555简易电子琴设计报告.docx

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555简易电子琴设计报告

北京交通大学

电子技术课程设计报告

随着科学技术的发展和人类的进步，电子技术已经成了各种工程技术的核心，特别是进入信息时代以来，电子技术更是成了基本技术，其具体应用领域涵盖了通信领域、控制系统、测试系统、计算机等等各行各业

生活中常使用到许多的电子设备，它给我们生活上的便利与影响。

而电子琴就是一个很明显的例子，这些有时甚至含有内建音乐，有时又可以千变万化，真让人想动手试试看，因此我们对它产生了许多问题与想象。

本文就是关于用555定时器制作简易电子琴的过程及基本原理。

1.方案介绍

1.1.总体框图

，

1．2．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

1.3.方案选择

【设计方案一】

数字电路电子琴

采用一个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，电阻，按键及电容组成。

【设计方案二】

单片机电子琴

程序可分如下：

初始化模块、判断按键模块、键值处理模块、音乐处理模块、中断模块、0处理模块、表单模块。

初始化模块：

对8279键盘的部分进行初始化和中断初始化。

键值处理模块：

用8279的状态字来判断它是否按键（FIFORAM不能清除已处理的数据，但8279的状态字会发生相应改变）。

输入的键值与1-8的物理值01H-08H进行比较，如果与其中某个数相等，则跳到1-8的键值处理模块；如果是9或者A，则跳到音乐处理模块。

如果输入是0，则跳到0处理模块。

结尾跳到初始化模块。

音乐处理模块：

专门处理音乐中的1-8的发音。

它们发音不同是因为波的频率不同，所以要发出不同的音，只要实现发出的波的频率不同即可。

于是，可通过定时的方法来中断产生不同的方波。

可把1-8的定时初值放在一个表单内。

中断模块：

T0中断是为键值处理模块服务；T1中断是为音乐处理模块服务。

0处理模块：

在音乐处理过程中，按下0则音乐暂停，此时可如其他按键（包括音乐按键）。

当再按下0键时，则最近继续的音乐中断。

表单模块：

TAB音符表单存放1-8的ASCII码值；FREQUENCY音符初值表单存放1-8音符的中断初值；DAT、DAT1分别存放两首歌曲相应的中断初值和节拍等信息。

综上：

第一种方案简易，易于实现，所用知识为数字电子技术。

接下来将介绍这种方案。

2.1

原理图：

对不同音阶的波形仿真：

1音

2音

3音

4音

5音

6音

7音

8音

2.2最终设计电路

考虑到通过扬声器直接播放输出信号效果不好，所以在扬声器前把信号加以放大。

最终决定用以下电路进行实验。

3.主要元器件介绍

3.1.555芯片介绍及元器件选择

555定时器是一种中规模集成电路，外形为双列直插8脚结构，体积很小，使用起来方便。

只要在外部配上几个适当的阻容元件，就可以构成史密特触发器、单稳态触发器及自激多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。

它在波形的产生与变换、测量与控制、定时电路、家用电器、电子玩具、电子乐器等方面有广泛的应用。

多谐振荡器的工作原理：

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1所示，R1，R2和C是外接定时元件，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的长短与电容的充电时间有关。

充电时间常数T充=（R1＋R2）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（1/3～2/3）Vcc之间变化。

图1（b）所示为工作波形。

图1555定时器构成的多谐振荡器电路及工作波形

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4．5～12V，最大输出电流200mA以内，并能与TTL、CMOS逻辑电平相兼容。

其主要参数见表8.1。

555定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列分别如下：

【逻辑符号】

【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TH。

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）。

【逻辑功能】

RST

TH

TR

OUT

0

X

X

0

1

>2/3VCC

>1/3VCC

0

1

<2/3VCC

>1/3VCC

不变

1

<2/3VCC

<1/3VCC

1

1

>2/3VCC

<1/3VCC

1

在555定时器的VCC端1/3和地之间加上电压，并让VCO悬空，则比较器C1的同相输入端接参考电压1/3VCC，比较器C2反相输入端接参考电压2/3VCC，为了学习方便，我们规定：

当TH端的电压>1/3VCC时，写为VTH=1，当TH端的电压<2/3VCC时，写为VTH=0。

当TR端的电压>2/3VCC时，写为VTR=1，当TR端的电压<1/3VCC时，写为VTR=0。

①低触发：

当输入电压Vi2

这时称555定时器“低触发”；

②保持：

若Vi2>1/3VCC且Vi1<2/3VCC，则VTR=1，VTH=0，基本RS触发器保持，VO和T状态不变，这时称555定时器“保持”。

③高触发：

若Vi1>2/3VCC，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，VO＝0；T导通。

这时称555定时器“高触发”。

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0．01μF（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。

元器件选择：

根据555多谐震荡的原理选择电阻：

由上所述可知：

555芯片输出端输出的频率计算公式为f=1.43/（（R1+2R2）C）

再由下表所列的八个音阶分别对应的频率可以令R1为一固定阻值，通过开关调节的几个串联的电阻当做R2。

分别选用6个2千欧电阻，一个1千欧和一个十三千欧的电阻串联接于引脚6和引脚七。

大概电路图1所示。

电容选择：

通过计算可以得出6引脚所需电容为0.1μF。

输出端3接4.7μF电容。

根据以上选择计算实际频率与真实频率对比如下：

音阶

真实频率/Hz

实际频率/Hz

1

261.6

264

2

293.7

297

3

329.6

330

4

349.2

352

5

392.0

396

6

440.0

440

7

493.9

495

i

523.3

528

3.2.所需元器件清单

1.万用表，镊子，剪线钳，面包板，5V电源，导线。

2.集成电路NE5551片.LM3861片。

3.电阻2K6个；12个；13K1个

4.电容0.01uF1个；0.1uF1个4.7uF1个

5.按键开关8个

喇叭（0.5W）1个

4.组装电路

在组装电路时因当注意：

1.面包板的结构，正确使用面包板；

2.应当注意各个芯片的工作原理和接脚，在连接电路之前查清每个芯片实际接脚；

3.了解按键开关的工原理图，正确使用按键开关。

5.检验电路

1．检查电路连接是否正确。

根据原理检查电路连接是否正确，是否符合工作原理。

查看指导书看芯片引脚功能是否理解正确。

2.检验芯片是否已被损坏。

换一个芯片检验。

3.给电路通电，检查能否正常工作。

6.结束语：

课程设计的几天过去的很快，我们过的很累，但是我们过的很高兴，很兴奋。

因为我们每天都过得很充实，每天都有收获。

通过对简易电子琴的设计，我深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。

最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛，也明白课程设计的意义所在，它教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的分析能力、动手能力及处理问题的能力，还增强了我们的团结互助精神。

在整个设计到电路设计仿真、电路的组装以及调试过程中，我们用心做好每一步，虽然总做的电子琴原理简单，电路连接不是很困难，但是每一份付出背后的成功都是值得开心的。

当然，我从实训中也发现了自身的许多缺点及不足，比如做事不仔细，动手能力欠缺。

此次实训中，在我没有领全器件时，芯片落在实验室时，遇到问题需要帮助时，受到了很多老师同学的帮助，在此我要感谢他们。