數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)報(bào)告

1、長(zhǎng)沙學(xué)院數(shù) 電 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書題目電子節(jié)拍器設(shè)計(jì)系(部) 電子與通信工程系專 業(yè) ( 班 級(jí) ) 電氣 2 班姓名李凱學(xué)號(hào)2011032121 指導(dǎo)教師陳希起止日期6 月 17 日 21 日數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(15)系（部） ：電子與通信工程系專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師：陳希課題名稱電子節(jié)拍器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求基本要求設(shè)計(jì)一個(gè)電子節(jié)拍器，要求本節(jié)拍器具有聲光顯示功能；設(shè)有2/4，3/4，4/4 三檔節(jié)拍轉(zhuǎn)換開關(guān)，音響有強(qiáng)弱之分。節(jié)拍速度連續(xù)可調(diào)。主要參考元器件 555：cd4017，8050，lm386設(shè)計(jì)工作量1、系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)；2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真；3、在 multi

2、sim 或同類型電路設(shè)計(jì)軟件中進(jìn)行仿真并進(jìn)行演示；4、提交一份完整的課程設(shè)計(jì)說明書，包括設(shè)計(jì)原理、 仿真分析、調(diào)試過程，參考文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)總結(jié)等。進(jìn)度安排起止日期（或時(shí)間量）設(shè)計(jì)內(nèi)容（或預(yù)期目標(biāo)）備注第一天課題介紹，答疑，收集材料第二天設(shè)計(jì)方案論證第三天進(jìn)行具體設(shè)計(jì)第四天進(jìn)行具體設(shè)計(jì)第五天編寫設(shè)計(jì)說明書教研室意見年月日系（部）主管領(lǐng)導(dǎo)意見年月日長(zhǎng)沙學(xué)院課程設(shè)計(jì)鑒定表姓名李凱學(xué)號(hào)2011032121 專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)電氣 2 班設(shè)計(jì)題目電子節(jié)拍器設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師陳希指導(dǎo)教師意見：評(píng)定等級(jí)：教師簽名：日期：答辯小組意見：評(píng)定等級(jí)：答辯小組長(zhǎng)簽名：日期：教研室意見：教研室主任簽名：日期：系（部）意

3、見：系主任簽名：日期：說明課程設(shè)計(jì)成績(jī)分“優(yōu)秀” 、 “良好” 、 “及格” 、 “不及格”四類；目錄前言. . 5 一 、設(shè)計(jì)要求及系統(tǒng)的組成. . 5 1.1 基本要求 . 5 1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成. 6 二 、電路設(shè)計(jì) . . 7 2.1 系統(tǒng)電路的組成及工作原理. 7 2.2 單元模塊電路設(shè)計(jì). 8 2.2.1 脈沖產(chǎn)生電路 . . 8 2.2.2 節(jié)拍信號(hào)產(chǎn)生電路 . . 9 2.2.3 光顯示電路 . . 11 2.2.4 聲顯示電路 . . 13 三、電路焊接與調(diào)試 . . 14 3.1 實(shí)驗(yàn)儀器 . 14 3.2 電路焊接 . 14 3.3 調(diào)試 . 14 3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 .

4、 14 四、實(shí)驗(yàn)結(jié)論及心得體會(huì). . 15 4.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 . 15 4.2 心得體會(huì) . 15 參考文獻(xiàn) . . 16 前言節(jié)拍器在學(xué)習(xí)音樂中起著重要作用。主要有：1、確定樂曲的速度，有的曲子要求用某一速度進(jìn)行練習(xí)，通過節(jié)拍器可以找到該速度；2、幫助對(duì)于節(jié)奏感較差的學(xué)生，改善拖拍、搶拍、節(jié)奏不穩(wěn)等現(xiàn)象。節(jié)拍器不僅在音樂方面起著重要的作用，而且在醫(yī)療、航空等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。隨著社會(huì)文明的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)的電子技術(shù)在各個(gè)近代學(xué)科門類和技術(shù)領(lǐng)域占有不可或缺的核心地位。在我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展進(jìn)程中，數(shù)字電子技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)研究各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。因此，可以通過所學(xué)的知識(shí)

