简易电子琴的设计.doc

2009级电子技术课程设计 电子技术课程设计报告书课题名称 简易电子琴的设计姓 名 学 号 院、系、部 电气系专 业 电子信息工程指导教师2011年 6月28日简易电子琴的设计本次课题设计是关于利用555构成多谐振荡器和NPN三极管（9013）构成的放大电路等元件构建三按键简易电子琴电路。555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。555定时器成本低，性能可靠，只需要外界几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。1、 设计目的：本次设计的目的就是在掌握所学理论知识的基础上，对电子电路、电子元器件等方面的知识有进一步的认识，掌握电路的设计方法和思想，通过学习的VHDL语言结合电子电路的设计知识理论联系实际，掌握所学的课程知识，例如本课程设计就是基于所学的计算机原理中的时钟分频器和定时器的基础之上的，通过本课程设计，达到巩固和综合运用计算机原理中的知识，理论联系实际，巩固所学理论知识，并且提高自己通过所学理论分析、解决计算机实际问题的能力，再者熟悉555定时器的内部结构和功能、多级三极管组成放大电路，合理使用和搭配其他电子元件，能够完成本课题所需设计的电路的设计，并设定各元件的参数使其实现三键的简易电子琴的功能。 二、设计要求：用555定时器构成多谐震荡器来实现电路主要部分，当按键按下后发光二极管发光，给电路提供电源，同时隔离选频电阻之间的电平。选频用电位器调节实现（可加在开关和触发器输入之间），信号经多谐震荡器输出后通过两个NPN三极管（9013）组成的功率放大电路，来驱动喇叭。调节电位器（转换成固定组值的电阻，按键就可以实现电位器的功能），使其音阶发出1、2、3。3、 设计方案及原理框图：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。由555定时器构成的多谐振荡器如图1所示，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。图1（b）所示为工作波形。所以：f=1.43/(R1+2R2)C)2、5V直流电压源转化流程图：3、 整体流程图： 四、单元电路设计及主要元器件参数计算：1、5V直流电压源转化电路图： R1=100，R2=300，Rw=200，VDZ=3V， 2、电位器电阻的确定： 由555多谢振荡器可算出， f=1.43/(R1+2R2)C) 电位器（用单个固定阻值的电阻代替）调整输入信号电路：可得：f=1.43/(2R+Rk)C)，故得下表：音阶1234567if hz261.6293.7329.6349.2392.0440493.9523.3Rk34.728.723.421.016.512.58.957.333、 两级三极管（NPN9013）组成的多级放大电路： 上图是由两个NPN三极管（9013）组成的两级放大电路，因555多谢震荡器的最大输出电压为3.6V，本设计中所用的扬声器的规格为（9,4W），故放大电路的放大倍数不宜过大，为1.5-2倍最合适，故有： 设该放大电路的参数：1=2=50，VCC=5V,UT=26MV,rbb=300;Rb1=285K,Rc1=2K，Rc2=2K，Re1=1K，Re2=2KUBEQ1=UBEQ2=0.6V。这个放大倍数Au=1.78，符合设计要求。5、 电路图1、总体电路图：6、 调试及故障分析：经过调试后，分别按下三个按键，扬声器（喇叭）能呼出其相应的音阶，但是其音质有些许模糊、有些杂音。这是因为在电路设计中各元件的参数设定是理论值，而在具体电路中的各元件的参数与设定的参数有一定的误差，另外还有些许周围环境的干扰，故引起扬声器播出的音阶有些许模糊，但这不影响各音阶的辨认！七、设计总结:通过这次学习，增强了对模电和数电的综合应用，有利于综合能力的提高，和对学习知识更进一步的学习，使我认识到遇到困难不要轻言放弃。 八、参考文献：1 高峰.单片微型计算机原理与接口技术.科学出版社，20072 余孟尝.数字电子技术基础简明教程.高等教育