz、440Hz、494Hz、523Hz是信号，从而驱动扬声器发出不同音调的声音。根据的波形图可以用确定振荡周期为： TPH对应充电时间 TPL对应放电时间 振荡周期 振荡频率 f=1/T 本实验采用的是C调音阶，其音阶频率对应值见设计要求，由以上公式可求出R