电子节拍器.docx
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电子节拍器
课程设计报告
题目:
电子节拍器___学生姓名：
学号：
专业班级：
任课老师：
实习单位：
实习时间：
20116.20-6.30
2011年6月28日
目录TOC\o"1-3"\u
目录PAGEREF_TOC296603990\H2前言PAGEREF_TOC296603991\H3第一章设计要求及系统的组成PAGEREF_TOC296603992\H4
1.1设计任务及要求PAGEREF_TOC296603993\H41.2系统结构组成PAGEREF_TOC296603994\H4
第二章电路设计PAGEREF_TOC296603995\H5
2.1系统电路的组成及工作原理PAGEREF_TOC296603996\H52.2单元模块电路设计PAGEREF_TOC296603998\H6
2.2.1脉冲产生电路PAGEREF_Toc296603999\h62.2.2节拍信号产生电路PAGEREF_Toc296604000\h72.2.3光显示电路PAGEREF_Toc296604001\h102.2.4声显示电路PAGEREF_Toc296604002\h12
第三章飞线图，PCB图，3D图PAGEREF_TOC296604003\H13
3.1飞线图PAGEREF_Toc296604004\h133.2PCB图PAGEREF_Toc296604005\h143.13D图PAGEREF_Toc296604006\h15
第四章实验结论及心得体会PAGEREF_TOC296604007\H16
4.1心得体会PAGEREF_TOC296604008\H16
参考文献PAGEREF_TOC296604009\H17附录1元器件清单PAGEREF_TOC296604010\H18附录2芯片引脚图PAGEREF_TOC296604011\H19
前言
节拍器在学习音乐中起着重要作用。
主要有：
1、确定乐曲的速度，有的曲子要求用某一速度进行练习，通过节拍器可以找到该速度；2、帮助对于节奏感较差的学生，改善拖拍、抢拍、节奏不稳等现象。
节拍器不仅在音乐方面起着重要的作用，而且在医疗、航空等领域都有着广泛的应用。
随着社会文明的进步和科学技术的发展，先进的电子技术在各个近代学科门类和技术领域占有不可或缺的核心地位。
在我国现代化建设的发展进程中，数字电子技术在国民经济和科学研究各个领域的应用也越来越广泛。
因此，可以通过所学的知识设计一种比较简单及成本较低的音乐节拍器。
该节拍器虽然功能有限，限制了其实用性，但其设计及制作过程的意义却是极其重要的。
通过节拍器的制作，不仅熟悉了节拍器的设计及制作过程、培养了我对电子的兴趣，还将电子技术基础理论与实际操作有机地联系起来，加深了对所学理论课程的理解。
同时，还提高了实际操作能力、独立分析和解决问题的能力及创新能力，养成了严谨细致的工作作风和团结协作的工作态度。
该方案虽然实现了课题的绝大部分内容和要求，但还有些地方不够完善、错误和不妥之处，敬望读者批评和指正。
第一章设计要求及系统的组成
1.1设计任务及要求
要求本节拍器具有声光显示功能：
设有2/4，3/4，4/4三档节拍转换开关。
音响有强弱之分，节拍速度连续可调。
主要参考元器件：
555，CD4017，LM386
1.2系统结构组成
原理框图如图1.1所示。
该电子节拍器主要由节拍脉冲产生电路、节拍信号产生电路、声音显示电路及灯光显示电路等组成。
节拍脉冲产生电路产生周期性的脉冲信号，节拍信号产生电路产生2/4拍、3/4拍、4/4拍的控制信号。
发声电路和显示电路同步显示节拍。
图1.1原理框图
第二章电路设计
2.1系统电路的组成及工作原理
总电路图如图2.1示。
其工作原理为：
IC1（555）接成多谐振荡器，R12用来改变脉冲周期，即节拍速度。
IC2（CD4017）为1-10循环记数器，15端分别接入Q2、Q3、Q4端可改变计数器的模，从而控制节拍数，可用三档开关控制。
IC3（555）在IC-1、IC-2输出波形的作用下输出不同频率的声音信号，经功放放大后喇叭发出强弱的节拍声音，调节电位器R4可改变音量。
红灯显示节拍速度，即IC-1输出的脉冲信号；绿的显示节拍的高音（重音），由IC-1、IC-2输出波形共同决定。
图2.1电子节拍器电路
2.2单元模块电路设计2.2.1脉冲产生电路
脉冲产生电路是后级电路的基础，可用555组成多谐振荡器实现，以产生连续脉冲信号，其电路图如图2.2。
图2.2脉冲产生电路
555多谐振荡器的基本原理：
当输出端（3端）低电平时，VCC经过R1、R2、R3给C1充电，当电容两端电压充电至Vc＞2/3Vcc（触发器电平Vt+）时，电路立即发生翻转,使得3端输出变为低电平，即V0=0。