5、設(shè)計(jì)一種比較簡(jiǎn)單及成本較低的音樂節(jié)拍器。該節(jié)拍器雖然功能有限，限制了其實(shí)用性，但其設(shè)計(jì)及制作過程的意義卻是極其重要的。通過節(jié)拍器的制作，不僅熟悉了節(jié)拍器的設(shè)計(jì)及制作過程、培養(yǎng)了我對(duì)電子的興趣，還將電子技術(shù)基礎(chǔ)理論與實(shí)際操作有機(jī)地聯(lián)系起來，加深了對(duì)所學(xué)理論課程的理解。同時(shí)，還提高了實(shí)際操作能力、獨(dú)立分析和解決問題的能力及創(chuàng)新能力，養(yǎng)成了嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作作風(fēng)和團(tuán)結(jié)協(xié)作的工作態(tài)度。該方案雖然實(shí)現(xiàn)了課題的絕大部分內(nèi)容和要求，但還有些地方不夠完善、錯(cuò)誤和不妥之處，敬望讀者批評(píng)和指正。一 、設(shè)計(jì)要求及系統(tǒng)的組成1.1 基本要求要求本節(jié)拍器具有聲光顯示功能：設(shè)有2/4，3/4，4/4 三檔節(jié)拍轉(zhuǎn)換開關(guān)。音響有

6、強(qiáng)弱之分，節(jié)拍速度連續(xù)可調(diào)。主要參考元器件： 555，cd4017， lm386 1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成原理框圖如圖 1.1 所示。該電子節(jié)拍器主要由節(jié)拍脈沖產(chǎn)生電路、節(jié)拍信號(hào)產(chǎn)生電路、聲音顯示電路及燈光顯示電路等組成。節(jié)拍脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生周期性的脈沖信號(hào)，節(jié)拍信號(hào)產(chǎn)生電路產(chǎn)生2/4 拍、3/4 拍、4/4 拍的控制信號(hào)。發(fā)聲電路和顯示電路同步顯示節(jié)拍。圖1.1 原理框圖二 、電路設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)電路的組成及工作原理總電路圖如圖 2.1 示。其工作原理為： ic1（555）接成多諧振蕩器， r12用來改變脈沖周期，即節(jié)拍速度。ic2（cd4017）為1-10循環(huán)記數(shù)器， 15端分別接入q2、q3

7、、q4端可改變計(jì)數(shù)器的模，從而控制節(jié)拍數(shù)，可用三檔開關(guān)控制。ic3（555）在ic-1、ic-2輸出波形的作用下輸出不同頻率的聲音信號(hào)，經(jīng)功放放大后喇叭發(fā)出強(qiáng)弱的節(jié)拍聲音， 調(diào)節(jié)電位器 r4可改變音量。 紅燈顯示節(jié)拍速度，即ic-1輸出的脈沖信號(hào)；綠的顯示節(jié)拍的高音（重音），由ic-1、ic-2輸出波形共同決定。圖 2.1 電子節(jié)拍器電路2.2 單元模塊電路設(shè)計(jì)2.2.1 脈沖產(chǎn)生電路脈沖產(chǎn)生電路是后級(jí)電路的基礎(chǔ)，可用555 組成多諧振蕩器實(shí)現(xiàn)，以產(chǎn)生連續(xù)脈沖信號(hào)，其電路圖如圖2.2 。圖2.2 脈沖產(chǎn)生電路555多諧振蕩器的基本原理：當(dāng)輸出端（3端）低電平時(shí)， vcc 經(jīng)過r1 、r2、r3

