简单电子琴的制作设计报告.doc

电子琴的制作3.1电子琴的原理（1）由4X4组成16个按钮矩阵，设计成16个音。（2）可随意弹奏想要表达的音乐。(3)相应音符的频率值：TABLE1: DB 0FAH,15H,0FAH,67H,0FBH,06H,0FBH,90H DB 0FCH,0CH,0FCH,44H,0FCH,0ACH,0FDH,09H DB 0FDH,34H,0FDH,82H,0FDH,0C8H,0FEH,06H DB 0FEH,22H,0FEH,56H,0FEH,85H,0FEH,9AH3.1.1电子琴的原理图图图3-1 原理图图图 图3-2 原理图图3-3 原理图3.1.2电子琴设计流程图图3-4 设计流程图3.2元器件的清单 表3-1元器件名称数量数字万用表1个万用板1个单片机STC1个晶振1个集成器1个喇叭1个电阻器若干电容器若干点动按键式开关17只3.2.1元器件的介绍(1)数字万用表：数字万用表，一种多用途电子测量仪器，一般包含安培计、电压表、欧姆计等功能，有时也称为万用计、多用计、多用电表，或三用电表。(2)单片机STC: STC单片机具有功能强、保密性强、价格低、编程简便等突出特点,其程序可以使用串行在线编程(ISP)方式下载写入,所需的装置就是程序下载器.介绍的STC单片机程序下载器是利用PL2303组成串口转换器,将USB串口虚拟成RS232串口,解决了STC单片机与PC机的通信问题.(3)晶振：晶振有着不同使用要求及特点，通分为以下几类：普通晶振、温补晶振、压控晶振、温控晶振等。在测试和使用时所供直流电源应没有足以影响其准确度的纹波含量，交流电压应无瞬变过程。测试仪器应有足够的精度，连线合理布置，将测试及外围电路对晶振指标的影响降至最低。以下内容将逐项为您解答有关晶振的相关知识。（4）集成器：利用微电子工艺，将敏感元件连同信号处理电子线路制作在一块半导体芯片上的传感器。（5）喇叭：一种管乐器，上细下粗，多用铜制成，又可指一种电声元件，作用是将电信号转换为声音，也叫扬声器。 还可用来形容替人鼓吹、宣传的人。（6）电阻器：在日常生活中一般直接称为电阻。是一个限流元件，将电阻接在电路中后，电阻器的阻值是固定的一般是两个引脚，它可限制通过它所连支路的电流大小。阻值不能改变的称为固定电阻器。阻值可变的称为电位器或可变电阻器。理想的电阻器是线性的，即通过电阻器的瞬时电流与外加瞬时电压成正比。用于分压的可变电阻器。在裸露的电阻体上，紧压着一至两个可移金属触点。触点位置确定电阻体任一端与触点间的阻（7）电容器：电容器通常简称其为电容，用字母C表示。定义1：电容器，顾名思义，是装电的容器，是一种容纳电荷的器件。英文名称：capacitor。电容是电子设备中大量使用的电子元件之一，广泛应用于电路中的隔直通交，耦合，旁路，滤波，调谐回路， 能量转换，控制等方面。定义2：电容器，任何两个彼此绝缘且相隔很近的导体（包括导线）间都构成一个电容器。（8）点动按键式开关：点开关是用来接通和断开电路的元件，而且还有主动预防电气火灾的功能。开关应用在各种电子设备，家用电器中（9）导线：导线是将一系列测量控制点，依相邻次序连接而构成折线形式的平面控制图形。由一系列导线元素构成：导线点，是导线上的已知点和待定点；导线边，是连接导线点的折线边；导线角，指导线边之间所夹的水平角。与已知方向相连接的导线角称为连接角(亦称定向角)。导线角按其位于导线前进方向的左侧或右侧而分别称为左角或右角，并规定左角为正、右角为负；单一导线与导线网，其区别在于前者无结点，而后者具有结点。单一导线可布设成：附合导线，起始于一个已知点而终止于另一个已知点；闭合导线，起闭于同一个已知点；支导线，是从一个已知点出发，既不附合于另一个已知点，也不闭合于同一个已知点。导线网可布设为：附合导线网，具有一个以上已知点或具有其他附合条件；自由导线网，网中仅有一个已知点和一个起始方位角而不具有附合条件。