精品用555制作简易电子琴Word格式文档下载.docx
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接受信号频率发出特定的频率
【设计方案】
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。
三选择器件
【实验器材】
名称
NE555
按键开关
拨动开关
电阻
电容
电路板
电池
导线
扬声器
数量
1
8
9
3
若干
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图
:
【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
X
〉2/3VCC
>
1/3VCC
<
2/3VCC
〉1/3VCC
不变
〈2/3VCC
〈1/3VCC
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<
VCC2/3且Vi1<
1/3VCC时,VTR=0,VTH=0,比较器C2输出为低电平,C1输出为高电平,基本RS触发器的输入端TH=0、TR=1,,经输出反相缓冲器后,VO=1,T截止。
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”。
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.555定时器的控制功能说明见表8。
2.
2音阶频率
本实验采用的是C调音阶,其音阶频率与对应电阻R8值如下表
根据T=0。
7(R9+R8)C可计算R8的值
原理图如下:
IC555组成自激多谐振荡器,在⑦脚与电源之间加入一组音调电阻R1~R8,即是一架玩具电子琴.未按琴键K1~K5时,时基电路555不振荡,扬声器不发声;
按下某一琴键时,扬声器依555的振荡频率,发出相应的声响。
电阻R1~R8的选择调整方法,是用一只60~100kΩ的电位器,先接入电路,从高音(或低音)开始,转动电位器,使扬声器发出一个起始的标准音阶,测出电位器的阻值,并换上相同阻值的固定电阻,这样即可确定各音阶所需的电阻阻值。
原理主要是555的多谐振荡.
多谐振荡的频率:
f=1。
43/((R+2R'
)C)
这是个约等于,其中R指7管脚与电源之间的电阻,R’指7管脚与6管脚之间的电阻,C是2管脚与地之间的电容。
实验中通过按键使R的阻值改变,从而改变振荡频率,扬声器就可与发出不同的声音,如果R的阻值取得好,扬声器就可以发出类似电子琴的声音了。
四功能模块
1开关输入端
逻辑功能:
八个开关与经计算出来的固定电阻串联后再其并联,给555震荡器产生不同的信号,从而产生不同的频率
2555振荡器
逻辑功能:
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。
电路一旦起振后,uc电压总是在(1/3~2/3)Vcc之间变化。
五总体设计电路图