电子音乐节拍器o

PAGEPAGE17第页1前言1.1序言随着科技的迅猛发展和人们生活水平的不断提高，人们已不满足于现有的娱乐条件，对娱乐设备的智能化和自动化提出了更高的要求，人们对于娱乐设施的要求越来越高，要求现在的娱乐设施不仅效果更好而且更方便于使用。于是电子音乐节拍器被引入娱乐系统，并得到了广泛的应用。本文所设计的电子音乐节拍器系统，正是在要求娱乐设备日益自动化的背景下，为了满足人们对娱乐设备的要求而设计的。电子音乐节拍器的任务是根据不同的音乐立刻产生出与之相对应的节拍，以便使音乐根据节奏感。电子音乐节拍器小巧、精致，便于携带，使用也十分方便，必定适合各种娱乐场和。1.2目前娱乐设备的概况随着社会的发展，人们对娱乐机构和娱乐设备的要求已不满足于现状，人们希望娱乐设备向自动化、智能花、高科技化发展，希望在娱乐时能得到更好的听觉效果，希望娱乐活动都能有节奏。人们希望将先进的科学技术与医疗设备相结合，使其能更好的为我们服务。在我国，娱乐设备的自动化、智能化正处在起步发展阶段，娱乐系统与娱乐设备正在不断完善的过程中，我们需要更多更好的方案和设计以满足社会的需要。但鉴于娱乐的广泛性，我们的设计必须要求自动、智能，能够更方便的使用，能给更多的人带来快乐。1.3未来娱乐设备的展望娱乐系统和娱乐设备的自动化、智能化、高科技化已经成为未来发展的方向，我们可以期待它为我们的生活带来方便的一面。如今，人民生活已从温饱型向小康转变，人们在生活的质量上有了更高的要求，因此人们开始把注意力从如何提高生活质量转移到如何享受生活、如何让生活更精彩上来，作为娱乐场合必不可少的工具，电子音乐节拍器将成为必备的娱乐设备去取代人工的敲打节拍，这也能更准确、更方便的根据不同的音乐产生与之相匹配的节拍，从一定方面来说，电子音乐节拍器比人工的敲打节拍更具可靠性和欣赏性，更能准确的体现出音乐创作人的思想。1.4论文主要工作概述针对娱乐设施的现状，可见娱乐设备的自动化、智能化、高科技化是娱乐设备今后的发展方向。本课程要设计的电子音乐节拍器，是针对跟上音乐节拍这一要求，依托于接拍控制技术而建立起来的，和音乐接拍的现状相比，它具有便于携带、精致小巧的优点。本文所要介绍的电子音乐节拍器，是由频率信号发生电路、扬声电路、循环计数电路、发光电路组成的。本设计实现的功能要求是在音乐产生时，根据不同的音乐频率，通过频率来控制扬声器，使之产生相应的音乐节拍，同时将频率通入循环计数器，通过循环计数器来控制发光二极管，使之根据频率发出相应的灯光效果。本课题内容属于硬件电路的设计与应用方面，实现过程包括总体方案的提出比较及选择、电路原理设计、元器件(芯片)选择、元器件(芯片)参数计算。2总体方案设计2.1方案比较方案一：本方案是利用模拟方式实现脉冲信号控制扬声器发声与发光二极管的闪烁。振荡电路产生脉冲信号后经整形电路对脉冲进行整形，而后通过脉冲控制电路来控制高电平的输入，再输入扬声器是指发声。同时将信号输入循环计数电路，通过该电路来控制指示灯的闪烁。系统组成框图如图2.1所示。脉冲发生脉冲发生脉冲波形整形脉冲发生器扬声器循环计数指示灯脉冲波形整形脉冲控制图2.1电子节拍器脉冲整形系统总体框图方案二：本方案使用的是由555定时器构成的多谐振荡器，当节拍脉冲振荡部分产生的高低电平信号输入到多谐振荡器中时，多谐和振荡器就会输出不同的脉冲信号，然后将信号进行滤波，当两个高平信号进入时允许通过，然后驱动扬声器发出与频率相对应的声音。同时将过滤后的电信号通入循环计数器，有循环计数器来控制发光二极管使之发出与频率相对应的光。系统总体构成包括频率产生部分、滤波部分、发声部分、循环技术部分、发光部分与电源部分。系统组成框图如图2.2所示。多谐振荡多谐振荡脉冲控制多谐振荡指示灯循环计数扬声器图2.2电子节拍器多谐振荡系统组成框图2.2方案论证方案一：该系统是利用RC振荡电路和整流二极管组成节拍脉冲振荡部分。振荡部分产生的脉冲信号通过由施密特触发器构成的脉冲波形整形电路得到较为完整的脉冲信号，然后将两个脉冲信号经与非门进行脉冲控制后，得到高平脉冲信号，用该信号驱动扬声器使之发出与频率高低相关的声音。同时将信号通入循环计数部分，通过循环计数来输出脉冲，以驱动指示灯根据不同的频率来实现灯的闪烁效果。演奏人员可以通过改变节拍脉冲振荡器中的电位器的触头位置就可以改变振荡器产生的信号频率，输出不同类型的信号频率，使其使用的范围相对较广。其中的LED指示灯会在循环计数器的控制下不断的闪烁。