3.2.2 元器件的判断数字万用表：如果仪表损坏，请勿使用。使用仪表之前，检查外壳，并特别检查接线端子旁的绝缘。 检查表笔是否有损坏的绝缘或裸露的金属；检查表笔的通断；在使用之前，应更换损坏的表笔。当非正常使用后，请勿再使用仪表，其保护电路有可能失效，当有所怀疑时，请将仪表送修。请勿在爆炸性气体、水蒸汽或多尘的环境中使用仪表。请勿在仪表端子上（两个输入端，或者任何输入端与大地）输入标示在仪表上的额定电压。使用之前，应使用仪表测量一个已知的电压来确认仪表是正常的。当测量电流时，连接仪表到电路之前，请关闭电路的电源。当维修仪表时，请只使用厂家标示或提供的部件。必须根据本手册规定的方法使用仪表，否则仪表所提供的保护措施可能会失效。当测量有效值为30V的交流电压、峰值达42V的交流电压或者60V以上的直流电压时，请特别注意，因为此类电压会产生电击的危险。当使用表笔时，请保持您的手指一直在表笔的档板之后。在测量时，在连接红色表笔线前，应先连接黑色表笔线（公共端）；同样，当断开连接时，应先断开红色表笔线再断开黑色表笔线。当打开电池门时，请先把表笔从仪表上。当仪表的外壳打开或者松动时，请不要使用仪表。为避免得到错误的读数而导致的电击危险或人员伤害，请在仪表指示低电压时，马上更换电池。不要测量第II类600V以上或其它更高类别的电压。过压装置类别按IEC61010-1,2000：仪表的设计能够防护在下列类别的设备中出现的瞬变高电压：高压低能量电路，如电子电路。固定装置供电的设备，如电视机、个人电脑、便携工具和家用电气。 固定安装设备，如配线板，馈电线和短路保护电路、大型建筑的照明系统。 最后，数字万用表，其安全标准在国际上是属于IEC 61010-1（EN61010-1），在国内的适用的标准则是GB4793.1，大品牌的合格的万用表，都会写上这些标准号和相应的电压分类。万用表：目前市场上出售的洞洞板主要有两种，一种焊盘各自独立，另一种是多个焊盘连在一起，单孔板又分为单面板和双面板两种。据经验，单孔板较适合数字电路和单片机电路，连孔板则更适合模拟电路和分立电路。因为数字电路和单片机电路以芯片为主，电路较规则；而模拟电路和分立电路往往较不规则，分立元件的引脚常常需要连接多根线，这时如果有多个焊盘连在一起就要方便一些。当然这并不绝对，每个人的喜好不一样，选择自己用起来比较顺手的就OK了。另外，需要区分两种不同材质的洞洞板：铜板和锡板。铜板的焊盘是裸露的铜，呈现金黄色，平时应该用报纸包好保存以防止焊盘氧化，万一焊盘氧化了（焊盘失去光泽、不好上锡），可以用棉棒蘸酒精清洗或用橡皮擦拭。焊盘表面镀了一层锡的是锡板，焊盘呈现银白色，锡板的基板材质要比铜板坚硬，不易变形。它们的价格也有区别，以大小为100 cm2（10cmX10cm）的单面板为例：铜板价格3到4元，锡板7到8元，一般每平厘米不超过8分钱。晶振：振荡器的频率稳定性亦受到振荡器电源电压变动以及振荡器负载变动的影响。正确选择振荡器可将这些影响减到最少。设计者应在建议的电源电压容差和负载下检验振荡器的性能。不能期望只能额定驱动15pF 的振荡器在驱动50pF 时会有好的表现。在超过建议的电源电压下工作的振荡器亦会呈现坏的波形和稳定性。对于需要电池供电的器件，一定要考虑功耗。引入3.3V 的产品必然要开发在3.3V 下工作的振荡器。较低的电压允许产品在低功率下运行。现今大部分市售的表面贴装振荡器。在3.3V 下工作。许多采用传统5V 器件的穿孔式振荡器正在重新设计，以便在3.3V 下工作。喇叭：扬声器单元一般分为高音、中音、低音三大类。基本上属于各司其职的工作范围。对于制作优良的小口径的低音单元来说(一般泛指低音单元的扬声器口径小于6.5英寸)，它们一般可以兼顾中音扬声器的作用；而一只设计优秀、具有足够承受功率的高音单元来说，也可以兼顾一部分中音扬声器的作用。因此，在小型书架式或落地式音箱中，只采用一高一低两只扬声器单元的实例是十分普遍的。