勇簡易電子琴設(shè)計.doc

明達(dá)職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)訓(xùn)(實(shí)踐)報告20102011學(xué)年度第一學(xué)期信息工程系電子信息工程技術(shù)專業(yè)班級 09電信（1）學(xué)號 43093126 課題名稱簡易電子琴設(shè)計與制作學(xué)生姓名魏 善 勇指導(dǎo)教師王 青 2011年6月 23 摘要 在剛剛進(jìn)入2009年的氣息下！到處都在處于經(jīng)濟(jì)危機(jī)的陰影下！但是這個電子行業(yè)覺感覺到了有一點(diǎn)復(fù)蘇的氣息！電子這個行業(yè)在各種高端技術(shù)方面已經(jīng)站穩(wěn)了它的腳跟，但還是有待提高。而在這個經(jīng)濟(jì)繁榮的社會上，高端技術(shù)已經(jīng)林林樹立！而作為鋼琴來說電子琴已經(jīng)比普通鋼琴更受消費(fèi)者喜歡和接受!特別是青少年,所以以后市場占有率肯定是空前的繁榮！就這個簡易電子琴它主要是由NE555定時器以及一些電阻、電容、開關(guān)、和LM386芯片串并聯(lián)組成!基本設(shè)計要求是由NE555產(chǎn)生頻率振蕩，主要采取不同的電阻來控制頻率、再由不同的頻率來控制不同的音質(zhì)?。≈谱鬟^程中發(fā)現(xiàn)了一些問題，通過共同的分析研究得到解決，此次的課程設(shè)計鞏固了前階段所學(xué)的理論知識，增強(qiáng)了動手實(shí)踐能力。關(guān)鍵字：NE555 LM386 頻率 簡易 電子琴 目錄前言1第一章 簡易電子琴概要設(shè)計2第二章 簡易電子琴的詳細(xì)設(shè)計2.1 設(shè)計方案一32.2 設(shè)計方案二32.3 設(shè)計方案選擇4第三章 簡易電子琴設(shè)計電路、參數(shù)計算與引腳圖3.1簡易電子琴控制電路5第四章 簡易電子琴的系統(tǒng)組成及器件工作原理 4.1 脈沖形成：有電阻及555形成的多諧振蕩器組成及工作原理6第五章 實(shí)驗(yàn)調(diào)試及測試結(jié)果分析8設(shè)計與體會結(jié)論9參考文獻(xiàn)10附錄一10電子專業(yè)課程設(shè)計任務(wù)書11 前言 隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品在人們的日常生活中占據(jù)著越來越重要的地位。電子琴作為其中的一個典型代表，引領(lǐng)著許多孩子進(jìn)入音樂的殿堂。因此，我們選擇了簡易電子琴這個題目來制作，因?yàn)樗粌H能夠提高我的實(shí)踐動手能力，還與實(shí)際生活有著緊密地聯(lián)系。 脈沖與數(shù)字電路是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，而此次課程設(shè)計依據(jù)的理論基礎(chǔ)是脈沖與數(shù)字電路的相關(guān)知識。其主要目的是通過本課程的培養(yǎng)，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，進(jìn)一步理解數(shù)字系統(tǒng)的概念，掌握小型數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計方法，掌握小型數(shù)字系統(tǒng)的組裝和調(diào)試技術(shù)，裝握查閱有關(guān)資料的技能。基本任務(wù)是設(shè)計一個小型數(shù)字電子系統(tǒng)，基本要求是組裝一個小型電子產(chǎn)品，一般要求焊接，檢驗(yàn)再檢驗(yàn)。在電子課程設(shè)計的過程中，系統(tǒng)的概念十分重要，熟悉從系統(tǒng)的層次分析問題、解決問題的方式?；痉椒ǔ藢?shí)驗(yàn)課中要求掌握的功能測試、故障排除等各種一般方法以外，要特別注重使用“電路拼裝”的方法。課程設(shè)計的一般步驟如下：（?。⑦x擇一個課題；（2）、查閱有關(guān)資料；（3）進(jìn)行可行性論證；（4）通過設(shè)計方案的比較，定出最優(yōu)的設(shè)計方案；（5）分解為多個模塊；（6）分別設(shè)計各個功能模塊電路，并完成調(diào)試；（7）組裝成完整的數(shù)字系統(tǒng)；（8）編寫設(shè)計、安裝、調(diào)試報告。第一章 簡易電子琴概要設(shè)計1.1 設(shè)計要求基本要求：產(chǎn)生e調(diào)8個音階的振蕩頻率，它分別由1、2、3、4、5、6、7、0號數(shù)字鍵控制。