电子节拍器最终版

1、电子课程设计报告 题目名称： 电子节拍器 姓 名：夏青专 业：电子信息工程班级学号：同 组 人：吴志胜指导教师：李翔文 南昌航空大学科技学院2011年 月 日 摘要电子节拍器，英文名：digital metronome，是一种能在各种速度中发出一种稳定节拍的电动或电子装置，作为一种节奏性乐器使用.随着科技的进步由现代半导体和集成电路组成的节拍器小巧灵便，具有应用范围广、节拍可调、声音悦耳、成本低、容易自制、调试简单等优点。本次课题设计的目的是：设计一个电子节拍器的逻辑电路，要求该节拍器具有声光显示功能：设有2/4，3/4，4/4三档节拍转换开关，音响有强弱之分，节拍速度连续可调。该逻辑电路是用

2、555做一个音频振荡器产生信号传至CD4017，后连接发光二极管、二极管以及电阻，其中电阻的阻值不同，由二极管控制电阻接入。555产生的信号给CD4017做时钟，CD4017输出用电容耦合到前一个555的控制端4端，这个电容大小要使555产生短时振荡，也就是“嗒”的一声。CD4017输出在2、3、4各接一个开关，选择2/4、3/4、4/4的转换到CD4017复位端，同时对前555的电阻接入控制。使在2、3、4拍时555频率发生变化，产生“啪”的声音。关键字:脉冲信号、节拍、CD4017 目录第一章 设计内容及要求 4第二章 系统的组成及工作原理 5 2.1系统的组成 5 2.2工作原理 5 第

3、三章 电路方案设计6 3.1方案一6 3.2方案二9 3.3方案比较11 第四章 实验调试及测试结果与分析12 结论13 参考文献14 附录一15 附录二16 前言随着社会的发展科学技术在生产实践领域中发挥着日趋重要的作用。尤其是二战以后,科学技术的突飞猛进为社会的加速发展注入了强劲的动力.随着科学技术在世界范围内的快速发展,科学技术在社会发展中的作用日益明显。作为二十一世纪的大学生，要坚持代表先进社会生产力的发展要求，不仅要熟练的掌握科技理论知识而且要巧妙的将理论与实践结合起来应用于现实生活中。电子课程设计是一个很好的锻炼平台。本次课程设计主要的目的是设计一个电子节拍器的电路图，以此检验学生

4、的理论结合实际的能力以及分析和处理问题的能力，是锻炼自学能力的一个重要的教学环节。通过这样的教学方式，是对学生的理论及实践水平的一次较为全面的检查，同时也增强了学生各方面的能力，使学生对电子的理解不再是停留在纸上谈兵，而是真正的从用途、实际需要、客观理解的方面更好的体会电子学。电子节拍器广泛应用在电子琴、钢琴、临床心电图等各个领域中。电子节拍器的性能越来越优越，如稳定的等值性，足够的速度范围，速度可变，调节方便、准确。 第一章 设计内容及要求【基本要求】要求本节拍器具有声光显示功能：设有2/4，3/4，4/4三档节拍转换开关，音响有强弱之分。节拍速度连续可调。【主要参考元器件】 555，CD4

5、017，8050，LM386 第二章 系统的组成及工作原理2.1系统的组成本设计电路主要由四部分组成，分别是：脉冲产生电路、节拍信号产生电路、灯光显示电路和发声电路。节拍信号产生电路：以脉冲信号作为输入信号产生节拍信号。灯光显示电路：灯光使用节拍信号控制。发声电路：利用功率较大的放大电路来驱动发生器，继而通过蜂鸣器产声音。 设计参考原理框图如图2-1所示：图2-1 系统组成框图首先由振荡电路产生一系列的脉冲信号，传至脉冲信号接收电路，通过节拍信号产生电路，使其能够产生不同的节拍，信号放大后，再将这些转换的脉冲信号传至蜂鸣器，使其能够发出不同速度的节拍来，同时连接四个发光二极管，以达到声光同步的

