电子琴课程设计简报.docx

摘要电子琴是现代电子科技与音乐结合的产物，是一种新型的键盘乐器，它在音奏中已成为不可缺乏的一部分。本文重要简介运用555定期器制作简易电子琴的设计措施。该措施运用555定期器构成多谐振荡器，通过按键控制不一样的RC组合应用多谐振荡器产生不一样频率八个基本音阶时脉冲信号波，然后连到扬声器上，即可发出八音阶的音乐。在该设计中，运用了555定期器构成的多谐振荡器产生各音阶不一样频率的脉冲，不仅仅使其频率调整愈加以便，并且发出的声音稳定、饱满。关键词：简易电子琴，555定期器，多谐振荡器，八个基本音阶目录序言1第一章设计内容及规定21.l设计的基本原理21.2设计规定2第二章系统构成及工作原理32.1 系统构成32.1.1 按键模块32.1.2 音调发生模块321.3音响模块42.2 工作原理42.2.1 NE555多谐振荡器52.2.2 1.M386集成功率放大器7第三章方案比较83.1 方案一83.2 方案二93.3 方案三103.4 方案分析与比较11第四章参数计算、器件选择124.1 参数计算124.2 器件选择12第五章系统调试及测试成果分析145.1 系统调试185.2 硬件调试1925.3 测试成果与分析195.4 误差分析19试验小结及心得体20结论21参照文献22附录23附录二243-IX.X刖三伴随现代科学设计的发展，电子产品在人们的平常生活中占据着越来越多重要日勺地位。电子琴作为其中日勺一种经典代表，引领着许多孩子进入音乐的殿堂。因此，我们选择了简易电子琴这个题目来制作，由于它不仅能过提高实际动手能力，还与实际生活有着紧密日勺联络。模拟电子技术基本教程是一门实践性很强的课程，而本次课程设计根据的理论基础是模拟电子技术基本教程，其重要目的是通过本课程的培养，启发学生的发明性思维，深入探究书本知识。本课程设计是设计出一种电子产品，先焊接好，再进行检查。在电子课程设计的过程中，系统的概念十分重要，熟悉从系统的层次分析问题、处理问题的方式。基本措施除了试验课中规定掌握的功能测试、故障排除等多种一般措施以外、要尤其重视使用“电路拼装''曰勺措施。课程设计日勺一般环节如下：（1）、选择一种课题；（2）、查阅有关资料；（3）、进行可行论证；（4）、通过设计方案的比较，定出最优的设计方案；（5）、分解为多种模块；（6）、分别设计各个功能模块电路，并完毕调试；(7)、组装成完整的数字系统；(8)、编写设计、安装、调试汇报。1第一章设计原理及规定1.l设计的原理555定期器是一种中规模集成电路，外形为双列直插8脚构造，体积小，使用起来以便。只要在外部配上几种合适的阻容元件，就可以构成施密特触发器、单稳态触发器及多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。它在波形日勺产生与变换、测量与控制、定期电路、家用电器、电子玩具、电子乐器等方面有广泛的应用。由555定期器电路构成日勺多谐振荡器，它的振荡频率可以通过变化振荡电路中日勺RC原件的数值进行变化。根据这一原理，通过设定某些不一样的RC数值并通过控制电路，按照一定的速度依次将不一样的RC组件接入振荡电路，就可以使振荡电路按照设定的规定，有节奏的发射已设定的!音频信号与音乐。下图为电子琴总框图：图LI简易电子琴总框图1.2设计规定1）产生e调8个音阶的振荡频率，它分别由1、2、3、4、5、6、7、。号数字键控制。其频率分别为：1:261.6HZx2：293.6HZx3：329.6HZ、4：349.2HZ、5：392.0HZs6：440.0HZ、7：493.9HZ.0：523HZo2）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，变化滑动变阻器，生成不一样的频率声音2第二章系统构成及工作原理2.1 系统构成2.1.1 按键模块在电路板上安装八个按键开关，分别接入对应的电路中来控制输出频率。如图2.1.2 所示。图2.1.1示电路实现频率的控制，采用一种单刀单掷开关来替代按键开关，从左到右依次闭合开关，即可以获得所需的频率。2.1.3 音调发声模块图2.1.2所示是整个电路设计的关键，由一种555芯片和几种电容以及电阻构成多谐振荡器，通过可调电阻输出设计所需对应的频率。