基于555的简易电子琴设计Word文档格式.docx

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目录

1前言1

1.1设计背景2

1.2设计目标2

1.3实施计划2

1.4必备条件2

2总体方案设计3

2.1方案比较3

2.1.1方案一3

2.1.2方案二4

2.2方案论证4

2.3方案选择4

3单元模块设计5

3.1各单元模块功能介绍及电路设计5

3.1.1开关模块设计5

3.1.2555振荡器模块设计6

3.1.3扬声器模块设计7

3.2电路参数的计算及元器件的选择7

3.2.1电源电路7

3.3特殊器件的介绍7

3.3.1555器件介绍7

4系统调试11

4.1调试环境11

4.2仿真调试11

5系统功能、指标参数15

5.1系统能实现的功能15

5.2系统指标参数测试15

5.3系统功能及指标参数分析15

6结论16

7总结与体会17

8谢辞18

9参考文献19

附录20

1前言

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，就可以有构成施密特触发器，单稳态触发器及多谐振荡器等脉冲信号产生于变换电路。

它在波形的产生于变换，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，例如家用电器控制装置，门铃，报警器，信号发生器，电路检测仪器，元器件测量仪，定时器，压频转换电路，电源应用电路，自动控制装置及其它应用电路都有着广泛的应用，这是因为NE555巧妙地将模拟电路和数字电路结合在一起的缘故。

电子琴最早是由美国发明家于上世纪20年代末发明，并于30年代制造投放市场的。

电子琴不是钢琴的简易版，电子琴不是起源于钢琴，它们是两种不同的乐器，电子琴也起源于钢琴，电子琴起源于管风琴。

电子琴分单排键电子琴和双排键电子琴（电子管风琴）。

1959年日本生产出世界上第一台立式双排键电子琴，它有三层键盘。

近年来，电子琴发展迅速，不论是在制造工艺上、操作程序上还是在演奏技法上都有了突飞猛进的发展，这在乐器发展史上是其他任何乐器所不能比拟的。

自从八十年代电子琴进入我国以来，电子琴以它适合中国国情、经济适用、表现力强、功能强大而受到广大的初学者、音乐爱好者、专业音乐工作者，音乐家的喜爱，可以说现在电子琴在中国的普及率是很高的。

这无论是对提高整个人们的音乐素质，还是对音乐的发展都是功德无量的事。

1.1设计背景

电子琴是利用半导体集成电路产生不同频率的音乐，对音乐信号进行放大，通过扬声器产生声响的电子乐器。

通常情况下，电子琴的发音音量可以自由调节，音域较宽，和声丰富。

该设计是用555定时器以及外加电阻，电容构成的，此电路能够发出8个音符。

1.2设计目标

通过课程设计，应能加强我们能力的培养：

（1）培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程问题的能力。

（2）学习较复杂的电子系统设计的一般方法，了解和掌握模拟，数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力。

（3）培养我们学生的创新能力。

（4）学习调试电子电路的方法，提高实际动手能力。

（5）了解由555定时器构成简易电子琴的电路及原理。

1.3实施计划

由555电路组成的多谐振荡器，它的振荡频率可以通过改变振荡电路中的RC元件的数值进行改变。

根据这一原理，通过设定一些不同的RC数值并通过控制电路，按照一定的规律依次将不同值的RC组件接入振荡电路，就可以使振荡电路按照设定的需求，有节奏的发出已设定的音频信号或音乐。

1.4必备条件

NE555，按键开关，拨动开关，电阻，电容，电池，导线，扬声器等。

2

总体方案设计

通过查阅大量相关技术资料，并结合自己的实际知识，我主要提出了三种技术方案来实现系统功能。

下面我将首先对这两种方案的组成框图和实现原理分别进行说明，并分析比较它们的特点，然后阐述我最终选择方案的原因。

2.1方案比较

方案一中用555产生脉冲，再通过驱动喇叭，可实现基本要求，其中的电阻电容可以通过脉冲数字电路中学过的公式进行计算，而且可以通过采用可调电阻的高低变化，实现部分提高要求，可行性强，容易实现。

方案二中涉及到单片机的相关知识，而且我们对8051芯片不怎么了解，在所学的知识中也没用找到，所以对其中的电阻电容等一些频率的计算有一定难度。

2.1.1方案一

图2-1方案一原理框图

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，七个琴键按钮S1~S7，外接电容C1、C2，外接电阻R8以及R1~R7等元件组成，颤音振荡器由555定时器，电容C5及R9、R10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，从而模拟出电子琴的工作。

2.1.2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。

图2-2方案二原理框图

2.2方案论证

方案一的优点是思维简单，容易想到，而且电路结构也比较简单，对波形和幅度的控制相对准确。

但缺点是可调范围小，555芯片相对比较昂贵。

方案二的优点是可良好的控制，但缺点是我们没有学过单片机的相关知识，而且电路较复杂。

2.3方案选择

基于设计的方便性，准确性，可靠性和可行性理由选择了方案一。

3

单元模块设计

本节主要介绍系统各单元模块的具体功能、电路结构、工作原理、以及各个单元模块之间的联接关系；

同时本节也会对相关电路中的参数计算、元器件选择、以及核心器件进行必要说明。

3.1各单元模块功能介绍及电路设计

本系统主要分为三个单元模块，它们分别是：

开关模块、555振荡器模块、扬声器模块。

各单元模块功能及相关电路的具体说明如下。

3.1.1开关模块设计

图3.1.1开关模块

此模块的逻辑功能是八个开关与经计算出来的固定电阻串联后再将其并联，给555振荡器产生不同的信号，从而产生不同的频率。

3.1.2555振荡器模块设计

图3.1.2555振荡器模块

此模块的逻辑功能是由555定时器构成的多谐振荡器，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。

3.1.3扬声器模块设计

图3.1.3扬声器模块（用示波器代替）

此模块的逻辑功能是代替扬声器验证产生的频率，用波形来代替。

3.2电路参数的计算及元器件的选择

下面就相关电路中的参数计算以及元器件的选择进行说明。

3.2.1电源电路

整个电路大部分是数字芯片，需要5V的供电。

电源部分可以220V的市电输入，经

过变压器、桥式整流、滤波