數(shù)電課程設(shè)計-簡易電子琴

PAGEPAGE4目錄1設(shè)計任務(wù) 11.1基本任務(wù) 11.2擴展任務(wù) 12設(shè)計方案原理 13單元電路的設(shè)計 23.1多諧振蕩器 23.2琴鍵開關(guān) 33.3擴音器（喇叭） 43.4器件選擇 44電路圖的繪制 55電路的仿真及調(diào)試 66體會 6參考文獻 81設(shè)計任務(wù)電子琴是一種很簡單的電子產(chǎn)品，目前市場上所售的電子琴多為基于單片機所設(shè)計的。本次課設(shè)要求利用數(shù)電知識，設(shè)計一個能奏出八個音階的電子琴。雖然沒有基于單片機的電子琴那么多的功能，但是電子琴的基本功能是可以滿足的。本次設(shè)計的主要內(nèi)容為：根據(jù)數(shù)電課程所學內(nèi)容，結(jié)合其他相關(guān)課程知識，設(shè)計一個簡易電子琴，以加深對單片機知識的理解，鍛煉實踐動手能力。本次設(shè)計的任務(wù)為：1.1基本任務(wù)①具備8個按鍵，能夠分別較準確地彈奏出1～八個音符。②選擇電路方案，完成對確定方案電路的設(shè)計。計算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。用Proteus或MULTISIM軟件完成仿真，并按規(guī)定格式寫出課程設(shè)計報告書。1.2擴展任務(wù)①能夠彈奏出至少21個音符（三個音階）。②能夠較便捷地完成音階的升降。（按一個開關(guān)實現(xiàn)升8度，按另一個開關(guān)實現(xiàn)降8度）2設(shè)計方案原理本方案為利用555多諧振蕩器能輸出脈沖信號的特性，通過改變振蕩器外接電阻的阻值來改變振蕩器輸出脈沖的頻率，驅(qū)動喇叭發(fā)出各種音階。電子琴所用琴鍵即為改變電阻阻值的開關(guān)，通過改變阻值使輸出與琴鍵音階相對應(yīng)。原理框圖如下:圖1原理框圖3單元電路的設(shè)計3.1多諧振蕩器利用多諧振蕩器產(chǎn)生周期脈沖電路圖如下圖所示圖2多諧振蕩器電路實現(xiàn)圖中引腳功能：1腳：GND(或Vss)外接電源負端VSS或接地，一般情況下接地。2腳：低觸發(fā)端。3腳：OUT（或Vo）輸出端。4腳：是直接清零端。當R端接低電平，則時基電路不工作，此時不論、TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應(yīng)接高電平。5腳：CO(或VC)為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個比較器的基準電壓，當該端不用時，應(yīng)將該端串入一只10nF電容接地，以防引入干擾。6腳：TH高觸發(fā)端。7腳：D放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。8腳：VCC(或VDD)外接電源VCC，雙極型時基電路VCC的范圍是4.5～16V，CMOS型時基電路VCC的范圍為3～18V。其中C1為抗干擾電容，C2為充放電電容。3.2琴鍵開關(guān)通過控制琴鍵開關(guān)來控制振蕩器輸出脈沖的頻率，達到所需要的輸出，其電路圖如下圖3琴鍵的設(shè)計電路用上圖中電路代替多諧振蕩器中的R1，即為有琴鍵開關(guān)控制的多謝震蕩器。根據(jù)各音階的頻率，算出相應(yīng)的電阻值，然后按圖示排列，當按下相應(yīng)的開關(guān)時，該條支路導(dǎo)通，振蕩器即可輸出相應(yīng)音階的頻率。3.3擴音器（喇叭）將多諧振蕩器的輸出接到一個擴音器上即可實現(xiàn)電子琴的音頻輸出，電路如下圖圖4喇叭的電路連接喇叭的一端與一個電容串聯(lián)接到多諧振蕩器的輸出端，另一端接地，串聯(lián)電容的作用是補償電路。3.4器件選擇1．集成555定時器，管腳圖見下圖555工作原理：多諧振蕩器是能產(chǎn)生矩形波的一種自激振蕩器電路，由于矩形波中除基波外還含有豐富的高次諧波，故稱為多諧振蕩器。多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)，在自身因素的作用下，電路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間來回轉(zhuǎn)換，故又稱它為無穩(wěn)態(tài)電路。2．電容電容C1為抗干擾電容取22nf，電容C2為充放電電容取10nf，電容C3為補償電容取4.7uf。3．電阻（1）琴鍵電阻低音R1R2R3R4R5R6R7R8470k430k390k360k330k300k270k240k高音R9R10R11R12R13R14R15R16110k91k82k62k51k39k24k15k中音R17R18R19R20R21R22R23R24330k300k270k240k220k200k175k150k表1電阻選擇大小(2)保護電阻R25=51k;R26=100k;R27=30k.4電路圖的繪制圖5總設(shè)計電路上圖為總體電路圖，其中由撥碼開關(guān)控制音調(diào)的升降，當撥通中間的開關(guān)時，控制最左邊的一列開關(guān)可以實現(xiàn)中音的八個音；當撥通右邊的開關(guān)時，通過控制中間的一列開關(guān)可以實現(xiàn)低音的八個音；當撥通左邊的開關(guān)時，通過控制右邊的一列開關(guān)可以實現(xiàn)高音的八個音。5電路的仿真及調(diào)試由于仿真結(jié)果是聲音信號，無法用書面表示，故用語言來描述仿真的過程與結(jié)果。按總體電路圖接好電路后，開啟仿真開關(guān)，通過控制琴鍵開關(guān)，可以得到大致的八個音，改變音階控制開關(guān)，也能實現(xiàn)音階的升降。但是會有干擾的雜音，嘗試過改變元件的數(shù)值，還是無法避免雜音。剛開始仿真時，得到的音調(diào)有一點點的走調(diào)，修改了部分電阻的阻值之后，這種情況有了很大的改善。需要強調(diào)的是連接線路時必須要仔細，本人因為剛開始連線時連錯了一根線，結(jié)果仿真耗費了很多時間才做出來。總之只要弄懂了電路的原理，并且仔細一點，仿真就會變的很簡單。6體會這次課設(shè)不但讓我學習到了調(diào)試電子電路的方法，還提高了我的實際動手能力，而且讓我了解到了由555定時器構(gòu)成簡易電子琴的電路及原理。本次課設(shè)著重于培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的正確設(shè)計思想，訓練綜合運用已經(jīng)學過的理論和生產(chǎn)實際知識去分析和解決工程實際問題的能力。本次課設(shè)是為了讓學生學習較復(fù)雜的電子系統(tǒng)設(shè)計的一般方法，了解和掌握模擬、數(shù)字電路等知識解決電子信息方面常見實際問題的能力，由學生自行設(shè)計、自行制作和自行調(diào)試。通過這次課設(shè)對學生進行了基本技術(shù)技能訓練，如基本儀器儀表的使用，常用元器件的識別、測量、熟練運用的能力，掌握設(shè)計資料、手冊、標準和規(guī)范以及使用仿真軟件、實驗設(shè)備進行調(diào)試和數(shù)據(jù)處理等。最主要的是，這次課設(shè)培養(yǎng)了我們學生的獨立創(chuàng)新能力，身為一名21世紀的大學生，這是我們最需要的。通過這次數(shù)電實驗，讓我對所學的知識有了進一步的鞏固和提高，這次課設(shè)還培養(yǎng)了我的耐心和毅力，讓我學到了很多。參考文獻1．陳永甫主編，《555集成電路應(yīng)用80