6、效果。 第三章 电路方案设计3.1 方案一系统方案1电路图如图3-1所示： 图3-1 系统方案1非门IC2A 、IC2B 、RPl、C3 等组成多谐振荡器作为速度发生器。其振荡频率主要由 RPl、R3、C3 决定，调节RP1可以使拍子在每分钟3O至240次的范围内变化。速度发生器的输出脉冲传至ICl的时钟输入端CLK 作为时钟信号。经IC2C 反相后传至C4、R4组成的微分电路输出负向尖脉冲，并由IC2D 整形反相输出脉宽约O.1秒的脉冲信号作为音调发生器的门控信号，同时经IC2E反相后由发光二极管VD2 作节拍的发光指示。速度发生器电路图如图3-2所示： 图3-2速度发生器电路图 音频发生器

7、包括高音和低音两部分，由IC3A 、IC3B、R7、C5 等组成高音发声器输出频率约为l000Hz 。由IC3C、IC3D 、R9、C6等组成低音发声器、输出频率约为500Hz。两个音调发生器还受来自节拍控制器脉冲信号的控制，使它们交替工作输出所需的节拍，压电片B作为节拍信号的输出端。音频发生器电路如图3-3所示： 图3-3音频发生器电路图节拍控制器由VD1、ICl、S2、C2、R1等组成。节拍控制器电路如图3-4所示。以34拍为例说明电路的工作原理：以Q0输出作为重音控制。在复位状态Q0输出高电平，与门IC3B 打开、高音发生器在IC2D 输出的闸门信号控制下发出一声重音；而此时Q0输出的高

8、电平被IC2F 反相后输出低电平使与门IC3D 关闭， 低音发声器不工作。CLK 端输入第一个脉冲后QO输出低电平， 这时与门IC3B关闭、IC3D 打开， 高音发声器不工作、低音发声器发出一声弱音， 同样当输入第二个脉冲后也只有低音发声器工作发出一声弱音。输入第四个脉冲后Q3输出高电平、通过VDl又使IC1的RST 端为高电平，ICl迅速进入复位状态。如此周而复始，便可发出一强两弱的节拍声。24、44 拍的工作原理可以此类推。 图3-4节拍控制器电路图3.2 方案二系统方案2电路图如图3-5所示： 图3-5 系统方案2电路图电路通过555自激振荡产生频率范围为570Hz-2800Hz的方波,

9、调节滑动变阻器可以使拍子在每分钟34至170次的范围内变化。脉冲产生电路电路如图3-6所示。 图3-6 脉冲产生电路图节拍控制器由CD4017、C4、R11等组成，其中C4、R11组成开机复位电路，脉冲分配器为CD4Ol7, 复位状态下QO输出高电平，在CP0端输入第一个脉冲后Ql输出高电平，输入第二个脉冲后Q2输出高电平。当第十个脉冲输入后电路又恢复到初始状态。如果把某个输出端接到复位端MR， 则当该输出端为高电平时电路即提前进入复位状态，不同的节拍输出正是利用这一特点通过开关接在不同的输出端上形成的。节拍控制电路电路如图3-7所示： 图3-7 节拍控制电路声音控制电路电路如图3-8所示，当

10、Q0、Q2、Q4、Q6其中一路输出高电平时，通过与其相连接的发光二极管再过R3连接到地从而同步发光显示，另外通过二极管与电阻相连，由于R7=100与其他R4=R5=R6=51K不相同，所以当Q0输出高电平时，声音控制信号输出的电流将大一些，发出重音，区别于其他低音信号。声音控制信号输出以后通过三级管放大电路对其进行放大，再输出到蜂鸣器进行发声。 图3-8声音控制电路3.3 方案比较通过仿真软件Multisim进行仿真知，方案一和方案二均可行，都能显示声光，音响有强有弱，可转换节拍且节拍速度连续可调。方案一的特点是：电路比较复杂，使用多个与非门及其他芯片，实际连电路比较繁琐，过程中使用的导线比较

