1、-_模拟电子技术课程设计报告题目名称： 简易电子琴 姓 名： 黄鹏程 学 号： 150712165 班 级： 15 电本六班 指导教师： 王爱乐 成 绩： 山西工程技术学院信息工程与自动化系-_摘要随着社会的发展进步，音乐已成为我们生活中很重要的一部分，电子琴则是一种很常见的键盘乐器，是现代电子科技和音乐结合的产物。在各个领域扮演很重要的角色，早已融入现代人们的日常生活中，成为不可替代的一部分。简易电子琴主要是由 8 个按键控制，根据固定电阻的不同，从而产生不同的振荡频率，并且将信号放大后由扬声器输出声音。为了能得到频率不同的波，波形产生部分首先使用了 NE555 芯片，从而得到振荡的正弦波；
2、将信号传给 LM386 进行功率放大，使扬声器发出相应的音阶。分块调试测试电子琴，先是震荡电路的线路测试，再是功率放大电路的测试。经过调试之后，焊接而成的作品能产生 8 个音调的不同振荡频率的音阶。关键词：NE555 LM386 频率 电子琴-_目录第一章 设计任务 .- 2 -1.1 设计要求 .- 2 -1.2 设计目的 .- 2-1.3 总体思想构图 .- 2-第二章 系统组成及工作原理 .- 6 -2.1 NE555 简介 .- 6 -2.2 逻辑符号 .- 7 -2.3 NE555 内部原理图 .- 8-2.4 逻辑功能 .- 9-555 定时器逻辑功能 .- 9 -2.5 LM38
3、6 芯片介绍 .- 11 -2.5.1 外形、管脚排列及内电路 .- 11-2.5.2 LM386 主要性能指标 .- 12 -2.6 简易电子琴系统组成 .- 13 -2.6.1 按键模块 .- 13 -2.6.2 音调发生模块 .- 13 -2.6.3 音响模块 .- 13 -2.7 简易电子琴的工作原理 .- 13 -第三章 模块定路设计与参数计算 .- 15 -3.1 波形发生部分 .- 15 -3.2 功率放大部分 .- 15 -第四章 系统调试 .- 18 -4.1 调试步骤 .- 18 -4.2 调试过程 .- 18 -4.3 调试结论 .- 19-参考文献 .- 20 -附录
4、.- 21 -附录一:元器件清单 .- 21 -附录二 电路仿真 .- 23 -附录三 制作作品原图 .- 27 -_前言现在是信息高速发达的时代，了解一定的电子产品是相当必要的。电子琴作为其中的一个典型代表，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，因为它不仅能够提高我的实践动手能力，还与实际生活有着紧密地联系。模拟电路是一门实践性很强的课程，而此次课程设计依据的理论基础是模拟电路的相关知识。主要目的在于培养学生正确的设计思想，理论联系实际的工作作风，严肃认真，实事求是的科学态度和勇于探索的创新精神。锻炼学生自学软件的能力和分析并解决问题的能力。通过课程设计，使
5、学生在理论计算、结构设计、工程制图、查阅设计资料、计算机应用方面能力的训练和提高。巩固、深化和拓展学生的理论知识与初步的专业技能。在模拟电子课程设计的过程中，系统的概念十分重要。基本方法除了实验课中要求掌握的功能测试、故障排除等各种一般方法以外，要特别注重使用“电路拼装”的方法。课程设计的一般步骤如下：（1）选择一个课题；（2）查阅有关资料；（3）进行可行性论证；（4）通过设计方案的比较，定出最优的设计方案；（5）分解为多个模块；（6）分别设计各个功能模块电路，并完成调试；（7）组装成完整的数字系统；（8）编写设计、安装、调试报告。第一章 设计任务1.1 设计要求1产生 e 调 8 个音阶的振
6、荡频率，它分别由 1、2、3、4、5、6、7、0 号数字键控制。其频率分别为： 1.261.6 2：293.6 3：329.6 4：349.2 5：392.0 6：440.0 7：493.9 0：523 。如表 1.1表 1.1 音阶频率对应图音阶 1 2 3 4 5 6 7 i频率(Hz) 261.6 293.7 329.6 349.2 392.0 440 493.9 523.32.利用集成功放放大该信号，驱动扬声器。3.设计一声调调节电路改变生成声音的频率。1.2 设计目的1.熟悉 NE555 和 LM386 等相关芯片的内部结构和功能，合理运用其内部及其功能，完成相应的设计工作。2.学会
7、使用电路仿真软件如：Mutisim。-_3.能够对电子电路、印刷电路板、电子元器件等一些相关与电子和焊接等方面的知识有进一步的认识，并独立对其进行测试与检查。4.这次试验对焊接技术、排错调试、以及相关设备的使用等方面的得到了比较全面的锻炼和提高。并进一步巩固了在课堂上学习的理论知识。1.3 总体思想构图如图 1.1,首先从输入按钮开关开始，然后通过频率发生器根据不同值的固定电阻产生不同频率，然后通过功率放大器放大，最后由扬声器表现出来。图 1.1 总体思想构图【模块功能】该电路包括按钮开关，定值电阻，555 振荡器和扬声器三部分组成，1 输入端： 由八个按钮开关与各自的定值电阻串联在并联组成输
8、入端2 频率产生端： 根据定值电阻的不同输入，由 555 产生不同的信号频率3 扬声器端口: 接受信号频率发出特定的频率【设计方案一】555 定时器本实验采用两个 555 集成定时器组成简易电子琴。整个电路由主振荡器，颤音振荡器，扬声器和琴键按钮等部分组成。主振荡器由 555 定时器，8 个琴键按钮 S0S7，外接电容 C1、C2，外接电阻 R 以及 R0R7等元件组成，颤音振荡器由 555 定时器，电容 C 等元件组成，颤音振荡器振荡频率较低为64Hz，若将其输出电压 U 连接到主振荡器 555 定时器复位端 4，则主振荡器输出端出现颤音。按图接线后闭合不同开关即可令喇叭发出不同频率的声响，
9、从而模拟出电子琴的工作。【设计方案二】LM324 振荡由 RC 选频网络、集成运算放大器、信号发生器组成。其原理图如 1.2 所示。-_图 1.2 LM324 振荡思路图电阻、电容等组成 RC 桥式正弦波振荡电路，选用 8 个电阻和电容构成 RC 串并联选频网络,分别取不同的电阻值（通过琴键开关接通 RC 串并联网络的 8 对电阻）使振荡器产生八个音阶信号。通过运算放大电路的放大最后，通过扬声器发出乐音。8 个开关对应着电子琴 8 个音阶琴键，使用时闭合不同的开关选择不同电阻的大小，再通过 RC 振荡电路，可以发出不同的声音。【设计方案三】由两个 555 芯片以及其他元件组成的简易电子琴电路如