8、 給c1充電，當(dāng)電容兩端電壓充電至vc2/3vcc（觸發(fā)器電平 vt+）時(shí)，電路立即發(fā)生翻轉(zhuǎn) , 使得3端輸出變?yōu)榈碗娖?，?v0=0。此時(shí)，電容 c1 便又通過電阻 r1 、r2 和電路內(nèi)的導(dǎo)通管至地間放電，當(dāng)電容放電至兩端電壓vc1/3vcc時(shí)，電路發(fā)生翻轉(zhuǎn)，使得輸出變?yōu)楦唠娖?，即v0=1。電路不斷重復(fù)上述過程，便形成了振蕩，在 3端產(chǎn)生脈沖信號(hào)。多諧振蕩器的振蕩周期為兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間之和為： t=t1+t2 (式2.1) 電容充電時(shí)間為：t1=0.7(r1+r2+r3)c1 （式2.2 ）電容放電時(shí)間為：t2=0.7（r2+r3 ）c1 （式2.3 ）振蕩周期為 : t=0.7(r1

9、+2rw1)c1 （式2.4 ）其2（6）端、 3端的工作波形如圖 2.3 所示：圖2.3 工作波形圖其振蕩頻率決定拍速， 調(diào)節(jié)r3 可以改變振蕩器的振蕩頻率, 為使節(jié)拍速度不至太快或太慢 , 選擇050k的可變電阻以及 33uf的電容 , 使得振蕩器 ic1的振蕩周期在 0.5s到1.6s內(nèi)可變。2.2.2 節(jié)拍信號(hào)產(chǎn)生電路cd4017， 是一種用途非常廣泛的十進(jìn)制計(jì)數(shù)分頻器。有 3 個(gè)輸入端（mr、cp0和cp1） ，和 11個(gè)輸出端（ q0q9 及 1 個(gè)進(jìn)位端 q5-9） 。cd4017 有 3 個(gè)輸（ mr、cp0 和cp1） ，mr 為清零端，當(dāng)在mr 端上加高電平或正脈沖時(shí)其輸出

10、q0 為高電平，其余輸出端（ q1q9）均為低電平。cp0和cpl 是 2 個(gè)時(shí)鐘輸入端，若要用上升沿來計(jì)數(shù)，則信號(hào)由cp0端輸入；若要用下降沿來計(jì)數(shù)， 則信號(hào)由 cpl 端輸入。設(shè)置 2 個(gè)時(shí)鐘輸入端， 級(jí)聯(lián)時(shí)比較方便，可驅(qū)動(dòng)更多二極管發(fā)光。cd4017 有 10 個(gè)輸出端（ q0q9）和 1 個(gè)進(jìn)位輸出端 q5-9。每輸入 10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖， q5-9 就可得到 1 個(gè)進(jìn)位正脈沖，該進(jìn)位輸出信號(hào)可作為下一級(jí)的時(shí)鐘信號(hào)。由此可見，當(dāng)cd4017 有連續(xù)脈沖輸入時(shí)，其對(duì)應(yīng)的輸出端依次變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài)，故可直接用作順序脈沖發(fā)生器。其功能表見表2.1，波形圖如圖 2.4: 表 2.1 cd4017 功

11、能表由圖2.4 cd4017波形圖cd4017很容易構(gòu)成節(jié)拍信號(hào)控制電路，產(chǎn)生相應(yīng)的分頻信號(hào)，與時(shí)鐘信號(hào)一起控制發(fā)光二極管發(fā)光和喇叭發(fā)聲，電路圖如圖2.5所示。圖2.5 節(jié)拍信號(hào)產(chǎn)生電路開關(guān)a、b、c可用一個(gè)三檔開關(guān)代替。14端（cp0）為脈沖輸入信號(hào)，由脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生，（q1）為輸出信號(hào)。當(dāng)開關(guān) a閉合時(shí)， 4端（q2）信號(hào)反饋到15端（mr）構(gòu)成模 2計(jì)數(shù)器，得到 2/4拍信號(hào)；同樣，當(dāng) b、c開關(guān)閉合時(shí)，可分別得到 3/4拍、4/拍信號(hào)。其波形圖如圖 2.6所示。圖2.6 輸入輸出波形2.2.3 光顯示電路光顯示電路用于顯示節(jié)拍狀態(tài)，紅燈指示節(jié)拍速率， 綠燈指示節(jié)拍種類， 電路圖如圖