电阻器：固定电阻器的选用有多种类型，选择哪一种材料和结构的电阻器，应根据应用电路的具体要求而定。高频电路应选用分布电感和分布电容小的非线绕电阻器，例如碳膜电阻器、金属电阻器和金属氧化膜电阻器，薄膜电阻器，厚膜电阻器，合金电阻器，防腐蚀镀膜电阻器等。高增益小信号放大电路应选用低噪声电阻器，所选电阻器的电阻值应接近应用电路中计算值的一个标称值，应优先选用标准系列的电阻器。一般电路使用的电阻器允许误差为5%10%。精密仪器及特殊电路中使用的电阻器，应选用精密电阻器，对精密度为1%以内的电阻，如0.01%，0.1%，0.5%这些量级的电阻应采用捷比信电阻。所选电阻器的额定功率，要符合应用电路中对电阻器功率容量的要求，一般不应随意加大或减小。电容器：电容在电路中实际要承受的电压不能超过它的耐压值。在滤波电路中，电容的耐压值不要小于交流有效值的1.42倍。使用电解电容的时候，还要注意正负极不要接反。不同电路应该选用不同种类的电容。揩振回路可以选用云母、高频陶瓷电容，隔直流可以选用纸介、涤纶、云母、电解、陶瓷等电容，滤波可以选用电解电容，旁路可以选用涤纶、纸介、陶瓷、电解等电容。 电容在装入电路前要检查它有没有短路、断路和漏电等现象，并且核对它的电容值。安装的时候，要使电容的类别、容量、耐压等符号容易看到，以便核实。3.3面包板搭接注意事项面包板的外观和内部结构如下图所示，面包板分上下两部分，上面部分一般是由一行或两行的插孔构成的窄条，行和行之间电气不连通。每5 列插孔为一组，通常的面包板上有 10 组或11 组。对于10 组的结构，左边3 组内部电气连通，中间4 组内部电气连通，右边3 组内部电气连通，但左边3 组、中间4 组以及右边3 组之间是不连通的。对于11 组的结构，左边4 组内部电气连通，中间3 组内部电气连通，右边4 组内部电气连通，但左边4 组、中间3 组以及右边4 组之间是不连通的。若使用的时候需要连通，必须在两者之间跨接导线。 下面部分是由中间一条隔离凹槽和上下各5 行的插孔构成。在同一列中的5 个插孔是互相连通的，列和列之间以及凹槽上下部分则是不连通的。在具体使用的时候，通常是两窄一宽同时使用，两个窄条的第一行一般和地线连接，第二行和电源相连。由于集成块电源一般在上面，接地在下面，如此布局有助于将集成块的电源脚和上面第二行窄条相连，接地脚和下面窄条的第一行相连，减少连线长度和跨接线的数量。中间宽条用于连接电路，由于凹槽上下是不连通的，所以集成块一般跨插在凹槽上。插入面包板上孔内引脚或导线铜芯直径为0.40.6mm，即比大头针的直径略微细一点。元器件引脚或导线头要沿面包板的板面垂直方向插入方孔，应能感觉到有轻微、均匀的摩擦阻力，在面包板倒置时，元器件应能被簧片夹住而不脱落。面包板应该在通风、干燥处存放，特别要避免被电池漏出的电解液所腐蚀。要保持面包板清洁，焊接过的元器件不要插在面包板上。 图3-5 外部结构图3-6 内部结构3.4 PCB板的生成据图3-1、3-2、3-3矩阵图为电子琴16个音符的按键原理图，为了更好的对电子琴实物制作的内部和外部进行设计，我们将矩阵图另行制作。在已有PCB电路板的情况下,对电路板进行克隆、样机制作、元器件替换、制作BOM清单、导出原理图等；其中对电路板进行克隆包括单板克隆和整套电路板克隆等。 图3-5电子琴PCB板图3.5 PCB板的印制1制印板图。把图中的焊盘用点表示，连线走单线即可，但位置、尺寸需准确。2.根据印板图的尺寸大小裁制好印板,做好铜箔面的清洁。3.用复写纸把图复制到印板上,如果线路较简单,且制作者有一定的制板经验,此步可省略。4.根据元件实物的具体情况,粘贴不同内外径的标准预切符号（焊盘）；然后视电流大小，粘贴不同宽度的胶带线条。对于标准预切符号及胶带，电子商店有售。预切符常用规格有：D373(0D-2.79,ID-0.79),D266(0D-2.00,ID-0.80),D237(OD-3.50,ID-1.50)等几种,最好购买纸基材料做的（黑色）,塑基（红色）材料尽量不用。