其頻率分別為： 1：261.6 2：293.6 3：329.6 4：349.2 5：392.0 6：440.0 7：439.9 0：523 1.2 主要元器件：LM386，555，喇叭，按鍵開關(guān)，電阻，電容，導(dǎo)線等。設(shè)計目的（1） 熟悉555和LM386等相關(guān)芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能，合理運(yùn)用其內(nèi)部及其功能，完成相應(yīng)的設(shè)計工作。（2） 能夠?qū)﹄娮与娐贰㈦娐钒?、電子元器件等一些相關(guān)與電子等方面的知識有進(jìn)一步的認(rèn)識，并獨(dú)立對其進(jìn)行測試與檢查。（3） 這次試驗(yàn)對排錯調(diào)試、以及相關(guān)設(shè)備的使用等方面的得到了比較全面的鍛煉和提高。并進(jìn)一步鞏固了在課堂上學(xué)習(xí)的理論知識！第二章 簡易電子琴的詳細(xì)設(shè)計2.1簡易電子琴設(shè)計方案一設(shè)計原理 如下圖所示555與電阻、電容等組成可控多諧振蕩器，振蕩頻率取決與Ra 、R16、C3的值公式如下 f=1.44/(Ra+R16)C3 式中 Ra是對應(yīng)圖中的R1- R8不同的組合值，這取決與開關(guān)K1-K8的通斷情況。在進(jìn)行音符調(diào)試時可用定位器對其進(jìn)行調(diào)試 并確定其每個音階所對應(yīng)的阻值。用電阻來控制頻率頻率來控制音階，用LM386對其音頻進(jìn)行功放使功率增大從而使其聲音發(fā)生增大。 2.2簡易電子琴設(shè)計方案二（一） 音樂產(chǎn)生原理及硬件設(shè)計 由于一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個音階對應(yīng)著不同的頻率，這樣我們就可以利用不同的頻率的組合，即可構(gòu)成我們所想要的音樂了，當(dāng)然對于單片機(jī)來產(chǎn)生不同的頻率非常方便，我們可以利用單片機(jī)的定時/計數(shù)器T0來產(chǎn)生這樣方波頻率信號，因此，我們只要把一首歌曲的音階對應(yīng)頻率關(guān)系弄正確即可。本次設(shè)計中單片機(jī)晶振為12MHZ，那么定時器的計數(shù)周期為1MHZ，假如選擇工作方式1，那T值便為T= 216-5105/相應(yīng)的頻率 ，那么根據(jù)不同的頻率計算出應(yīng)該賦給定時器的計數(shù)值，列出不同音符與單片機(jī)計數(shù)T0相關(guān)的計數(shù)值如下表所示：音符 頻率（HZ） 簡譜碼（T值）中 1 DO 523 64580中 2 RE 587 64684中 3 M 659 64777中 4 FA 698 64820中 5 SO 784 64898中 6 LA 880 64968中 7 SI 988 65030采用查表程序進(jìn)行查表時，可以為這個音符建立一個表格，有助于單片機(jī)通過查表的方式來獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)：TABLE DW 64580，64684，64777，64820，64898，64968，650302.3比較結(jié)果及最終確立方案方案一中用555產(chǎn)生脈沖，再通過LM386驅(qū)動喇叭，可實(shí)現(xiàn)基本要求，其中的電阻電容可以通過脈沖數(shù)字電路中學(xué)過的公式進(jìn)行計算，而且可以通過采用可調(diào)電阻實(shí)現(xiàn)音調(diào)的高低變化，實(shí)現(xiàn)部分提高要求，可行性強(qiáng)；容易實(shí)現(xiàn)！方案二中涉及單片機(jī)的相關(guān)知識，而且我們對8051芯片不怎么了解，在所學(xué)的知識中也沒有學(xué)到，所以對其中的電阻電容等一些頻率的計算有一定的難度；所以綜合考慮，我們選擇了方案一。第三章 簡易電子琴設(shè)計電路、參數(shù)計算與引腳圖 3.1 簡易電子琴控制電路 如下上圖所示555與電阻、電容等組成可控多諧振蕩器，振蕩頻率取決與Ra 、R16、C3的值公式如下 f=1.44/(Ra+R16)C3 式中 Ra是對應(yīng)圖中的R1- R8不同的組合值，這取決與開關(guān)K1-K8的通斷情況。在進(jìn)行音符調(diào)試時可用定位器對其進(jìn)行調(diào)試 并確定其每個音階所對應(yīng)的阻值。再用LM386對其音頻進(jìn)行功放使功率增大從而使其聲音發(fā)生增大。