电子琴模拟电路设计案例简析

摘要

伴随社会H勺发展进步，音乐已成为我们生活中很重要的一部分，电子琴则是

一种很常见的键盘乐器，是现代电子科技和音乐结合的产物。在各个领域饰演很

重要的角色，早已融入现代人们的平常生活中，成为不可替代H勺一部分。

简易电子琴重要是由8个按键控制，根据固定电阻口勺不一样，从而产生不一

样的振荡频率，并且将信号放大后由扬声器输出声音。

为了能得到频率不一样时波，波形产生部分首先使用了NE555芯片，从而得

到振荡的正弦波；将信号传给LM386进行功率放大，使扬声器发出对应的音阶。

分块调试测试电子琴，先是震荡电路的线路测试，再是功率放大电路口勺测试。

通过调试之后，焊接而成H勺作品能产生8个音调的不一样振荡频率的音阶。

关键词：NE555LM386频率电子琴

目录

第一章设计任务......................

L1设计规定.........................................

1.2设计目I狗.........................................

1.3总体思想构图....................................

第二章系统构成及工作原理.............

2.1NE555简介......................................

2.2逻辑符号........................................

2.3NE555内部原理图................................

2.4逻辑功能........................................

555定期器逻辑功能...............................

2.5LM386芯片简介.................................

2.5.1外形、管脚排列及内电路.................

2.5.2LM386重要性能指标.......................

2.6简易电子琴系统构成.............................

2.6.1按键模块..................................

音调发生模块...........................................

音响模块................................................

2.7简易电子琴的工作原理...................................

第三章模块定路设计与参数计算.........

3.1波形发生部分.....................................

3.2功率放大部分.....................................

第四章系统调试........................

4.1调试环节.......................................

4.2调试过程.......................................

4.3调试结论.......................................

参照文献...............................

附录...................................

附录一:元器件清单...................................

附录二电路仿真.....................................

附录三制作作品原图................................

（6）分别设计各个功能模块电路，并完毕调试;