胶带常用规格有0.3、0.9、1.8、2.3、3.7等几种。单位均为毫米。5.用软一点的小锤,如光滑的橡胶、塑料等敲打图贴，使之与铜箔充分粘连。重点敲击线条转弯处、搭接处。天冷时，最好用取暖器使表面加温以加强粘连效果。6.放入三氯化铁中腐蚀,但需注意,液温不高于40度。腐蚀完后应及时取出冲洗干净，特别是有细线的情况。7.打眼,用细砂纸打亮铜箔,涂上松香酒精溶液,凉干则制作完毕了。 这种印制板的质量很接近正规的印制板。0.3毫米胶带可在IC两脚之间穿越，可大大减少板正面的短跳线以省事、省时间。图3-6 PCB板3.6 焊接注意事项3.6.1 焊接前的准备 接洞洞板之前你需要准备足够的细导线用于走线。细导线分为单股的和多股的：单股硬导线可将其弯折成固定形状，剥皮之后还可以当作跳线使用；多股细导线质地柔软，焊接后显得较为杂乱。 洞板具有焊盘紧密等特点，这就要求我们的烙铁头有较高的精度，建议使用功率30瓦左右的尖头电烙铁。同样，焊锡丝也不能太粗，建议选择线径为0.50.6mm的3.6.2焊接方法对于元器件在洞洞板上的布局，大多数人习惯“顺藤摸瓜”，就是以芯片等关键器件为中心，其他元器件见缝插针的方法。这种方法是边焊接边规划，无序中体现着有序，效率较高。但由于初学者缺乏经验，所以不太适合用这种方法，初学者可以先在纸上做好初步的布局，然后用铅笔画到洞洞板正面（元件面），继而也可以将走线也规划出来，方便自己焊接。对于焊接方法，一般是利用前面提到的细导线进行飞线连接，飞线连接没有太大的技巧，但尽量做到水平和竖直走线，整洁清晰。现在网上流行一种方法叫锡接走线法，如图6所示，工艺不错，性能也稳定，但比较浪费锡。纯粹的锡接走线难度较高，受到锡丝、个人焊接工艺等各方面的影响。如果先拉一根细铜丝，再随着细铜丝进行拖焊，则简单许多。洞洞板的焊接方法是很灵活的，因人而异，找到适合自己的方法即可。3.6.3焊接技巧很多焊的板子很不稳定，容易短路或断路。除了布局不够合理和焊工不良等因素外，缺乏技巧是造成这些问题的重要原因之一。掌握一些技巧可以使电路反映到实物硬件的复杂程度大大降低，减少飞线的数量，让电路更加稳定。下面就笔者的经验谈谈洞洞板的焊接技巧。1、初步确定电源、地线的布局电源贯穿电路始终，合理的电源布局对简化电路起到十分关键的作用。某些洞洞板布置有贯穿整块板子的铜箔，应将其用作电源线和地线；如果无此类铜箔，你也需要对电源线、地线的布局有个初步的规划。2、善于利用元器件的引脚洞洞板的焊接需要大量的跨接、跳线等，不要急于剪断元器件多余的引脚，有时候直接跨接到周围待连接的元器件引脚上会事半功倍。另外，本着节约材料的目的，可以把剪断的元器件引脚收集起来作为跳线用材料。3、善于设置跳线特别要强调这一点，多设置跳线不仅可以简化连线，而且要美观得多。4、善于利用排针喜欢使用排针，因为排针有许多灵活的用法。比如两块板子相连，就可以用排针和排座，排针既起到了两块板子间的机械连接作用又起到电气连接的作用。这一点借鉴了电脑的板卡连接方法。5、在需要的时候隔断铜箔在使用连孔板的时候，为了充分利用空间，必要时可用小刀割断某处铜箔，这样就可以在有限的空间放置更多的元器件。6、充分利用双面板双面板比较昂贵，既然选择它就应该充分利用它。双面板的每一个焊盘都可以当作过孔，灵活实现正反面电气连接。7、充分利用板上的空间,芯片座里面隐藏元件，既美观又能保护元件。图3-7 实物图3.7 实物图 图3-8总结经过努力,简易电子琴的设计基本上完成了。在整个设计过程中，包括前期中期和后期，我都有着许多不同的体会。这个设计的基本是接触一门新的语言并加以应用，对于我来说，没有想到的是入手的速度比我的预料快，在以前编程的基础上，从接触到开始动手编程的时间得到了很大的缩短。知识的接收速度在很大的程度上决定了动手的时间。通过这个程序设计让我学会一种新的语言，对数字系统结构也有了更进