数电设计报告.docx
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数电设计报告
XXXXXX
XXXXX
专业名称：
XXX
课程名称：
XXX
课题名称：
XXX
设计人员：
XXX
指导教师：
XXX
XXXX年XX月XX日
摘要：
以555时基电路为核心构成的多谐振荡电路，通过控制琴键的通断来改变输出频率，从而当每按下一个琴键，喇叭发出一个音符的声音。
设计简单，易实现，而且演奏时的音量和节拍可以调节，以满足演奏的需要。
关键字：
NE555多谐振荡RC充放电音量节拍
Summary:
555timebasecircuitasthecoreconstitutemoreharmonicoscillationcircuit,throughthecontrolkeyson/offtochangetheoutputfrequency,soastowheneachtimeyoupressakey,soundonenotethehorns.Designedtobesimple,easytoimplement,andperformanceforvolumeandtempocanbeadjustedtomeetyourperformanceneeds.
Keywords:
NE555beatsharmonicoscillatorRC-dischargevolume
一.系统设计
1.1设计任务
（1）玩具电子琴设有八个琴键，分别代表1、2、3、4、5、6、7、
八个不同的音符，每按下一个琴键，扬声器发出一个音符的声音。
（2）演奏时的音量和节拍可以调节，以满足演奏一般歌曲的需要。
1.2方案论证[1]
方案一：
该方案由CD4069构成多谐振荡电路，并由三极管放大输出，电路简单，但带负载能力差，且性价比低，因此不选此方案。
按键电路
CD4069构成的多谐振荡器按键电路
喇叭发音电路
三极管放大按键电路
方案二：
该方案采用NE555构成多谐振荡器，输出驱动电流大，带负载能力强，操作灵活、方便，且性价比高，故选此方案。
555构成的多谐振荡器按键电路
喇叭发音电路
按键电路
1.3系统框图
如图1所示，电路中采用555构成多谐振荡电路，通过按下不的键来改变输入电阻，改变输出频率。
输出的信号通过滤波电路送到喇叭。
还可进行音调、音量、节拍的调节。
555构成的多谐振荡器按键电路
喇叭发音电路
滤波电路
按键电路
音量调节电路
音调切换电路
图1
二.单元电路设计
2.1多谐振荡电路
2.1.1电路原理[2]
电路由NE555及其外部电路构成多谐振荡电路，电阻R3、R4与电路中电位器的R，电容C4构成充放电电路。
电容的充电时间：
放电时间：
电路的振荡周期：
电路振荡频率：
C3为了防止引入高频信号。
2.1.2器件参数的选择
根据上述公式和发音频率值算出电容和电阻值，取R3=10K，R4=2K，C4=0.1uF。
2.2音阶发生电路
2.2.1电路原理
电路通过按下不同的键，根据各发音频率公式计算得的电阻值，需要的电阻值。
调节对应的电位器，得到所当
按下S8，时，调节RW8,使555的3脚输出的频率为523.R=RW8;按下S7时，调节RW7,使555的3脚输出的频率为493.9Hz，R=RW8+RW7,依此类推，调节各电位器值，使按下不同按键时发出各种不同的声音，R4起限流作用。
3Hz，
2.2.2器件参数选择
根据上述分析，取RW8=10K,RW7=10K,RW6=10K,RW5=10K,RW4=10K,RW3=10K,RW2=10K,RW1=10K。
2.3节拍发生电路
2.3.1电路原理
通过电阻R1、R2，电位器RW9、RW10，电容C1构成
充放电电路。
二极管缩短电容充放电时间，电位器
RW9、RW10可以调节555三脚输出频率来调节节拍快慢。
2.2.2器件参数选择
根据上述分析，取RW9=50K,RW10=50K,C1=10uF，
R1=R2=10K,C2=1000pF。
2.4喇叭发音电路
2.4.1电路原理
如右图所示，NE555三脚输出的信号经RW12，再经C5送到喇叭。
调节RW12来改变电位器的分压好值比，改变输出信号的幅度，
从而达到调节声音大小的效果。
C5起滤波的作用，
使高、低频率不能通过，中频通过。
2.4.2器件参数的选择
由上面分析得，取RW12=100Ω,C5=100uF。
三.系统测试
3.1调试要点
3.1.2调节音阶部分
接上5V直流电源，音阶发生电路装上555芯片，用示波器测NE555的3叫输出波形，并根据频率调节各电位器，从S8依次向S1调节。
3.1.2调节节拍部分
接上5V直流电源，节拍发生电路装上555芯片，发出“啪，啪…”调节电位器RW9、RW10，调节节拍快慢。
3.1.2调节音量部分
通过调节RW11来调节音阶音量，调节RW12来调节节拍音量。
3.2调试过程出现的问题及解决方案
问题一：
调试完后，下次再接上电源是发现原先调试的频率都变了。
解决方案：
经多次调试发现，555三脚输出频率随电源电压增大而增大，所以每次调节都应确保所接电源电压一样。
问题二：
节拍的音量调节无法调到零。
解决方案：
将电位器RW11换成1K。
增大电位器RW11的分压幅度，从而增大音量控制幅度。
表1频率测量值与理论值
单位：
Hz
3.3数据记录
音阶
频率
理论值
测量值
1
261.6
250
2
293.6
280.1
3
329.6
314.5
4
349.2
334.2
5
392.0
373.7
6
440.0
420.2
7
493.9
476.2
ⅰ
523.3
509.2
四.结果分析
电路实现了当每按下一个琴键，喇叭便发出一个音符的声音，而且音量、音调可以调节，达到了题目的要求。
电路中充放电电容C取值大小要合适，使得电位器阻值可以选小一点，易调试，减少误差。
但该音阶发生电路用改变输入电阻的电位器以串联方式连接，使得后面的阻值跟前面的阻值有关联，也给调试带来不便。
五.设计工作总结
通过这次的课程设计，更进一步学会了如何制板（画PCB、转印、腐蚀、钻孔、焊接），如何正确使用万用表以及示波器；掌握了电子琴的原理，对555构成的振荡电路有更深层次的了解；在调试过程中，遇到的问题，并解决问题，使我对电子琴各部分电路研究更透彻，还应注意调节电位器时应先将触点调至中点，再慢慢调对应的大小，以免应阻值过小，电流过大照成芯片烧坏；也使我养成了独立思考的习惯，增强了我的动手能力。
并通过找资料，加强了对各芯片的了解，也启示我应该多上网或到图书馆找资料，增长课堂上学不到的知识；设计过程中的碰壁，让我觉悟到专业知识的重要性，驱使我今后更努力念书。
六.参考文献
[1]肖景和主编：
《CMOS数字电路应用》（第一版）[M]北京:
中国电力出版社，2005
七.附录
7.1元器件明细表
序号
名称、型号及规格
数量
1
NE555
2
2
普通二极管
2
3
电解电容（100uF/25V）
2
4
电容（102）
2
5
电容（104）
1
6
电容（10uF/25V）
1
7
电阻（10K）
3
8
电阻（2K）
1
9
电位器（100Ω）
1
10
电位器（1K）
1
11
电位器（10K）
8
12
电位器（50K）
2
13
喇叭
2
14
无自锁按键
8
15
8脚插槽
2
7.2器件封装
器件
封装型号
器件
封装型号
NE555
DIP8
电解电容
RB.1/.2A
电阻
AXIAL0.3A
电容
CAP0.12A
电位器
RW
无自锁按键
SW1A
7.3总原理图
7.4PCB图
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