（7）组装成完整日勺数字系统；

（8）编写设计、安装、调试汇报。

第一章设计任务

1.1设计规定

1.产生c调8个音阶H勺振荡频率，它分别由1、2、3、4、5、6、7、0号数

字键控制。其频率分别为：

1.261.62：293.63：329.64：349.25：392.06：440.07：493.90：

523。如表1.1

表1.1音阶频率对应图

音阶1234567i

频率（Hz）261.6293.7329.6349.2392.0440493.9523.3

2.运用集成功放放大该信号，驱动扬声器。

3.设计一声调调整电路变化生成声音的J频率。

L2设计目的

1.熟悉NE555利LM386等有关芯片的I内部构造和功能，合理运用其内部及其

功能，完毕对应H勺设计工作。

2.学会使用电路仿真软件如：Mutisinio

3.可以对电子电路、印刷电路板、电子元器件等某些有关与电子和焊接等方

面的知识有深入H勺认识，并独立对其进行测试与检查。

4.这次试验对焊接技术、排错调试、以及有关设备H勺使用等方面H勺得到了比

较全面的锻炼和提高。并深入巩固了在课堂上学习的理论知识。

L3总体思想构图

如图1.1,首先从输入按钮开关开始，然后通过频率发生器根据不一样值II勺固

定电阻产生不一样频率，然后通过功率放大器放大，最终由扬声器体现出来。

图1.1总体思想构图

【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构成，

1输入端：由八个按钮开关与各自H勺定值电阻串联在并联构成输入端

2频率产生端：根据定值电阻的不一样输入，由555产生不一样的信号频率

3扬声器端口：接受信号频率发出特定H勺频率

【设计方案一】

555定期器

本试验采用两个555集成定期器构成简易电子琴。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构成。

主振荡器由555定期器，8个琴键按钮S0~S7,外接电容Cl、C2,外接电

阻R以及R0~R7等元件构成，颤音振荡器由555定期器，电容C等元件构成，颤

音振荡器振荡频率较低为64Hz,若将其输出电压U连接到主振荡器555定期器

复位端4,则主振荡器输出端出现颤音。

按图接线后闭合不一样开关即可令喇叭发出不一样频率口勺声响，从而模拟出

电子琴时工作。

【设计方案二】

LM324振荡

电阻、电容等构成RC桥式正弦波振荡电路，选用8个电阻和电容构成RC

串并联选频网络,分别取不一样的电阻值（通过琴键开关接通RC串并联网络R勺8

对电阻）使振荡器产生八个音阶信号。通过运算放大电路的J放大最终，通过扬声

布^反tilzj\Ho

8个开关对应着电子琴8个音阶琴键，使用时闭合不一样的开关选择不一样

电阻的大小，再通过RC振荡电路，可以发出不一样的声音。

【设计方案三】

由两个555芯片以及其他元件构成的简易电了琴电路如图1.3：

图1.3简易电子琴仿真电路

该方案是用两个555芯片构成。更要关键是555芯片，前一种555芯片是用

来产生振荡信号，接入不一样阻值的电阻Rw*产生不一样H勺音阶频率信号，发

出锯齿波形。然后通过第二个555芯片，该555芯片接成施密特触发器，用来将

锯齿波形转变为方波波形，从而得到1、2、3、4、5、6、7、0八个音频音阶所

对应的I频率，再经LM386集成功率放大器将信号放大：驱动扬声器发出对应的

音频音阶。

最终选择方案：方案一

原因用555定期器比LM324以便简洁，并且在实际仿真过程中，LM324方案

未能成功，故为保险起见选择了555定期器，方案三中电路虽然简朴，不过通过

实践，得到叫声音很小，得到时吾阶不是很准，不能很好时实现预期时效果，因

此此方案也不用。方案一的电路相对两者比较合理，选择的I元器件也不多，由于

电路比较简朴，得到的音阶准，声音较大，符合设计口勺规定，因此选用的是此方

案。

第二章系统构成及工作原理

2.1NE555简介

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

还具有丰富H勺高次谐波，故称为多谐振荡器。多谐振荡器没有稳态，只有两个

暂稳态，在自身原因口勺作用下，电路就在两个暂稳态之间来回转换，故乂称它

为无稳态电路。

由555定期器构成H勺多谐振荡器如图2.1（a）所示，Ri,R2和C是外接定期

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Ri,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，不

大于（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RI,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u。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H勺状态称为第一暂稳态，其

维持时间TPH的长短与电容H勺充电时间有关o充电时间常数T充=（Ri+Rz）

Co

由于放电管VT导通，电容C通过电阻R2和放电管放电，电路进入第二暂

稳态.其维持时间TPL的长短与电容口勺放电时间有关，放电时间常数T放=1^2co

伴随C%'J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(1/3〜2/3)Vcc之间变化。图2.1(b)所示为工作波

根据的波形图可以确定振荡周期为T=7叫♦T„

7PH对应充电时间7PH=。-7(%+此)C

心对应放电时间7'九=0.7R2c

振荡周期丁=+小=0.7(%+2&)C(94.1)

振荡频率/=\/T

图2.1555定期器构成的多谐振荡器电路及工作波形

集成555定期器有双极性型和CMOS型两种产品。一般双极性型产品型号H勺最终

三位数都是555,CMOS型产品型号口勺最终四位数都是7555.它们口勺逻辑功能和外

部引线排列完全相似。器件电源电压推荐为4.5〜12V,最大输出电流200mA以

内，并能与TTL、CMOS逻辑电平相兼容。

2.2逻辑符号

555定期器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列分别如图2.2：

|aui

放阈控

电值制

Vcc端缝至

laiIT][T]Is]

|1LM555CM

GND型箜目

发出位

端端端

(b)

1O3

MX

27D

555

Q36XH

45ex

(c)

图2.2555定期器的J内部电路框图及逻辑符号和管脚

2.3NE555内部原理图

图2.3555定期器的J内部原理图

V”（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。

Vro：控制电压端。

Vo：输出端0

Dis：放电端。

Rd：复位端。

555定期器内含一种由三个阻值相似的电阻R构成的分压网络，产生丫久和回

Va：两个基准电压；两个电压比较器G、C2：一种由与非门Gi、G2构成的基本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）。