第四章 簡易電子琴的系統(tǒng)組成及器件工作原理4.1 脈沖形成：有電阻及555形成的多諧振蕩器組成及工作原理4.1.1 555定時器內(nèi)部框圖555集成 時基電路稱為集成定時器，是一種數(shù)字、模擬混合型的中規(guī)模集成電路，其應(yīng)用十分廣泛。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧 和施密特觸發(fā)器，因而廣泛用于信號的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。它的內(nèi)部電壓標(biāo)準(zhǔn)使用了三個5K的電阻，故取名555電路。其電路類型有雙極型和CMOS型 兩大類，兩者的工作原理和結(jié)構(gòu)相似。幾乎所有的雙極型產(chǎn)品型號最后的三位數(shù)碼都是555或556；所有的CMOS產(chǎn)品型號最后四位數(shù)碼都是7555或 7556，兩者的邏輯功能和引腳排列完全相同，易于互換。555和7555是單定時器，556和7556是雙定時器。雙極型的電壓是+5V+15V，輸 出的最大電流可達(dá)200mA，CMOS型的電源電壓是+3V+18V。圖8-1 555定時器內(nèi)部框圖555電路的工作原理555電路的內(nèi)部電路方框圖如圖8-1所示。它含有兩個電壓比較器，一個基本RS觸發(fā)器，一個放電開關(guān)T，比較器的參考電壓由三只5K的電阻器構(gòu)成分壓，它們分別使高電平比較器A1同相比較端和低電平比較器A2的反相輸入端的參考電平為和。A1和A2的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號輸入并超過時，觸發(fā)器復(fù)位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時放電，開關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號自2腳輸入并低于時，觸發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同時放電，開關(guān)管截止。是復(fù)位端，當(dāng)其為0時，555輸出低電平。平時該端開路或接VCC。Vc是控制電壓端（5腳），平時輸出作為比較器A1的參考電平，當(dāng)5腳外接一個輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實(shí)現(xiàn)對輸出的另一種控制，在不接外加電壓時，通常接一個0.01uf的電容器到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。T為放電管，當(dāng)T導(dǎo)通時，將給接于腳7的電容器提供低阻放電電路。4.1.2 構(gòu)成多諧振蕩器如圖8-4，由555定時器和外接元件R1、R2、C構(gòu)成多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外接觸發(fā)信號，利用電源通過R1、R2向C充電，以及C通過R2向放電端放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容C在和之間充電和放電，從而在輸出端得到一系列的矩形波，對應(yīng)的波形如圖8-5所示。圖8-4 555構(gòu)成多諧振蕩器 圖8-5 多諧振蕩器的波形圖輸出信號的時間參數(shù)是： T=0.7（R1+2R2）C=0.7R2C其中，為VC由上升到所需的時間，為電容C放電所需的時間。555電路要求R1與R2均應(yīng)不小于1K，但兩者之和應(yīng)不大于3.3M。外部元件的穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器的穩(wěn)定性，555定時器配以少量的元件即可獲得較高精度的振蕩頻率和具有較強(qiáng)的功率輸出能力。因此，這種形式的多諧振蕩器應(yīng)用很廣。第五章 實(shí)驗(yàn)調(diào)試及測試結(jié)果分析本次的課程設(shè)計時間時間為期為二周，從2011年6月13日開始，6月24號結(jié)束。在這兩周里我們大家通過不斷的的在圖書館里和網(wǎng)上找資料，查資料，還有找老師指導(dǎo)，終于在老師的審核下終于定下了一個確切可行的方案！再領(lǐng)取完了元器件，并開始操作。于是我和同組搭檔分工合作：我主要負(fù)責(zé)搭線路與排版，他主要負(fù)責(zé)檢查線路是否出錯！于是在我們共同的努力下我們在老師的時間要求下并提前完成工作并實(shí)現(xiàn)了它的功能還有它的提高要求，于是電子琴終于在實(shí)驗(yàn)成功下制作成功！