简易电子琴(NE555,LM386)

1、课程设计说明书课程设计名称： 模拟电路课程设计 课程设计题目： 简易电子琴 模拟电路 课程设计任务书题目简易电子琴内容及要求 产生e调8个音阶的振荡频率，分别由1、2、3、4、5、6、7、0号数字键控制； 其频率分别为：1：261.6、2：293.6、3：329.6、4：349.2、5：392.0、6：440.0、7：439.9、0：523； 利用集成功放放大该信号，驱动扬声器； 设计一声调调节电路，改变生成声音的频率。进度安排第7周：查阅资料，学习仿真软件，确定方案，完成原理图设计及仿真；第8周：领元器件、仪器设备，制作、焊接、调试电路，完成系统的设计；第9周：检查设计结果、撰写课设报告。摘

2、要音乐在人类社会扮演着重要的角色，传统的乐器学习难度大且价格高昂，而一些简易的电子乐器价格相对便宜，能满足一般爱好者需求。故研制电子乐器具有一定社会意义。本次课程设计中，采用NE555和LM386功率放大器来完成设计要求。利用555定时器构成多谐振荡器，通过8个按键控制不同的RC组合使其产生不同频率八个基本音阶的脉冲信号波，通过LM386功率放大器驱动扬声器，即可发出八个音阶的音乐。关键词：简易电子琴、NE555、LM386、8个音阶目录 第一章 系统组成1 1.1系统框图1 1.2系统介绍1 第二章 各模块设计2 2.1按键开关模块2 2.2振荡器模块2 2.3扬声器模块3 第三章仿真图及分

3、析4 3.1仿真波形图4 3.2仿真结果分析7 第四章 设计结果分析8 第五章 实验小结9 参考文献10 附录A 元件清单11 附录B 焊接实物图12第一章 系统组成1.1系统框图按键开关音响模块振荡器模块图1.1系统框图采用555集成定时器组成简易电子琴，整个电路由振荡器、LM386功放器、扬声器和按键开关等部分组成。主振荡器是由555定时器，八个按键开关，外接电容C1、C2，外接电阻R8以及R1-R7（用8个可调电阻调成所需电阻元件）等元件组成。1.2系统介绍直流信号经振荡器模块后转变成频率不同的矩形波信号，通过一个4.7uF耦合电容滤除直流分量后，再接LM386放大驱动扬声器发声。按原理

4、图接线后分别按下不同按键即可令喇叭发出不同频率的声音，从而模拟出电子琴的工作。第二章 各模块设计2.1按键开关模块图2.1 按键开关模块按键开关模块兼顾电源开关和改变振荡器RC组合中的电阻的作用。即按下不同的开关都将接通电源，同时接入不同的电阻阻值使振荡器模块产生频率不同的信号。2.2 振荡器模块设计由555定时器组成的多谐振荡器及其工作波形如图2.1.1所示，其中R1、R2和电容C为外接元件。图2.2 555工作图其实质是将输入的直流信号转换成矩形波信号输出。充电时间 放电时间 矩形波的振荡周期T=+0.7(R1+2R2)C因此改变、和电容C的值，便可改变矩形波的周期和频率。图2.3 振荡器

5、模块图2.1.2所示是整个电路设计的关键，由一个555芯片和几个电容以及电阻组成多谐振荡器，经过可调电阻输出设计所需对应的频率。2.2.1电阻参数计算矩形波的振荡周期T=+0.7(R1+2R2)C式中R2为对应总图中R9(50 K)，R1对应总图中R1R7 ,C为20nF计算得到可调电阻的阻值分别为：148.22K、121.16K、97.01K、85.95K、65.65K、47.57K、31.47K、24.15K2.3扬声器模块设计由一个LM386芯片和一个喇叭组成该模块，LM386将振荡器模块产生的矩形波信号放大后驱动喇叭发出声音。 LM386是一种低电压通用型音频集成功率放大器，广泛应用于

6、收音机、对讲机和信号发生器中LM386有两个信号输入端，脚为反相输入端，脚为同相输入端；每个输入端的输入阻抗均为50k，而且输入端对地的直流电位接近于零，即使输入端对地短路，输出端直流电平也不会产生大的偏离LM386主要性能指标。LM386的电源电压范围为518v。当电源电压为6V时，静态工作电流为4mA。当Vcc=16V，RL=32时输出功率为1W。、脚开路时带宽300kHZ，总谐波失真为0.2%,输入阻抗为50K。模块设计如下图2.2所示：图2.4 扬声器模块第三章仿真图及分析3.1仿真波形图本实验用 Multisim对555部分进行仿真如下图3.1所示：图3.1 仿真原理图未闭合开关时，

7、输出为直流信号,如下图3.2所示：图3.2 未闭合开关波形图依次闭合开关J1J7和J0后，示波器显示的波形如下各图所示：图3.3 闭合开关J1波形图图3.4 闭合开关J2波形图图3.5 闭合开关J3波形图图3.6 闭合开关J4波形图图3.7 闭合开关J5波形图图3.8 闭合开关J6波形图图3.9 闭合开关J7波形图图3.10 闭合开关J0波形图3.2仿真结果分析从以上各开关闭合的波形图可以看出，从开关17和0，波形依次变窄。对比JI和J0的波形，可以看出其变化非常明显。说明在电路中，各接入电阻对应的频率在依次变大，对应扬声器所发出的音调也就越高。第四章、设计结果分析电子琴实际发出的声音虽然有一

8、定的杂音在里面，但是依然能清晰的分辨8个不同的音阶，实践证明555芯片的输出端引脚3和386芯片的输入引脚3之间加4.7uF的耦合电容能使其发出的声响变清晰，这是因为直流供电源经过555芯片后产生的矩形波中仍然带有微弱的直流分量，而电容耦合能有效的滤除直流分量。引起音阶的杂音有多种因素，在焊接的实物图中芯片外围的电容较多，且距离较近，接上电源后这势必会对芯片的工作产生影响，这个干扰是难以去除的，只能把芯片安放在较空旷的地方。设计总图中的旁路电容虽然能进一步提升音质，减少杂音，但是不如上述两芯片之间的耦合电容的干扰作用。加上旁路电容后能感觉到声音稍许变小，这或许是相对于芯片引脚悬空，加电容接地后

9、使部分信号能量损失所致。图4.1 设计总图第五章 实验结论扬声器发声时，会有一定的杂音，但由于LM386的放大作用，电子琴发出的声音较大，能清晰地分辨8各不同的音阶，没有过度失真的现象。555和386芯片工作正常，无过度发热现象，总体来说，设计比较成功。在高科技不断创新的时代，电子琴的功能在不断扩展。但是电子乐器产生的声音难以达到无损的品质，所以未来的电子琴必定朝着更小的失真，更纯真的音调迈进。音乐是人类社会不可缺少的部分，研发电子乐器必定是永无止境的。参考文献 1华成英模拟电子技术基本教程M北京：清华大学出版社，2006 2阎石数字电子技术基础（第五版）M北京：高等教育出版社，2006 3杜树春集成运算放大器应用经典实例M北京：电子工业出版社，2015 4陈有卿.实用555时基电路300例M北京：中国电力出版社，20055LM386经典电路EB中国电子网6张新喜.multisim10电路仿真及应用M北京：机械工业出版社，2010附录A 元件清单芯片