使用该种系统的设计，通过脉冲波形整形这一步，可使两列波之间不会产生时间差，不会因为波之间的不同时间问题而导致灯关不按顺序的闪烁，从而给人带来不好的视觉效果。方案二：本方案是使用555定时器组成的多谐振荡器来产生脉冲信号，通过脉冲控制并滤波后以驱动扬声器根据频率而发出不同节奏的声音，同时输入循环计数部分，以控制发光二极管的闪烁，造成LED随频率闪烁的波形视觉效果，观赏性比较好。演奏人员可以根据不同的需要改变电位器的接触点，以达到输出不同类型的频率信号。在此方案中，节拍频率利于控制和计算，此方案结构简单，适用性比较强。2.3方案选择上述两个方案最大的区别就是，方案一采用了脉冲波形整形电路，而方案二则没有用该部分对脉冲波形进行整形。由于方案二中，线路结构简单，NE555应用范围广，便于调节和使用。由于本次设计的电子节拍器是用于简单大众场所的，因此不论从维护还是调节上都应该达到最好最便利的结果。基于上述比较，最后选择方案二。3.单元模块电路设计3.1脉冲信号产生部分脉冲信号产生电路部分包括振荡集信号电路设计电路、脉冲波形整形电路和脉冲控制电路三大部分。脉冲信号产生部分的基本思想是：由振荡集信号电路产生出脉冲波形，经施密特触发器进行波形整形，然后经由滤波器进行滤波得到所需脉冲信号。3.1.1振荡电路设计振荡集信号电路是由RC振荡电路和整流二极管元件所组成，其电路图如图3.1所示。图3.1振荡电路图振荡电路工作时，由两个NE555构成的多谐震荡器共同产生振荡脉冲，通过电位器的触头位置可改变振荡器产生的信号频率。采用NE555构成的多谐震荡器振荡电路，适用于低频振荡，一般用于产生1Hz~10MHz的低频信号。因为对于NE555构成的多谐震荡器来说，增大电阻R即可降低振荡频率，而增大电阻是无需增加成本的。NE555构成的多谐震荡器，具有电路简单，经济方便等优点，选频作用一般，振幅较稳定，频率调节方便，一般用于频率固定、稳定性要求一般的场合。其振荡频率是fo=1/0.7RC\图3.2脉冲波形发生电路（如图）其外部元件的稳定性决定震荡电路稳定性，具有较高的精度的震荡频率和具有较强的功率输出能力，这种形式的多谐震荡器应用很广。由555定时器和外接元件R,C构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，只有两个暂稳态，不需要外加触发信号。采用双联可调电位器或双联可调电容器即可方便地调节振荡频率。在常用的RC振荡电路中，一般采用切换高稳定度的电容来进行频段的转换（频率粗调），再采用双联可变电位器进行频率的细调。3.1.2脉冲波形整形电路节拍选择有与非门进行选择图3.3脉冲波形整形电路3.1.3脉冲控制电路脉冲控制电路是由与非门来实现脉冲信号的控制，其电路图如图3.4所示图3.4脉冲控制电路正逻辑与非门是“全高为低，见低为高”。以二入端的与非门为例，一端接高有效的脉冲信号，另一端接控制信号。只有控制信号端为高电平时，脉冲信号才能通过。这就是与非门对脉冲的控制作用。3.1.4脉冲信号产生部分总电路综合上面三部分的设计，脉冲信号产生部分总电路图如图3.5所示。图3.5脉冲信号产生部分总电路图3.2脉冲信号作用部分脉冲信号作用部分电路包括扬声电路、循环计数部分电路、指示灯部分电路和电源电路四大部分。脉冲信号作用部分电路的基本思想是：通过与非门控制后的脉冲信号通过滤波输入扬声器，使之发出与频率相对应的声音，同时将脉冲信号输入循环技术部分电路，通过循环计数器的控制后输出电平到发光二极管，驱动二极管的发光，根据不同的频率使二极管出现不同频率的闪烁。3.2.1扬声电路的设计扬声电路是由扬声器与电阻和三极管组成，其电路图如图3.6所示。图3.6接收输出声音电路扬声器的工作原理是：永磁体通过轭铁在磁路的环形气隙中产生一个磁场，和扬声器纸盆相连的音圈插入环形气隙中，永磁体被外部的轭铁所包围，从而可以免遭外界杂散磁场的干扰，反过来也可以减小永磁体磁场对外界的影响，当声音以电流的形式通过磁场时线圈便会因电流强弱的变化产生不同频率的震动，进而带动纸盆发出不同频率和强弱的声音。通过扬声器把输入的脉冲信号转换成声音输出，根据不同频率的脉冲信号，扬声器发生的频率也会不同，这样就实现了节拍器的作用，根据不同的频率产生出与之相对应的声音。3.2.2循环计数器电路的设计循环计数器电路是由CD4017及其外围电路组成的，其电路图如图3.7所示。图3.7CD4017引脚图CD4017引脚功能：