設(shè)計電路板是要努力做到用最少的導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)所需的功能，在做前一定要考慮好元器件的擺放和導(dǎo)線的關(guān)系，爭取不要重復(fù)搭線。因?yàn)榇罅康膶?dǎo)線對工作造成很大困難，容易引起虛焊等情況，且不易進(jìn)行檢查。焊接元器件時一定要非常的小心，掌握電焊的技巧十分重要，每焊接一個點(diǎn)最好用萬用表的電阻檔測量一下是否虛焊，還有用萬用表測量一下開關(guān)那個是導(dǎo)通那的是閉合，這方便以后的檢查和改進(jìn)。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 在制作過程中剛開始只接了一個電阻按一下開關(guān)就會發(fā)出響聲！再接兩個電阻按一下開關(guān)就會發(fā)現(xiàn)響聲但是響聲與第一下不相同，其次以后六次都是與前面一樣，多接通一個電阻響聲就與前面一次不相同！全部接好后，每按一個開關(guān)所發(fā)出的聲音與普通鋼琴發(fā)出的聲音一樣！音質(zhì)也差不多！而且音調(diào)更全.實(shí)習(xí)結(jié)論與體會 在這里我最感謝老師對我們的指導(dǎo)與教育，在這里我先對你們說聲謝謝！謝謝你們對我們的教育，對我們的工作，對我們的指導(dǎo)。 在這里課程設(shè)計中，我們不僅對所學(xué)的理論知識有了更深層次的理解，同時也懂得了實(shí)踐和獨(dú)立思考的重要性。我們將以前所學(xué)的知識靈活地運(yùn)用與實(shí)際的設(shè)計中，但也深切體會到理論與實(shí)踐之間的差異。 我們通過查找大量資料，請教老師，以及不懈的努力，不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考，動手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高，更重要的是，我們學(xué)會了很多學(xué)習(xí)的方法，而這是日后最實(shí)用的真的是受益匪淺，要面對社會的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)，實(shí)踐，再學(xué)習(xí)，再實(shí)踐不管怎樣，這些都是一種鍛煉，一種知識的積累，能力的提高，完全可以把這個當(dāng)作基礎(chǔ)東西，只有掌握了這些最基礎(chǔ)的，才可以更進(jìn)一步，取得更好的成績。 同時，這次課程設(shè)計也讓我懂得了團(tuán)隊的合作的魅力和重要性，只有彼此都付出，彼此都努力維護(hù)才能將作品做的更加完美，在這次實(shí)踐活動中，我們懂得了如何與組內(nèi)成員默契合作，互相學(xué)習(xí)制定出圓滿的方案，體會到了團(tuán)隊力量的偉大，更一步提高了對堅持和包容的認(rèn)識。 參考文獻(xiàn)書名出版社 主編數(shù)字電路邏輯設(shè)計高等教育出版社王銀數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）高等教育出版社主編閻石（清華大學(xué)電子學(xué)教研組編）通用電子元器件選用與控制電子工業(yè)出版社王昊 李希 鄭風(fēng)翼編著電子線路設(shè)計與應(yīng)用高等教育出版社主編臧春華電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)浙江大學(xué)出版社趙玉玲 張雪娟 李曉松課程設(shè)計指南清華大學(xué)出版社焦保文附錄一:元器件清單元件元器件的值個數(shù)NE555芯片無1小功率集成放大器LM386無1開關(guān)無9電源5V1電阻R936K1電阻(R1-R8)10K8電容C14.7uF2電容C20.01uF1電容C3 C40.022uF2電容C547uF1電容C61uF1揚(yáng)聲器8 1電子專業(yè)課程設(shè)計任務(wù)書I、電子專業(yè)課程設(shè)計題目：簡易電子琴II、電子專業(yè)課程設(shè)計技術(shù)要求及主要元器件：555與電阻、電容等組成可控多諧 式中 Ra是對應(yīng)圖中的R1- R8不同的組合值，這取決與開關(guān)K1-K8的通斷情況。在進(jìn)行音符調(diào)試時可用定位器對其進(jìn)行調(diào)試 并確定其每個音階所對應(yīng)的阻值。用電阻來控制頻率頻率來控制音階，用LM386對其音頻進(jìn)行功放使功率增大從而使其聲音發(fā)生增大LM