创新实验电子琴实验报告.doc

山东科技大学电工电子实验教学中心创新性实验研究报告实验项目名称 创新型实验 专 题 简易电子琴的设计与制作 姓名 X） 学号 X 姓名 X 学号 X 手机 X Email X 指导教师及职称 赵洪亮 开课学期 2011 至 2012 学年 2 学期提交时间 2012 年 6 月 28 日一、实验摘要 本实验采用555集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，蜂鸣器，扬声器和琴键按钮等部分组成。二、实验目的1、将课程的理论知识转换为技能。2、掌握简易电子琴的组成原理及设计方法。 3、掌握集成555定时器应用电路的设计、制作与调试方法。4、掌握制作电子电路的技能。5、进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则， 掌握电子仪器的正确使用6、学会电子电路的安装与调试技能。7、学会撰写课程设计总结报告。8、通过课程设计的综合训练，为以后毕业设计打下一定的基础。三、实验场地及仪器、设备和材料：实验场地：院数电实验室实验设备及材料：两个SYB-120面包板、NE555 1个、LM386 1个、琴键开关8个（小体积）、单刀双掷开关2个、扬声器1个、音乐蜂鸣器1个、陶瓷电容0.1F1个、电解电容10uF1个、电解电容220uF1个、系列电阻：510 k、20k、10 k、1 k、6.8k、2 k、4.7k、3.3 k、100、200、10若干。可调电阻（电位器）1k1个，面包板用独股线导线若干、直流稳压电源一台。四、实验内容1、实验原理 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。简易电子琴主要使用555定时器和电子元件实现C调八个音阶.5.6.7.i，具有一般基音演奏功能，其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。NE555单元模块（1）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电路，由于矩形波肿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。由555定时器构成的多谐振荡器如图2-2所示：图2-2 、和、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）并接后接到和的连接处，将放电端（7脚）接到和的连接处。 由于接通电源瞬间，电容来不及充电，电容器两端电压为低电平，小于，故高电平触发端与低电平触发端均为低电平，输出为高电平，放电管VT截止。这时电源经和向充电，使电压按指数规律上升，当上升到时，输出为低电平，放电管VT导通，把从上升到这短时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间的长短与电容的充电时间有关。充电时间常数。 由于放电管VT导通，电容通过电阻和放电管VT放电，电路进入第二暂稳态，其维持时间的长短与电容的放电时间有关，放电时间常数，随着的放电，下降，当下降到，输出为高电平，放电管VT截止，再次对电容充电，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，的电压总是在之间变化。电容的充电时间和放电时间各为： 。 故振荡周期为： 振荡频率为： 由上式可以求出8个音调需要的电阻分别是44k、38k+10、33k、30.3k、26k+10、22k、17.8k、16.8k。 （2）集成555定时器有双极型和CMOS型两种产品。一般双极型产品型号的最后三位数都是555，CMOS型产品型号的最后四位神农百草膏数都是7555，它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。器件电源电压推荐为4.512V，最大输出电流200mA以内，并能与TTL、CMOS逻辑电平相兼容。 555定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列分别如图2-3、图2-4、图2-5所示：图2-3图2-4图2-5 （3）内部原理图图2-6 （TH）:高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，标志为TH。（TR）:低电平触发端，简称低触发端，标志为TR。：控制电压端。：输出端。：放电端。：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，产生和两个基准电压，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和输出反向缓冲器G4组成。 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），经反向缓冲器后，输出为0（低电平）。 （4）逻辑功能RSTTHTROUTT的状态0xx0导通10导通1不变不变11截止表2-3其基本原理是设定一个参考电压，将输入的信号和这个参考电压比较。如果参考电压设定在反相端，则输入的信号电压大于参考电压时，输出高电位。如果参考电压设定在同相端，则输入的信号电压大于参考电压时，输出低电位。当时，输出电压为低电平， T饱和导通。高触发：当时，时，时，C1输出低电平，C2输出高电平，Q0，T饱和导通。保持：当、时，C1、C2输出均为高电平，基本RS触发器保持原来状态不变，因此、T也保持原来状态不变。低触发：当、时，C1输出高电平，C2输出低电平， T截止。 555定时器的“高触发”、“保持”和“低触发”三种基本状态和进入状态的条件必须牢牢掌握。为控制电压端，在端加入电压，可以改变两比较C1、C2的参考电压。正常工作时，要在与地之间接0.01uf（电容量标记为103）电容。放电管T的输出端DISC为集电极开路输出。LM386功放单元模块LM386是一种音频集成电路，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接电源少和总谐波失真小等优点。通过接在1、8脚间的电容（1脚接电容+极）来改变增益，如图2-7是放大增益为20dB的LM386功放电路图.放大增益=20图2-7 引脚2为反向输入端，3为同向输入端，5为输出端，6脚为电源，4脚为地，引脚1、8为电压增益设置端，1、8脚断开时，电压增益为20dB，使用时在引脚7与地之间接旁路电容，通常接10uf。2、 实验内容及步骤 查询电子琴制作的电路图，利用Multisim11软件进行电路图的设计和仿真。 电子琴原理图 电子琴局部仿真电路 各个按键仿真波形 1 2 3 4 5 6 7 i 准备制作电子琴所需的材料：两个SYB-120面包板、NE555 1个、LM386 1个、琴键开关8个（小体积）、单刀双掷开关2个、扬声器1个、音乐蜂鸣器1个、陶瓷电容0.1F1个、电解电容10uF1个、电解电容220uF1个、系列电阻：510 k、20k、10 k、1 k、6.8k、2 k、4.7k、3.3 k、100、200、10若干。可调电阻（电位器）1k1个，面包板用独股线导线若干、直流稳压电源一台。 计算电路中电阻需要的电阻搭配，如下图F电阻值(k)电阻搭配144两个20k电阻与两个2k电阻串联238k+10一个20k电阻、两个10k电阻、一个3.3k电阻、一个4.7k电阻、一个10串联333一个20k电阻、一个10k电阻、一个2k电阻、一个1k电阻串联430.3一个20k电阻、一10k电阻、一个200电阻、一个100电阻串联526k+10一个20k电阻、三个2k电阻、一个10电阻串联622一个20k电阻、一个2k电阻串联717.8一个10k电阻、一个1k电阻、一个6.8k电阻串联816.8一个10k电阻、一个6.8k电阻串联 仿照电路图以及电阻搭配图连接电路。 用示波器代替扬声器观察输出波形五、实验结果与分析1、实验现象、数据记录 见视频2、对实验现象、数据及观察结果的分析与讨论：当开关拨到喇叭处，分别调节原音和颤音，让喇叭依次发出1234567i,当开关打到蜂鸣器处，在一定电压下，蜂鸣器奏乐。 在测试中，出现杂音等问题，用示波器观测可看到输出的高低电平在低电平时出现严重振荡。小制作音乐蜂鸣器需要较大电压才能工作，而较大电压会使电路板发热，有使电路板烧毁的风险。经分析，实验中的杂音问题在于电路自身条件缺陷，电压不稳等原因造成。六、实验心得本次的创新实验设计，经过查阅了许多相关此设计的资料，并与同学交流经验，以及向老师请教的方式，最终基本完成了本次的设计。 通过这次的设计，对以前学过的电子电路知识得到了巩固和发展，进一步理解和加深了对所学得模拟及数字电子技术的知识。学会了在实践中运用理论，用理论来指导实践，培养了理论联系实际的正确设计思想。通过了对课题的设计，训练了运用所学的理论知识去思考问题并联系理论实际解决问题的能力，比