简易电子琴的设计和制作

1、北京邮电大学电子测量与电子电路综合设计型实验课实验报告题目： 简易电子琴的设计与制作 姓名： 赵佳琪 学号： 2013210569 班级: 2013211119 学院: 信息与通信工程学院 2015年 4月28日一、 摘要14键简易电子琴，通过琴键控制接入电路的电阻大小，产生不同的频率的交流信号，将信号放大后由扬声器，输出不同频率的声音。将NE555接通直流电源，将振荡产生不同频率的方波。将信号传给LM386进行功率放大，使扬声器发出相应的音阶。调试过程中，分别调试多谐振荡器和功率放大器。经过调试之后，焊接而成的作品能产生14个音调的不同振荡频率的音阶。二、 关键词多谐振荡器、功率放大器、蜂鸣

2、器、电子琴三、 实验目的1. 建立系统的概念，培养综合应用电子电路及知识的能力。2. 学习小型电子系统的设计、安装和调试方法3. 培养工程实践技能和排除故障的能力。四、 设计任务要求1. 基本要求：A 能演奏两个八度的音阶B 音阶对应的频率如下：音阶名12345671234567频率Hz2642973303523964404955285946607047928809902. 提高要求：A 将音阶扩大到再降低八度，进一步提高输出功率到0.5W。B 音阶对应的频率如下：音阶名1234567频率Hz132148.5165176198220247.5五、 设计思路NE555多谐振荡器接通直流电源后会振

3、荡产生矩形脉冲，通过改变7管脚和Vcc之间的电阻，可以产生不同频率的矩形脉冲。LM386将产生的举行脉冲信号放大，传递给蜂鸣器。蜂鸣器震动频率不同，产生不同频率的声音。六、 总体结构框图K21喇叭LM386555定时器构成的多谐振荡器扬声器功放控制K2K1琴键七、 分块电路和总体电路的设计1. NE555多谐振荡器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

4、。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

5、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

6、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。根据uc的波形图可以确定振荡周期为 T=TPH+TPLTPH对应充电时间 TPH=0.7(R1+R2)CTPL对应放电时间 TPL=0.7R2C振荡周期 T=TPH+TPL=0.7(R1+2R2)C振荡频率 f=1/T【逻辑符号和管脚排列】【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V

7、CC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】2. 产生不同频率的矩形波琴键相当于开关，控制电路中R1的大小。各电阻串联在电路中，闭合开关后，开关以前的电阻接入电路。根据公式可以求出响应频率对应的电阻R1。R1=1/(0.7Cf)-2R2音阶1234567频率HZ264297330352396440495R1k410.5349.8301.2273.9228.3191.9155.5音阶

8、1234567频率(HZ)528594660704792880990R1(k)137.2106.982.668.946.227.99.73. LM386功率放大器LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、更新内链增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点的功率放大器，广泛应用于录音机和收音机之中。LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器,主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少,电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容,便可将电压增益调为任意值,直至200。输入端以地位参考,同时输出端被自动偏置到电源电压的一半,在6V电源电压下,它的静态功

9、耗仅为24mW,使得LM386特别适用于电池供电的场合。【内部原理图】第一级为差分放大电路，T1和T3、T2和T4分别构成复合管，作为差分放大电路的放大管；T5和T6组成镜像电流源作为T1和T2的有源负载；T3和T4信号从管的基极输入，从T2管的集电极输出，为双端输入单端输出差分电路。使用镜像电流源作为差分放大电路有源负载，可使单端输出电路的增益近似等于双端输出电容的增益。第二级为共射放大电路，T7为放大管，恒流源作有源负载，以增大放大倍数。 第三级中的T8和T9管复合成PNP型管，与NPN型管T10构成准互补输出级。二极管D1和D2为输出级提供合适的偏置电压，可以消除交越失真。引脚2为反相输

10、入端，引脚3为同相输入端。电路由单电源供电，故为OTL电路。输出端（引脚5）应外接输出电容后再接负载。电阻R7从输出端连接到T2的发射极，形成反馈通路，并与R5和R6构成反馈网络，从而引入了深度电压串联负反馈，使整个电路具有稳定的电压增益。【引脚图】引脚2为反相输入端引脚3为同相输入端引脚5为输出端引脚6和4分别为电源和地引脚1和8为电压增益设定端引脚7和地之间接旁路电容，通常取10F。4. 总体电路 当S1到S14分别闭合的时候，不同的电阻接入电路，多谐振荡器NE555振荡产生响应频率的矩形波。各电阻之间串联接入，闭合开关，对应的电阻与之前的电阻串联，所接入的组织之和为R1的大小。LM386

11、为功率放大器，将多谐振荡器的输出信号放大后，输入给蜂鸣器。蜂鸣器震动，发出声音。八、 所实现功能说明按下14个按键分别发出不同频率的音阶，对应中8度和高8度的14个音。将示波器连在蜂鸣器两端，测出按下按键时输出波形的周期，进而计算出频率。实测数据：音阶1234567理论频率HZ264297330352396440495实测频率(HZ)263.6296.9329.0351.4395.1439.4495.3音阶1234567理论频率(HZ)528594660704792880990实测频率(HZ)527.7594.1658.8703.4792.1880.3989.3功放输出：Uo=1.82V Po

12、=Uo2/Ro=1.822/9=0.369W九、 故障及问题分析1. NE555烧坏：在实验过程中，多谐振荡器NE555温度过高，烧损。原因是二极管C2正负极反接，二极管不能起到正常的作用。在接通电源的一瞬间，电流过大，多谐振荡器NE555温度迅速上升，元件严重烧损。更换NE555，更正C2的连接方式后，电路可以正常工作。2. 实测频率与理论误差较大在实验初次搭建电路时，实际输出信号的频率与理论值相差2030HZ，并上下浮动，误差较大。可能原因：(1)直流电压不稳定；(2)电容性能不够好；(3)电阻值不精确，存在误差。解决方法：在实际实验中，更改相应电阻的组织，直到输出信号的频率满足要求。通过

13、更改电阻的大小，使各频率相对稳定，并且与要求频率误差在12HZ内。十、 总结和结论1.心得体会：在本次试验中，通过上网和翻阅书籍查找资料，我了解了电子琴的工作原理和内部结构，掌握了NE555、LM386的工作原理和使用方法。在实践中学会用NE555产生不同频率的交流信号，用LM386进行功率放大，并掌握了简单的焊接方法。明白了实践的重要性，学会了在试验中处理问题解决问题的方法。通过本次试验，我掌握了相关知识，学会了实际调试电路的方法，受益良多。2.实验结论：(1)给蜂鸣器输入不同频率的信号会使蜂鸣器发出不同频率的声音；(2)改变R1可以改变NE555输出信号的频率；(3)LM386可以对信号进行放大。十一、 Multisim仿真原理图、波形图【Multisim电路图】【波形图】S1闭合 S2闭合 S3闭合S4闭合S5闭合 S6闭合S7闭合S8闭合S9闭合S10闭合S11闭合S12闭合S13闭合S14闭合十二、 所用元器件及测试仪表清单【元件】序号名称型号数量1多谐振荡器NE55512功率放大器LM38613电位器10K14喇叭15按键开关146电阻0.2 K17电阻0.68 K18电阻0.82 K19电阻3.3 K110电阻7.5 K111电阻8.2 K112电阻9.