2.4逻辑功能

表2.1555定期器逻辑功能

RSTTHTROUT

0XX0

1>2/3VCC>1/3VCC0

1<2/3VCC>1/3VCC不变

1<2/3VCC<1/3VCC1

1>2/3VCC<1/3VCC1

在555定期器的Vcc端1/3和地之间加上电压,并让Vs悬空,则比较器CH、J

同相输入端接参照电压1/3V©比较器G反相输入端接参照电压2/3匕。，为了

学习以便，我们规定：

当TH端的电压＞1/3%时,写为\%=1,当TH端的电压＜2/3%时，写为%=0。

当TR端的电压＞2/3%时,写为VTR=1,当TR端的电压＜1/3%时,写为V*0。

①低触发:当输入电压加＜%2/3且匕。/3\%时，VUFO,V产0,比较器C?

输出为低电平，G输出为高电平，基本RS触发器I为输入端TH=O、TR=1,,经输

出反相缓冲器后，V°=LT截止。这时称555定期器“低触发”；

②保持：若&2＞1/3上且KK2/3VL,则31,%产0,基本RS触发器保持,

V。和T状态不变，这时称555定期器“保持”。

③高触发：若VQ2/3V©则V*l,比较器G输出为低电平，无论C输出

何种电平，基本RS触发器，经输出反相缓冲器后，Vo=0；T导通。这时称555

定期器“高触发”。

555定期器的“低触发”、“高触发”和“保持”三种基本状态和进入状

态的条件（即VTH、Vr曲“0”、“1”）必须牢牢掌握。

%为控制电压端，在端加入电压，可变化两比较器G、CB勺参照电压.

正常工作时，要在Vg和地之间接0.01nF（电容量标识为103）电容。放电管

3的输出端Dis为集电极开路输出。

原理图如图2.4

(a)5ss定时花构成多语柒偏X电弼

图2.4555定期器原理图

1C555构成自激多谐振荡器，在⑦脚与电源之间加入一组音调电阻R1〜R8,

即是一架玩具电子琴。未按琴键K1〜K5时，时基电路555不振荡，扬声器不发

声；按下某一琴键时，扬声器依555的振荡频率，发出对应H勺声响。

电阻R1〜R8口勺选择调整措施，是用一只60〜100k。的电位器，先接入电路,

从高音(或低音)开始，转动电位器，使扬声器发出一种起始的原则音阶，测出

电位器的阻值，并换上相似阻值的固定电阻，这样即可确定各音阶所需的电阻阻

值。

多谐振荡H勺频率：

f=1.43/((R+2R>)C)

这是个约等于,其中R指7管脚与电源之间的电阻,R'指7管脚与6管脚之

间的电阻，C是2管脚与地之间的电容。

试验中通过按键使R的阻值变化，从而变化振荡频率，扬声器就可与发出不

一样的声音，假如RH勺阻值获得好，扬声器就可以发出类似电/琴H勺声音了。

仿真图如图2.5

图2.5NE555振荡仿真电路图

2.5LM386芯片简介

2.5.1外形、管脚排列及内电路

LM386是一种低电压通用型音频集成功率放大器，广泛应用于收音机、对

讲机和信号发生器中；IN386H勺外形与管脚图如图2.2所示，它采用8脚双列

直插式塑料封装。

增

益

调去电愉

节耦源出

n

n

n

n

口口口口

增反同地

益相相

调怪输

入

H入

图

排列

b）管脚

a）外形图

脚

型与管

86外

6LM3

图2.

为电

4分别

6和

；引脚

出端

为输

脚5

端：引

输入

同相

，3为

入端

相输

2为反

引脚

电容,

接旁路

地之间

脚7和

在引

用时

；使

定端

益设

压增

为电

1和8

引脚

地；

源和

Fo

取lOp

一般

指标

要性能

386重

2LM

2.5.

流为

作电

态工

，静

6V时

压为

源电

当电

18v。

为5~

范围

电压

电源

-4的

LM386

总谐

kHz，

宽300

路时带

脚开