简易电子琴.doc

555简易电子琴摘要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，只需要外接几个电阻、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。 本文是关于利用555定时器实现简易电子琴，这种应用只是其功能中的一部分。这种由555定时器做出来的电子琴，体积小，用料省，经济实用。目录前言.1. 方案介绍 1.1总体模块 1.2. 模块功能 1.3. 方案选择2. 主要元器件介绍.2.1. 555芯片介绍及元器件选择2.2. 元器件清单.3. 原理图4. 组装电路步骤及注意事项5. 结束语.6. 参考文献前言电子科学技术是人类在生产斗争和科学实验中发展起来的。1883年美国发明家爱迪生发现了热电子效应，1904年弗莱明利用这个效应制成了电子二极管，并证实了电子管具有“阀门”作用，它首先被用于无线电检波。1906年美国的德福雷斯在弗莱明的二极管中放进了第三电极栅极而发明了电子三极管，从而建树了早期电子技术上最重要的里程碑。半个多世纪以来，电子管在电子技术中立下了很大功劳；但是电子管毕竟成本高，制造繁，体积大，耗电多，从1948年美国贝尔实验室的几位研究人员发明晶体管以来，在大多数领域中已逐渐用晶体管来取代电子管。但是，我们不能否定电子管的独特优点，在有些装置中，不论从稳定性、经济性或功率上考虑，还需要采用电子管。随着科学技术的发展和人类的进步，电子技术已经成了各种工程技术的核心，特别是进入信息时代以来，电子技术更是成了基本技术，其具体应用领域涵盖了通信领域、控制系统、测试系统、计算机等等各行各业生活中常使用到许多的电子设备，它给我们生活上的便利与影响。而电子琴就是一个很明显的例子，这些有时甚至含有内建音乐，有时又可以千变万化，真让人想动手试试看，因此我们对它产生了许多问题与想象。它是如何动作？不同的音调产生原理又是什么？而若是改变它们的音调，不知道会不会很麻烦，其电路要重新制作吗？系统会怎么修改？乐器的发展与科学技术的发展密切相关，现代电子技术的兴起，使一些机械的装置逐步电动化、电子化。科学技术上的这些变化及发展促进了乐器的发展，由此出现了许多新的电子乐器，如电子琴、电钢琴等。近年来，电子琴发展迅速，不论是在制造工艺上、操作程序上还是在演奏技法上都有了突飞猛进的发展，这在乐器发展史上是其他任何乐器所不能比拟的。自从八十年代电子琴进入我国以来，电子琴以它适合中国国情、经济适用、表现力强、功能强大而受到广大的初学者、音乐爱好者、专业音乐工作者，音乐家的喜爱，可以说现在电子琴在中国的普及率是很高的。这无论是对提高整个人们的音乐素质，还是对音乐的发展都是功德无量的事。二十世纪初，随着现代科技的进步，电子技术被广泛地应用到社会各个领域，乐器制造业也不可避免地受其影响，诞生了许多新兴的电子乐器。在美国就诞生了一种被称为电子管风琴的乐器。之所以这样称呼，是因为乐器的外形和演奏方式酷似古老而庞大的管风琴。它依靠电子技术手段发声，能够简单地模仿一些乐器和制造出新的电子音响。五、六十年代，电子音乐、计算机音乐逐渐进入蓬勃发展时期。1959年，世界第一台全晶体管双排键电子琴在日本诞生了。 电子乐器的结构较为复杂，音源是由晶体管产生的电振动，并通过音色回路而产生各种音色；同时由周波数调制产生颤音效果，由振幅调制产生各种乐器的音效。电子琴的外形很像普通键盘乐器，只是某些种类多一排脚踏键盘，而且手触键盘也往往分为两层。键盘式电子琴声音丰富、优美，有变音装置，能发出多种不同的音色，可以作为独特的乐器进行演奏，还能代替传统的风琴、钢琴供音乐课教学。本文就是关于用555定时器制作简易电子琴的过程及基本原理。1.方案介绍1.1.总体框图，12模块功能该电路包括按钮开关，定值电阻，555振荡器和扬声器三部分组成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1.3.方案选择【设计方案一】数字电路电子琴 采用一个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，扬声器和琴键按钮等部分组成。主振荡器由555定时器，电阻，按键及电容组成。【设计方案二】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。综上：第一种方案简易，易于实现，所用知识为数字电子技术。接下来将介绍这种方案。2. 主要元器件介绍2.1. 555芯片介绍及元器件选择 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。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。