32.1.4 音响模块由一种LM386芯片和一种喇叭构成音响，LM386将系统产生的信号放大，通过喇叭发出声音。模块设计图如图2.1.3所示PlIOkRl8Q图2.1.3音响模块2.2 工作原理音乐产生原理及硬件设计由于一首音乐是由许多不一样的音阶构成日勺，而每个音阶对应着不一样的频率，例如本次试验所需频率如下：1：261.6HZ.2：293.6HZ、3：329.6HZs4：349.2HZs5：392.0HZ、6：440.0HZs7：493.9HZ、0：523HZo由此，我们就可以运用不一样的频率的组合，奏出不一样的音调，即可构成我们所想要的音乐了。工作原理图如图2.2所示图2.2简易电子琴的工作原理图2.2.1NE555多谐振荡器：NE555的内部构造可等效成23个晶体三极管、17个电阻、两个二极管，组成了比较器、RS触发器、等多组单元电路。尤其是由三只精度较高5k电阻构成了一种电阻分压器，为上、下比较器提供基准电压。NE555属于CMOS工艺制造。NE555引脚简介如图22L1：1地GND；2触发端；3OUT输出端；4复位R接低电平时及电路不工作，不用时应接高电平；5CO或VC为控制电压端。若此端外接电压，则可以变化内部两个比较器的、基准电压，当改端不用时，应将该端传入串入一只电容接地，以防引入干扰；6触发端；7D放电端。该端与放电管集电极相连，用作定期器式电容日勺放电；8VCC（或VDD）外接电源VCe双极性是基电路VCC日勺范围是4.516V,一般5V。5CCRD所示图2.2.1.2内部原理图图2.2.1.3555定期器构成的多谐振荡器电路及工作波形R构成的分压网络，产生VCC和VCC两个基准电压；两个电压比较器Cl、C2；一种由与非门Gl、G2构成的基本RS触器（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（低电平）。62.2.2LM386集成功率放大器：外形、管脚排列及内电路1.M386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；LM386引脚图如图2.221所示，它采用8脚双列直插式塑料封装。图2.2.2.1LM386引脚1.M386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50kC,并且输入端对地日勺直流电位靠近于零，虽然输入端对地短路，输出端直流电平也不会产生大日勺偏离。2.2.22LM386重要性能指标1.M386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VCe=I6V,RL=32Q时输出功率为1W。、脚开路时带宽30OkHZ,总谐波失真为0.2%,输入阻抗为50KC。本试验采用的是C调音阶，其音阶频率与对应电阻R8值，根据T=0.7(R9+R8)C可计算R8的值。7第三章方案比较用两个9013三极管来完毕此设计，该设计用两个9013构成多谐振荡器，用它来发出所要音频的频率，最终连接到扬声器构成基本电路。此方案虽然可行，不过扬声器的声音不大，效果不是很真实，因此不采用此方案。运用9013来产生对应音频频率电路如图3.1图3.1简易电子琴仿真电路(一)用两个9013三极管构成多谐振荡电路，所规定产生的频率是由VI、V2构成的多谐振荡电路决定，产生出的频率驱动扬声器发出声音。原理图中波及到了R1、R2、CkC2、Rw*o计算周期日勺公式为：T=0.639(Rl+Rw*)*Cl+(R2+Rw*)*C2,计算频率的公式为f=l0.639(Rl+Rw*)*Cl+(R2+Rw*)*C2o83.2 方案二重要是用两个555芯片和一种LM386芯片、一种扬声器以及若干个电阻电容来构成简易电子琴曲系统。此方案中第一种555芯片用来产生锯齿波形，然后通过第二个555芯片和其他电阻电容构成的施密特触发器将锯齿波形转变成放波波形，产生驱动扬声器的信号，再通过LM386将信号放大使扬声器发出声音。我们只要调整接入的电阻阻值就能得到对应音频的频率，从而到达所要的效果。不过这个方案要使用两个555芯片，在经济上不是很合理，因此不选择此方案。由两个555芯片以及其他元件构成的简易电子琴电路如图3.2：图3.2简易电子琴仿真电路（二）该方案是用两个555芯片构成。