简易电子琴学年论文.docx
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简易电子琴学年论文
电子课程设计
----555简易电子琴
一设计要求与任务……………………………………………3
二总体框图……………………………………………………3
【模块功能】……………………………………………3
方案一…………………………………………………4
方案二…………………………………………………4
三选择器材……………………………………………………5
【实验器材】………………………………………5
【逻辑符号】………………………………………7
【内部原理图】……………………………………9
【逻辑功能】………………………………………9
【原理图】…………………………………………10
四功能模块……………………………………………11
五总体设计电路图……………………………………13
Eda仿真图……………………………………14
波形图…………………………………………15
六心得体会……………………………………………17
555简易电子琴电路制作
一设计要求与任务
1.学习调试电子电路的方法，提高实际动手能力。
2.了解由555定时器构成简易电子琴的电路及原理。
二总体框图
、
【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
【设计方案一】
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。
【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。
综上所述：
选择方案一
原因用555定时器比单片机方便简洁，无需琐碎的器件，且操作容易，不易混乱。
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
1
9
3
1
1
若干
1
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
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”。
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。
【统调试与结果】
1.根据电路图组装电路。
2.检查元件的接。
3.接通电源，按各键，看是否有结果。
4.得到了预期的结果。
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。
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扬声器（用示波器代替）
逻辑功能：
代替扬声器验证产生的频率，用波形来代替
五总体设计电路图
Eda仿真图
验证实验波形图
1开关闭合无信号输入时的波形图：
2分别打开八个开关时的波形图:
频率为262
频率为294
频率为330
频率为349
频率为392
频率为440
频率为494
频率为523
378332233203
六心得体会
通过对简易电子琴的设计，认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。
而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。
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。
也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。
他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。
在整个设计到电路的焊接以及调试过程中，我个人感觉调试部分是最难的，因为你理论计算的值在实际当中并不一定是最佳参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。
而参数的调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，而这个可能也是老师要求我们加以提高的一个重要方面吧！
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