图1 555定时器构成的多谐振荡器电路及工作波形 集成555定时器有双极性型和CMOS型两种产品。一般双极性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4512V，最大输出电流200mA以内，并能与TTL、CMOS逻辑电平相兼容。其主要参数见表8.1。555定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列分别如下：【逻辑符号】 【内部原理图】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）。【逻辑功能】RSTTHTROUT0XX012/3VCC1/3VCC011/3VCC不变12/3VCC2/3VCC1/3VCC时，写为VTH=1，当TH端的电压2/3VCC时，写为VTR=1，当TR端的电压1/3VCC时，写为VTR=0。 低触发：当输入电压Vi2VCC2/3 且Vi11/3VCC 且Vi12/3VCC，则VTH=1，比较器C1输出为低电平，无论C2输出何种电平，基本RS触发器,经输出反相缓冲器后，VO0；T导通。这时称555定时器“高触发”。VCO为控制电压端，在VCO端加入电压，可改变两比较器C1、C2的参考电压。正常工作时，要在VCO和地之间接001F（电容量标记为103）电容。放电管Tl的输出端Dis为集电极开路输出。元器件选择：根据555多谐震荡的原理选择电阻：由上所述可知：555芯片输出端输出的频率计算公式为f=1.43/(R1+2R2)C)再由下表所列的八个音阶分别对应的频率可以令R1为一固定阻值，通过开关调节的几个串联的电阻当做R2。分别选用6个2千欧电阻，一个1千欧和一个十三千欧的电阻串联接于引脚6和引脚七。大概电路图1所示。电容选择：通过计算可以得出6引脚所需电容为0.1F。输出端3接4.7F电容。根据以上选择计算实际频率与真实频率对比如下：音阶真实频率/Hz实际频率/Hz1261.62642293.72973329.63304349.23525392.03966440.04407493.9495i523.35282.2. 所需元器件清单2.1元器件清单：1. 万用表，电烙铁，镊子，剪线钳，吸锡器。2. 集成电路 NE555 1片.3. 电阻 2K 6个 1 2个 13K 1个4. 电容 0.01uF 1个 0.1uF 1个 4.7uF 1 个 5. 按键 8个喇叭（0.5W） 1 个3. 原理图1.PCB图2.multisim图4. 组装电路步骤及注意事项（1）制板1.在protel软件中设计自己的电路图；2.将专用的热印纸放入中，打印出设计好的电路图；3.将覆铜板用费细砂纸或粗布清理干净。4.将覆铜板和打印好的热转印电路图固定好；5.放入转印机中，转印电路图；转印温度应在125摄氏度以上；6将已转印好的覆铜板放入腐蚀机中，进行电路腐蚀；7.将腐蚀好的板子捞出、清洗清理干净；8.涂松香水抗氧化；9.利用拆板机裁制出合适大小的覆铜板；10.将电路原理图转换为PCB图，即布置实际电路图，根据集成芯片的尺寸、管脚功能、其他元件的大小对器件进行布局及连线。11.根据实际电路图在转印好的覆铜板上需要钻孔的位置做好标记，只需要插入的管脚进行钻孔，导线不要钻孔。需要钻孔的总标记数=所有元件的管脚总数12在覆铜板做了标记的位置上用视频电钻打孔：用左手按牢印刷版，将要钻的孔位移到坐标线中心，千万不要动，右手轻按钻机右侧的电键，该孔随即钻成，不要重复钻孔。钻头落下之后再移动板子钻下一个孔。13清理板子（2）焊接1.准备焊接:将元件引脚插入已经钻好的孔内，清洁被焊元件处的积尘及油污,再将被焊元器件周围的元器件左右掰一掰,让电烙铁头可以触到被焊元器件的焊锡处,以免烙铁头伸向焊接处时烫坏其他元器件。焊接新的元器件时,应对元器件的引线镀锡。2.加热焊接:将沾有少许焊锡和松香的电烙铁头接触被焊元器件约几秒钟。若是要拆下印刷板上的元器件,则待烙铁头加热后,用手轻轻拉动元器件,看是否可以取下。若焊接时有必要的交叉点却不是结点，此时需要使用导线连接。3.清理焊接面:若所焊部位焊锡过多,可将烙铁头上的焊锡甩掉(注意不要烫伤皮肤,也不要甩到印刷电路板上!),用光烙锡头沾些焊锡出来。若焊点焊锡过少、不圆滑时,可以用电烙铁头蘸些焊锡对焊点进行补焊。4.检查焊点:看焊点是否圆润、光亮、牢固,是否有与周围元器件连焊的现象。（3）检验电路将焊好的电路板正确接入电源线和地线，检查电路是否能够正常工作，如果不能，则需要以下几个步骤进行检测：1 检查电路连接是否正确。根据原理检查电路连接是否正确，是否符合工作原理。查看指导书看芯片引脚功能是否理解正确。2 在电路连接没有错误的情况下，检查焊接牢不牢固，是否有虚焊，以及不该连