CD4017内部是除10的计数器及二进制对10进制译码电路。CD4017有16支脚，除电源脚VDD及VSS为电源接脚，输入电压范围为3–15V之外，其余接脚为：

A、频率输入脚：CLOCK(Pin14)，为频率信号的输入脚。

B、数据输出脚：

a、Q1-Q9(Pin3，2，4，7，10，1，5，6，9，11)，为*后的时进制输出接脚，被计数到的值，其输出为Hi，其余为Lo电位。

b、CARRYOUT（Pin12），进位脚，当4017计数10个脉冲之后，CARRYOUT将输出一个脉波，代表产生进位，共串级计数器使用。

D、控制脚：

a、CLEAR(Pin15)：清除脚或称复位(Reset)脚，当此脚为Hi时，会使CD4017的Q0为”1”，其余Q1-Q9为”0”。

b、CLOCKENABLE(Pin13)，时序允许脚，当此脚为低电位，CLOCK输入脉波在正缘时，会使CD4017计数，并改变Q1-Q9的输出状态。CD4017的时序图如图3.8所示。图3.8CD4017的时序图CD4017真值表，如图3.9所示：图3.7图3.9CD4107真值表3.2.3指示灯部分电路设计指示灯部分电路是由发光二极管及其外围电路组成，其电路图如图3.10所示。图3.10指示灯部分电路设计指示灯部分的任务是当CD4017的管脚输出高电平时，发光二极管发光，因为CD4017的管脚不是同时输出高电平，因此发光二极管也不是同时发光，从而达到闪烁效果，根据频率的不同闪烁的速度也随之发生相应的改变。3.2.4电源电路设计电源部分电路是由电容、二极管、三端稳压芯片以及起外围电路组成，电源部分电路如图3.11所示。图3.11电源部分电路设计电源电路的作用是把输入的电压变成适合各种元器件的低压电，达到给元器件供电，使其正常工作的作用。3.2.5脉冲信号作用部分总电路综合上面四部分的设计，脉冲信号作用部分总电路如图3.12所示。图3.12脉冲信号作用部分总电路4.系统调试4.1脉冲信号产生部分因为本部分电路比较简单，因此，整个装置只要元器件良好，且焊接无误，一般不用任何调试即可正常工作。4.2脉冲信号作用部分连接无误后，可分级调试。首先测量扬声器是否正常，如正常，可在LS1的正电位端施加一个正向脉冲，此时扬声器应发出响亮的“滴滴、滴”声。然后对CD4017输入脉冲，如果发光二极管开始依次发光，即算CD4017与发光二极管合格。输入脉冲后，扬声器发出响亮的“滴滴、滴”声，且发光二极管连续依次闪烁，则说明，电路均能正常工作。5.系统功能、指标参数5.1系统功能本设计是由演奏人员操纵的脉冲信号产生装置及自动的脉冲信号作用装置所组成的。当演奏人员需要改变振荡器产生的频率时，只需改变节拍脉冲振荡器中的电位器RP1的触头位置，振荡器的产生的脉冲频率就会发生相应的改变，从而达到改变音乐节拍与灯光闪烁效果的目的。5.2指标参数分析=1\*GB2⑴．CD4017计数器工用电压3-15V，工作温度范围-65℃~+150℃=2\*GB2⑵．施密特触发器，工作电压3-15V，工作温度范围−55℃—+125℃=3\*GB2⑶．扬声器的频率特性，频率特性是衡量扬声器放音频带宽度的指标，高保真放音系统要求扬声器系统应能重放20HZ-2000HZ的人耳可听音域高保真放音系统要求扬声器在放音频率范围内频率特性不平坦度小于10dB。=4\*GB2⑷．与非门，TTL与非门有＋5伏的直流电源，这个直流电源供给的电流就是电源电流ICC，它的大小反映与非门消耗电功率的大小，输出低电平电压时（与非门导通）的电源电流ICCL与输出高电平电压时（与非门截止）的电源电流ICCH不相等，ICCL＞ICCH，目前我国各系列TTL门的ICCL值相差很多，低功耗的可小于0．3毫安，高功耗的可达4毫安左右=5\*GB2⑸．发光二极管作为指示灯，采用具有耀眼效果的红色φ3mm发光二极管。=6\*GB2⑹.其他原件无特殊要求，可参照附录中的总电路图所示数值选用。6设计总结在本次设计过程中遇到了不少问题，在胡兵老师的指导帮助下才顺利的完成了本次课程设计，在此表示衷心的感谢。本次课程设计是对所学的模拟电子技术基础和数