重要关键是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*产生不一样的音阶频率信号，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、O八个音频音阶所对应的频率，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。93.3 方案三重要用用一种555芯片和一种LM386集成功率放大器来实现此方案。通过555芯片产生振荡频率，发出信号。再由经LM386功放将信号放大，驱动扬声器发声。通过八个可调电阻来实现1、2、3、4、5、6、7、O八个不一样音频音阶，从而到达我们所要的效果。电子琴的详细工作原理图如图4.1所示。由一种555芯片以及其他元件构成的简易电子琴电路仿真图如图3.3：P="图3.3简易电子琴仿真电路（三）该方案重要用一种555芯片来产生振荡频率，调整可变电阻得到1、2、3、4、5、6、7、O所对应音频音阶的频率，再通过LM386集成功率放大器将信号放大，从而驱动扬声器发声。本图简朴时应用了示波器，由于仿真软件中未用扬声器，因此只能通过显示的）波形以及其显示的数据来计算出所产生的声音信号的频率，从而确定所发出的声音与否为1、2、3、4、5、6、7、。的声调。1034方案分析与比较方案一中用到的两个555芯片从经济角度来说不是很合理，并且电路也比较复杂，给背面的操作导致较大日勺困难，因此此方案不是很合理，因此不采纳该方案。方案二中电路虽然简朴，不过通过试验操作，得到的声音很小，得到的音阶不是很准，同步还不能很好的实现预期的效果，因此此方案不用。方案三的电路相对前两者则比较合理，选择的元器件也不是诸多，再加上电路比较简朴，因此在后续试验操作时不会导致很大的困难，更重要的是，它得到的音阶较准，声音较大，基本符合设计的规定，因此选用方案三。11第四章参数计算、器件选择4.1 参数计算通过计算得到可调电阻日勺阻值。逐一调整可变电阻的阻值，使每个阻值都对应所需日勺阻值后，电子琴发出所需要日勺声音，到达了设计日勺预期效果。计算周期的公式为：T=0.7(Rw+2R9)*C1,计算频率的I公式为：f=l0.7(Rw+2R9)*Clo通过计算可知：Rl=18.0631k(fl=261.6Hz);R2=16.1065kQ(f2=293.6Hz);R3=7.327k(f3=329.6Hz);R4=13.5234k(f4=349.2Hz);R5=12.0437k(f5=392.OHz);R6=10.737kQ(f6=440.0Hz);R7=4.876k(f7=493.9Hz);R8=76.7725k(f8=523Hz)o124.2 器件选择4.2.1 频率振荡电路重要以一种NE555芯片为主，电路如图4.2.1所示。阈值吊5 放电端Fl55ZJw位端 N输出端 发端 以图4.2.1NE555应用电路4.2.2 功率放大电路重要以LM386为主，如图图4.2.2LM386应用电路图中，脚所接容量为2OF0电容为去耦滤波电容。脚与脚所接电容、电阻是用于调整电路的闭环电压增益，电容取值为10F,电阻R在020kQ范围内取值；变化电阻值，可使集成功放的电压放大倍数在20200之间变化，R值越小，电压增益越大。当需要高增益时，可取R=OQ,只将一只10F电容接在脚与脚之间即可。输出端脚所接IoQ电阻和OlF电容构成阻抗校正网络，抵消负载中的感抗分量，防止电路自激，有时也可省去不用。13第五章系统调试及测试成果分析5.1系统调试（附：仿真软件波形图）1 .关闭开关1（实际操作即奏出力”音，波图形如5.1.1所示）图5.1.1关闭开关1后的波形2 .关闭开关1（实际操作即奏出“2”音，波图形如5.1.2所示）图5.1.2关闭开关2后的波形图143 .关闭开关3（实际操作即奏出“3”音，波图形如5.1.3所示）4.关闭开关4（实际操作即奏出“4”音，波图形如5.1.4所示）5.关闭开关5（实际操作即奏出“5”音，波图形如5.1.5所示）图5.1.5关闭开关5后的波形图6.关闭开关6（实际操作即奏出“6”音，波图形如5.1.6所示）图5.1.6关闭开关6后的波形图167.关闭开关7（实际操作即奏出“7”音，波图形如5.1.7所示）图5.1.7关闭开关7后的波形图8.关闭开关8（实际操作即奏出“i”音，波图形如5.1.8所示）r.