10、图 1.3：图 1.3 简易电子琴仿真电路该方案是用两个 555 芯片组成。主要核心是 555 芯片，前一个 555 芯片是用来产生振荡信号，接入不同阻值的电阻 Rw*产生不同的音阶频率信号，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、0 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 。最终选择方案：方案一原因用 555 定时器比 LM324 方便简洁，而且在实际仿真过程中，LM324 方案未能成功，故-_为保险起见选择了 555 定时器，方案
11、三中电路虽然简单，但是经过实践，得到的声音很小，得到的音阶不是很准，不能很好的实现预期的效果，所以此方案也不用。方案一的电路相对二者比较合理，选择的元器件也不多，由于电路比较简单，得到的音阶准，声音较大，符合设计的要求，所以选用的是此方案。第二章 系统组成及工作原理2.1 NE555 简介多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路，由于矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波，故称为多谐振荡器。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，在自身因素的作用下，电路就在两个暂稳态之 间来回转换，故又称它为无稳态电路。由 555 定时器构成的多谐振荡器如图 2.1（a）所示，R1，R2 和 C 是外接定时元件
12、，电路中将高电平触发端（6 脚） 和低电平触发端（2 脚）并接后接到 R2 和 C 的连接处，将放电端（7 脚）接到 R1，R2 的连接处。由于接通电源瞬间，电容 C 来不及充电，电容器两端电压 uc 为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发 端与低电平触发端均为低电平，输出 uo 为高电平，放电管 VT 截止。这时，电源经 R1，R2 对电容 C 充电，使 电压 uc 按指数规律上升，当 uc 上升到（2/3）Vcc 时，输出 uo 为低电平，放电管 VT 导通，把 uc 从（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc 这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间 TPH 的长短与电容的充
13、电时间有关 。充电时间常数T 充=（R1R2）C。由于放电管 VT 导通，电容 C 通过电阻 R2 和放电管放电，电路进人第二暂稳态.其维持时间TPL 的长短与电 容的放电时间有关，放电时间常数 T 放R2C0 随着 C 的放电，uc 下降，当 uc 下降到（1/3）Vcc 时，输出 uo。 为高电平，放电管 VT 截止，Vcc 再次对电容 c 充电，电路又翻转到第一暂稳态。不难理解，接通电源后，电 路就在两个暂稳态之间来回翻转，则输出可得矩形波。电路一旦起振后，uc 电压总是在（1/32/3）Vcc 之间变化。图2.1（b）所示为工作波形。-_图 2.1 555 定时器构成的多谐振荡器电路及
14、工作波形集成 555 定时器有双极性型和 CMOS 型两种产品。一般双极性型产品型号的最后三位数都是555，CMOS 型产品型号的最后四位数都是 7555.它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。器件电源电压推荐为 4512V，最大输出电流 200mA 以内，并能与 TTL、CMOS 逻辑电平相兼容。2.2 逻辑符号555 定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列分别如图 2.2：-_（a） （b）（c）图 2.2 555 定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚2.3 NE555 内部原理图图 2.3 555 定时器的内部原理图-_Vi1（TH）：高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，标志为 T
15、H。Vi2（TR）：低电平触发端，简称低触发端，标志为 TR。VCO：控制电压端。VO：输出端。Dis：放电端。Rd：复位端。555 定时器内含一个由三个阻值相同的电阻 R 组成的分压网络，产生 VCC 和 VCC 两个基准电压；两个电压比较器 C1、C2；一个由与非门 G1、G2 组成的基本 RS 触发器（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 0（低电平） 。2.4 逻辑功能表 2.1 555 定时器逻辑功能RST TH TR OUT0 X X 01 2/3VCC 1/3V
16、CC 01 1/3VCC 不变1 2/3VCC 1/3VCC 时，写为 VTH=1，当 TH 端的电压2/3VCC 时，写为 VTR=1，当 TR 端的电压1/3VCC 且 Vi12/3VCC，则 VTH=1，比较器 C1 输出为低电平，无论 C2 输出何种电平，基本 RS 触发器,经输出反相缓冲器后，VO0；T 导通。这时称 555 定时器“高触发” 。555 定时器的“低触发” 、 “高触发”和“保持”三种基本状态和进入状态的条件（即VTH、VTR 的“0” 、 “1”）必须牢牢掌握。 VCO 为控制电压端，在 VCO 端加入电压，可改变两比较器 C1、C2 的参考电压。正常工作时，要在 VCO 和地之间接 001F（电容量标记为 103）电容。放电管 Tl 的输出端 Dis 为集电极开路输出。原理图如图 2.4