11、多。最重要的是该电路蜂鸣器发出的声音较小，效果不佳。方案二的特点是：电路比较稳定，各部分功能比较明朗化，使用的元器件比较少，效果相对较好。综上考虑采用方案二。第四章 实验调试及测试结果与分析4.1 调试（1）设计完电路领到元器件后，开始准备连接电路。由于本次课程设计是两个同学一组，为确保两位同学都动手操作，作者与同组同学分工一人连接一半的电路，各自检查无明显错误后再将两部分电路连接起来 。为了在连线时不发生故障，作者与同组人遵循了以下原则：在接线之前断开所有的电源，检查所需芯片和导线是否完好，参照电路图，先把芯片插座在电路板上进行布局，然后合理、有序的连接电路。（2）连接完电路后，接通电源，发

12、现节拍的速度非常快以至现象不明显以及蜂鸣器发出的声音太弱。作者先检查了电路的连线以确保接触良好，结果无明显变化。接着调节滑动变阻器，慢慢调大电阻的阻值发现节拍的速度逐渐慢下来，此时现象比较清晰。由此同时也可以得出振动频率与电阻成反比。然后作者更换了靠近二极管的电容的大小，将小电容换成了较大的电容，此时听见了蜂鸣器发出的清晰的声音。4.2 测试结果与分析（1）将开关拨到2/4拍，接通电源开关，蜂鸣器发出“强 弱 强 弱”的节奏声，发光二极管D4和D3也随着节拍声交替发光,发出强音时D4亮，发出弱音时D3亮。分析：“强 弱 强 弱”的节奏声正是2/4拍的节奏，说明电子节拍器正常工作。（2）将开关拨

13、到3/4拍，蜂鸣器发出“强 弱 弱 强 弱 弱”的节奏声，发光二极管D4、D3和D2也随着节拍声交替发光，发出强音时D4亮，发出第一声弱音时D3亮，发出第二声弱音时D2亮。分析：“强 弱 弱 强 弱 弱”的节奏声正是3/4拍的节奏，说明电子节拍器正常工作。（3）将开关拨到4/4拍，蜂鸣器发出“强 弱 弱 弱 强 弱 弱 弱”的节奏声，发光二极管D4、D3、D2和D1也随着节拍声交替发光，发出强音时D4亮，发出第一声弱音时D3亮，发出第二声弱音时D2亮, 发出第三声弱音时D1亮。分析：“强 弱 弱 弱 强 弱 弱 弱”的节奏声正是4/4拍的节奏，说明电子节拍器正常工作。（4）调节滑动变阻器可以改

14、变节拍声节奏的快慢和发光二极管闪烁节奏的快慢，所以判定制作的电子节拍器的节拍速度连续可调。以上测试结果表明该设计电路符合设计要求。结论数字逻辑是一门理论性和实践性都很强的基础课程，也是一门综合性的技术型基础学科，它融合了数学、物理学、电子学等方面的知识。不仅需要熟练的掌握理论知识更需要较强的分析能力。绝大部分的理论知识只有通过实际实践加以应用才能加深理解并真正掌握。实验就是使学生加深理解所学基础知识，掌握各类元器件的使用方法及操作环境，熟识电路的工作原理。不仅增强同学的理解和分析应用能力，同时可以通过基本实验技能的训练与分析能力的训练增强实际动手操作能力，使同学具有独立分析与完成项目的能力，对

15、各门知识得到融会贯通的认识和掌握，加深对理论知识的理解。必须坚持理论联系实际的思想，以实践证实理论，从实践中加深对理论知识的理解和掌握。实验是我们快速认识和掌握理论知识的一条重要途径。本次课程设计其目的是：设计一个电子节拍器的逻辑电路，要求该节拍器具有声光显示功能：设有2/4，3/4，4/4三档节拍转换开关，音响有强弱之分，节拍速度连续可调。经过综合分析与实践，方案二的逻辑电路符合设计要求并且实验效果比较理想。尽管在调试时出现了一些小故障但最终圆满解决。此次课程设计不仅培养了学生的分析和解决实际问题的能力，还加强了动手能力。于此同时增强了同学的团队合作精神，对以后踏入社会奠定了一定的基础。参考文献1 王毓银.数字电路逻辑设计（脉冲与数字电路 第三版）.高等教育出版社.19992 康华光.电子技术基础 模拟部分（第四版）.高等教育出版社.19873吴汉清.实用制作电子节拍器.电子制作2003年第10期4曹汉房.数字电路与逻辑设计基础.电