时Iqiiifl-Ail)fi_B270.013msIZ(XX)VT2.可,.j-j保存Ext-TfWf图5.1.8关闭开关8后的波形图171.2 硬件调试电路安装完毕后，先认真检查接线与否对的，引脚与否虚焊，包括与否错线、少线、多线。线路连接错误一般是由于接线时看错引脚，或者改接时忘掉去掉本来的旧线导致的，试验查线往往不易发现。首先按照总电路图检查与否有引脚连接错误，连接短路，接着用万用表依次检测电路的焊接中与否有虚焊或者短路的状况。焊接时注意点，这种状况可以防止。检查完毕后，只需注意输入电压不要过高，12V即可，通过电阻日勺串并联，按下按钮开关后，有对应的声音发出。在实物焊接时，对电路板上各个元件的位置要布局合理，尽量使连线以便，且能保持电路板的整体美观。焊接过程中，要注意手工焊接的基本环节和注意事项，尤其注意焊接时间要合适，防止虚焊、假焊。对于原件的安装措施，在保持有电路板整体美观效果的前提下，可根据板面的大小和原件的详细尺寸合理安排。对于集成电路的焊接，最佳是先把底座焊接上去，在调试时再装上芯片，这样可以防止芯片在焊接时不被烧坏。对于电熔焊接，注意电解电容的极性。由于设计电路自身的缺陷，当按下按钮，基本可以发出1、2、3、4、5、6、7、O八个音阶，但效果不是很好，有沙沙日勺声音。测试成果与分析1.将开关焊接上去后，用万用表检查后发现按钮开关焊错，四个脚都焊接上去7,导致开关按钮按与不按，万用表都会在蜂鸣档发出蜂鸣声。处理措施：由于有8个按钮开关，要一种个的重新焊接很麻烦，因此选择将两排管脚中间的）铜板所镀的1铜用刀刮去某些，使得一种管脚与其对角或与对角管脚通在一排的管脚形成打通，使得开关按下去万用表蜂鸣，不按则相称于短路，从而起到开关作用。2 .将元器件焊接好后发现电路无法工作，经检查后发现连接电源的导线接错接在了仿真图中所示的Rl左端。处理措施：将导线接在了开关Kl上端。从而电路发出了声音。3 .将1中的导线位置调整好后然发现电路所发出的声音比较小，后来发现C4电容选47f太大，几乎听不到扬声器发出声。处理措施：把原件拆下重新焊接。在多次试验后将C4换成IOnf1后来发出响亮而清晰悦耳的声音。4 .4误差分析电容之间会互相影响，且由于扬声器质量并不是很好，实际扬声器发出的）声音还是有某些杂音，会导致发出的声音并非完美。19试验小结及心得体会通过对整个电路日勺检查后来，电路没有错误，接通电源，用数字万用表调整可变电阻，使电阻阻值为需要的对应的阻值，依次按下开关，扬声器发出1、2、3、4、5、6、7、O八个对应的音频音阶。由此可得到此方案是对日勺的，到达了设计所规定的效果。这个简易电子琴能实现某些简朴的曲子，可以用来当乐器使用。通过这次设计，我学到了不少东西。虽然只有一周的时间，我对电路故障的排查能力有了很大的提高，并且通过从总体电路的设计到焊接到调试出成品，极大地激发了我对所学课程的爱好，并且巩固了书本所学的知识。并且，在本次设计中，同步也发现自己的许多局限性之处。虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中人故意想不到的困惑，通过一番努力才得以处理，阐明我将书本知识转化为实践的水平还很微弱。在试验仿真调试的过程中偶有问题发生。并且明白了在后来日勺设计中要认认真真、仔仔细细，尽量减少虚焊，减少短路，及规范电路日勺搭接。虽然内容并不是很复杂，但我觉得设计的过程相称重要，学到了诸多，收获了诸多，课程设计反应的是一种从理论到实际应用的过程，不过更远一点可以联络到后来毕业从学校转到踏上社会的一种过程。我明白了要严格规定自己，精益求精，那样才能提高自己的操作能力，获得更大的进步。20参照文献1周惠湖，常用元件及经典应用，北京电子工业出版社，20232伍爱莲，电路与电子技术试验教程.华中科技大学出版社，2023。3陈传虎，刘海宽电子CAD实训教程，南京东南大学出版社，20234陈有卿，实用555时基电路300例.中国电力出版社，2023o5吴有宇，数字电子技术基础（第五版）.清华大学出版社.202321附录一工作原理图22附录二元件清单一数量芯片NE5551块芯片LM3861块电阻3K1个可调电阻1K8个电容33nfIOnf22f10f33nf10f各一个按钮开关无8个二端开关无1个扬声器81个电路板1块