此时，电容C1便又通过电阻R1、R2和电路内的导通管至地间放电，当电容放电至两端电压Vc＜1/3Vcc时，电路发生翻转，使得输出变为高电平，即V0=1。
电路不断重复上述过程，便形成了振荡，在3端产生脉冲信号。
多谐振荡器的振荡周期为两个暂稳态的持续时间之和为：
T=T1+T2（式2.1）
电容充电时间为：
T1=0.7（R1+R2+R3）C1（式2.2）
电容放电时间为：
T2=0.7（R2+R3）C1（式2.3）
振荡周期为:
T=0.7（R1+2RW1）C1（式2.4）
其2（6）端、3端的工作波形如图2.3所示：
图2.3脉冲产生电路仿真图
其振荡频率决定拍速，调节R3可以改变振荡器的振荡频率,为使节拍速度不至太快或太慢,选择0～50K的可变电阻以及33uF的电容,使得振荡器IC1的振荡周期在0.5S到1.6S内可变。
2.2.2节拍信号产生电路
CD4017，是一种用途非常广泛的十进制计数／分频器。
有3个输入端（MR、CP0和~CP1），和11个输出端（Q0—Q9及1个进位端～Q5-9）。
CD4017有3个输（MR、CP0和~CP1），MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时其输出Q0为高电平，其余输出端（Q1～Q9）均为低电平。
CP0和～CPl是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP0端输入；若要用下降沿来计数，则信号由～CPl端输入。
设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。
CD4017有10个输出端（Q0～Q9）和1个进位输出端～Q5-9。
每输入10个计数脉冲，～Q5-9就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。
由此可见，当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。
其功能表见表2.1，波形图如图2.4:
表2.1CD4017功能表
由
图2.4CD4017波形图
CD4017很容易构成节拍信号控制电路，产生相应的分频信号，与时钟信号一起控制发光二极管发光和喇叭发声，电路图如图2.5所示。
图2.5节拍器信号产生器电路
开关A、B、C可用一个三档开关代替。
14端（CP0）为脉冲输入信号，由脉冲发生电路产生，（Q1）为输出信号。
当开关A闭合时，4端（Q2）信号反馈到15端（MR）构成模2计数器，得到2/4拍信号；同样，当B、C开关闭合时，可分别得到3/4拍、4/拍信号。
其波形图如图2.6,2.7所示。
图2.6节拍器信号产生器仿真图12.7节拍器信号产生器仿真图2
2.2.3光显示电路
光显示电路用于显示节拍状态，红灯指示节拍速率，绿灯指示节拍种类，电路图如图2.7所示。
图2.7光显示电路
二极管的发光状态由CP和节拍控制信号共同决定，红灯显示节拍速度，当CP为高电平时发光；绿灯显示节拍种类，当CP和节拍控制信号同为高电平时发光，与高音同步。
晶体管可增大电流，其输入输出波形图如图2.8所示（以2/4拍为例）。
图2.8光显示电路仿真图
2.2.4声显示电路
如图2.9所示。
该发声电路由555构成的多谐振荡器、放大器及喇叭组成，能发出间歇的高低音，从二显示节拍。
555构成的多谐振荡器参考电压为节拍控制信号，若用Vo表示，则VTH=Vo；VTL=1/2Vo。
而振荡器的频率与VTH、VTL有关，故Vo的高低电平决定音调的高低。
同时，只有CP为高电平时多谐振荡器才能振动，从而发声，故CP使喇叭间歇发声。
图2.9声显示电路
放大电路可用LM386构成，电路如图2.10，放大倍数为Av=200，音量可通过电位器调节。
图2.10音频放大电路
第三章飞线图，PCB图，3D图
3.1飞线图
3.1飞线图
3.2PCB图
3.2PCB图
3.13D图
3.33D图
第四章实验结论及心得体会
4.1心得体会
这个星期我的任务是电子电工课程设计，主要任务是设计一个电子节拍器。
无疑，这对我来说是有很大难度的。
我们是第一次课程设计，尽管这种课程设计可能是比较简单的一种，我们还是遇到了很大的困难。
但是我们并没有轻易放弃在设计之前，参考了许多相关的资料。
在设计中又参考了网上给出的电子节拍器的原理图，开始时我还不太明白电路是如何连接的，并且对其原理也不甚了解，但通过对所学知识更深入的学习，最终使我克服了难关，理解了许多东西。
一路走来，我收获了知识，收获了希望和努力后的成果。
这次实践使我对数字电路有了进一步的了解，在设计电子节拍器的过程中，通过翻阅资料，上网搜索，当然也包括问师兄、同学等，我对各电路器件（如：
555定时器和许多常用的二极管等）及原理有了更深层次的认识，既增强了我的理解能力，也使我能更好的运用所学的知识。