12、2.7 所示。圖2.7 光顯示電路二極管的發(fā)光狀態(tài)由 cp和節(jié)拍控制信號(hào)共同決定，紅燈顯示節(jié)拍速度，當(dāng)cp為高電平時(shí)發(fā)光；綠燈顯示節(jié)拍種類，當(dāng)cp和節(jié)拍控制信號(hào)同為高電平時(shí)發(fā)光，與高音同步。晶體管可增大電流，其輸入輸出波形圖如圖2.8所示（以 2/4拍為例） 。圖2.8 光顯示電路波形2.2.4 聲顯示電路如圖2.9 所示。該發(fā)聲電路由 555構(gòu)成的多諧振蕩器、 放大器及喇叭組成， 能發(fā)出間歇的高低音，從二顯示節(jié)拍。555構(gòu)成的多諧振蕩器參考電壓為節(jié)拍控制信號(hào)，若用 vo表示，則 vth=vo；vtl=1/2vo。而振蕩器的頻率與 vth 、vtl 有關(guān)，故vo的高低電平?jīng)Q定音調(diào)的高低。同時(shí)，

13、只有cp為高電平時(shí)多諧振蕩器才能振動(dòng)，從而發(fā)聲，故 cp 使喇叭間歇發(fā)聲。圖2.9 聲顯示電路放大電路可用 lm386構(gòu)成，電路如圖 2.10 ，放大倍數(shù)為 av=200，音量可通過電位器調(diào)節(jié)。圖2.10 音頻放大電路三、電路焊接與調(diào)試3.1 實(shí)驗(yàn)儀器直流穩(wěn)壓電源 1臺(tái)電子示波器 1臺(tái)電烙鐵 1只萬用表 1只3.2 電路焊接參照電路圖，將元件在萬能板上進(jìn)行合理布局，要求美觀且方便焊接，做到心中有數(shù)。然后按照安裝原則進(jìn)行合理、有序的焊接，防止虛焊、漏焊、短路以及燒壞元器件， 注意二極管及晶體管的極性， 需用導(dǎo)線的地方可最后連接，但需要細(xì)心，否則會(huì)加重調(diào)試的負(fù)擔(dān)?？捎萌f用表的蜂鳴或電阻檔檢查虛焊及

14、短路，方法為： 選用r1歐姆檔 （或蜂鳴檔） ，檢測(cè)虛焊故障時(shí)表筆分別觸及焊點(diǎn)和元件腳，若測(cè)試電阻為零（或蜂鳴器發(fā)聲），元件末虛焊；測(cè)試電阻為（或蜂鳴器不發(fā)聲），元件虛焊。檢測(cè)短路故障時(shí)表筆分別觸及二焊點(diǎn)，若測(cè)試電阻不為（或蜂鳴器不發(fā)聲），焊點(diǎn)短路；否則，焊點(diǎn)未短路。3.3 調(diào)試接通5v電源，發(fā)現(xiàn)兩發(fā)光二級(jí)管均不工作，喇叭也只發(fā)出很小且連續(xù)的聲音。用萬用表測(cè)試 ic-1 的3端電壓，發(fā)現(xiàn)電壓無變化，再測(cè)2（6）端，電壓也無變化，可以判定 ic-1 焊接出錯(cuò)。仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)電位器接線錯(cuò)誤。修改電路后，發(fā)光二級(jí)管工作正常，但喇叭仍無好轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)放大器接入的電位器，結(jié)果無變化。用萬用表測(cè) ic-3 的3

15、端，電壓有變化，可以判定是放大器焊接出錯(cuò)。用萬用表檢查發(fā)現(xiàn)放大器電源未連接。經(jīng)修改，喇叭發(fā)出嗒噠的間歇聲響，而不發(fā)出滴的聲音，加大電壓到 69v，喇叭正常發(fā)聲。最后，用示波器測(cè)示各點(diǎn)波形，與仿真結(jié)果相符合。3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果電路實(shí)物圖如圖 3.1 所示。接通 7v電源，紅燈間歇閃爍，喇叭同步發(fā)出滴嗒的聲音。當(dāng)開關(guān) a閉合時(shí)，喇叭發(fā)出滴嗒滴嗒的聲音， 當(dāng)發(fā)滴的聲音時(shí)， 綠燈亮；當(dāng)開關(guān) b閉合時(shí)，喇叭發(fā)出滴嗒滴嗒的聲音，當(dāng)發(fā)滴的聲音時(shí)，綠燈亮；當(dāng)開關(guān)b閉合時(shí)，喇叭發(fā)出滴噠嗒滴噠嗒的聲音，當(dāng)發(fā)滴的聲音時(shí)，綠燈亮；當(dāng)開關(guān)c閉合時(shí)，喇叭發(fā)出滴噠嗒嗒滴噠嗒嗒的聲音，當(dāng)發(fā)滴的聲音時(shí)，綠燈亮。調(diào)節(jié)脈沖產(chǎn)生電路的

16、電位器，節(jié)拍相應(yīng)改變；調(diào)節(jié)放大電路的電位器，可改變音量大小。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)論及心得體會(huì)4.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)論通過查閱資料，確定設(shè)計(jì)方案， multisim仿真及焊接和調(diào)試電路，基本達(dá)到了預(yù)期效果，滿足課程設(shè)計(jì)要求。但由于沒有經(jīng)驗(yàn)，仍有一些需改進(jìn)的地方。比如在實(shí)驗(yàn)時(shí)，沒有三檔開關(guān)，而選擇三個(gè)單鍵開關(guān)簡(jiǎn)單代替，導(dǎo)致必須長(zhǎng)按開關(guān)才能工作，降低了實(shí)用性，簡(jiǎn)單的解決辦法是給開關(guān)加一鎖存器。4.2 心得體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)讓我體會(huì)到了電子在實(shí)踐中的應(yīng)用，增強(qiáng)了對(duì)電子的熱愛，同時(shí)還加強(qiáng)了對(duì)所學(xué)理論的理解和應(yīng)用，培養(yǎng)了團(tuán)結(jié)協(xié)作、認(rèn)真細(xì)致的工作精神，為今后的進(jìn)一步學(xué)習(xí)和工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。萬能板焊接比較麻煩，只能焊接簡(jiǎn)單的電路，可以作為焊接練習(xí)用，而不能用在實(shí)際生產(chǎn)中，我深刻體會(huì)到了protel制板的優(yōu)越性，應(yīng)該在今后加強(qiáng)對(duì)制板的學(xué)習(xí)和應(yīng)用。調(diào)試相比焊接更是考驗(yàn)，能充分檢驗(yàn)對(duì)原理的掌握情況，如果不清楚原理，將無從下手，知道原理后用萬用表甚至更簡(jiǎn)單的工具就能排除各種故障，這需要不斷學(xué)習(xí)和不斷積累經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于本次課程設(shè)計(jì)，我感覺相對(duì)比較輕松，但也發(fā)現(xiàn)一些同學(xué)覺得吃力，有的甚至不會(huì)用萬用表檢查電路。這說明基礎(chǔ)非常重要，在今后的學(xué)習(xí)中更要加強(qiáng)理論學(xué)習(xí)，