例如元件的选择：
在选择编码器时，是采用普通编码器还是优先编码器。
普通编码器中，任何时刻只允许输入一个编码信号，否则输出将发生混乱。
所以选择了优先编码器。
在音响电路中，根据设计需要选择了555定时器。
通过这次电子节拍器的设计，我发现了以往学习中的许多不足，我更加深深地体会到了自学的重要性。
比如我们在画电路图时，要用到那些专门的画电路的软件，而我们确是没有学过的，我就只好用multisim来绘制电路图，画的比较生硬，而且要用到文档中去也比较麻烦，但是没有办法，我没有足够的时间马上去学习绘制电路图的软件。
其实，大学中很多东西都是要靠自己去学的，当然，我们不能盲目的去学一些对自己专业没有很大帮助的东西。
相反，我们应该抽时间好好的学习那些对我来说很有用的软件。
像我自己，我学的这个专业，绘图软件是相当重要的。
所以，我现在就在自学multisim，经过这次课程设计，我想我还应该要学习一下那两个常用的绘制电路图的软件multisim和AltiumDesigner。
自学是我们学习，学习好一门课、一门专业重要的一种能力。
一个拥有很强自学能力的人，他在某种程度上可以比那些自学能力相对弱的人更容易成功。
因为一个自学能力强的人，可以很快地掌握一项从来没有接触过的技术，适应环境的能力强，自然，这种人是很受欢迎的，因此他们比较容易成功。
总之，这次实验过程中我受益匪浅，培养了我的设计思维。
最重要的是我明白了自学的重要性，掌握了更为正确的自学方法，这将使我今后离开学校，踏上社会是相当有帮助的。
我深深地意识到了我必须提高我的自学能力。
此外，我还体会到，我们书本上所学的知识和实际的东西相差甚远，我们所不懂的知识还有很多，因此今后我们要更加注重实际方面的锻炼和运用。
在解决问题的过程无疑也是对自己自身专业素质的一种提高与肯定。
此次设计不仅增强了自己在专业设计方面的信心，鼓舞了自己，更是一次兴趣的培养。
这是一次难得的实践！
最后忠心地感谢学校为我们提供这一难得的机会，让我收获良多！
参考文献
[1]华成英.模拟电子技术基础（第四版）.高等教育出版社.2006.[2]阎石.数字电子技术基础（第五版）.高等教育出版社.2005.[3]郁汉琪.数字电子技术实验及课题设计.高等教育出版社.1995.
[4]吕思忠.数子电路实验与课程设计.哈尔滨工业大学出版社.2001.
附录1元器件清单
数量
器材
标号
封装
1
电阻,30kΩ
R9
IPC-2221A/2222\IND1250-650X250
3
电阻,10kΩ
R5,R10,R11
IPC-2221A/2222\IND1250-650X250
1
电位计,50kΩ
R12
InternationalRectifier\TO-254AA（MPAK）
1
电容,0.01µF
C5
Generic\HEL-712U
1
电容,33µF
C6
Generic\HEL-712U
1
CMOS_5V,4017BD_5V
U1
IPC-2221A/2222\SOT-74
2
555定时器
U2,U6
Generic\CASE40（J）
1
电阻,4.7kΩ
R4
IPC-2221A/2222\IND1250-650X250
1
电阻,150kΩ
R6
IPC-2221A/2222\IND1250-650X250
1
电容,220pF
C1
IPC-2221A/2222\IND1250-650X250
2
CMOS_5V,4093BP_5V
U3,U4
IPC-2221A/2222\SOT-27
1
电阻,20kΩ
R1
IPC-2221A/2222\IND1250-650X250
2
BJT_NPN,2N2712
Q1,Q2
Generic\TO-92
2
LED灯，红色
LED1,LED2
Ultiboard\LED9R2_5V
2
LED灯，绿色
LED3,LED4
Ultiboard\LED9R2_5Vg
2
电阻,200kΩ
R2,R3
IPC-2221A/2222\IND1250-650X250
1
电阻,1kΩ
R7
IPC-2221A/2222\IND1250-650X250
1
运放,3288RT
U5
IPC-7351\SOT23
1
电位计10kΩ
R8
InternationalRectifier\TO-254AA（MPAK）
1
喇叭200Hz
U7
Generic\BUZZER
1
电容,150pF
C2
Generic\HEL-712U
1
电容,10µF
C3
Ultiboard\RAD6
4
开关
J1,J2,J3,J4
Generic\SPST
附录2芯片引脚图
Ne555引脚图LM386引脚图
CD4017引脚图4093引脚图
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