简易电子琴叶良.docx
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简易电子琴叶良
课程设计说明书
课程设计名称：
数字逻辑课程设计
课程设计题目：
简易电子琴
学院名称：
信工学院
专业：
计算机科学与技术班级：
090452
学号：
09045231姓名：
叶良
评分：
教师：
邓谦
2011年6月29日
南昌航空大学
2011年6月28日
摘要
此报告讲述了用555制作简易电子琴，从而产生八种不同音阶控制电路的设计，它能实现在按下8个按键的情况下产生8种不同的音调，并且用LM386将音调放大。
此次参与的电子课程设计以简易电子琴为最终结果，主要是以硬件测试为主，
首先进行电路分析，设计电路图，其次是考虑可能出现的问题。
完善电路图，再选择合适的器件，最后按照电路图设计搭线，调试测试，直到达到理想的结果，当然在这之前要对焊点等要事先查阅资料，了解手工焊接技术，再查阅各个芯片的引脚功能的各个参数，同时还要了解震荡电路，与其产生震荡的原理，在根据振荡电路计算出电阻值，以便选择合适的电阻值，这些都是课前准备。
测试电子琴要一步一步，首先是振荡电路的线路测试，尽量消除噪声，使音质能够清晰，这样电子琴就做成了。
本实验完成了简易电子琴的设计和调试。
基本设计思路是采用了模块设计：
实现基本要求时只要用555构成多谐振荡电路，通过不同的电阻来获得不同的频率，经由LM386放大从而发出不同的音调。
如果要实现提高要求则需要在基本要求上添加一部分电路即可。
通过开关和CD4017控制不同的电阻所对应的振荡电路的通断调节相应频率大小，从而产生不同的音调。
关键字：
电子琴，多谐振荡电路，NE555,LM386。
目录
前言································································1
第一章设计内容及要求
1.1设计的基本内容···················································2
1.2设计要求介绍····················································2
第二章系统组成及工作原理
2.1系统组成························································3
2.2工作原理························································3
第三章电路设计方案及参数计算
3.1实验方案·····················································5
3.2实验参数计算·················································5
第四章单元电路设计及主要元件介绍
4.1频率振荡电路···················································7
4.2功率放大电路···················································7
4.3主要元件介绍··················································8
第五章实验调试分析及实验小结
5.1实验调试分析····················································12
5.2实验小结························································12
结论······························································13
附录一····························································14
附录二·····························································15
参考文献···························································16
前言
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意义重大的事。
电子琴适合与初学者，适合中国国情，适合幼儿、儿童、少年学习，表现力丰富，电子琴的强大功能，使专业音乐工作者有广阔的创作和表现空间，电脑技术的应用，拓宽了电子琴的应用空间，总之，电子琴促进了音乐教育的发展。
电子琴结构较为复杂，声源是晶体管产生的点震荡，并通过音色回路产生不同的音色，音乐产生原理及硬件设计由于一首音乐是许多不同的音阶组成的，而每个音阶对应着不同的频率，此次设计是一个由555定时器构成的简易电子琴。
本次实验的目的是：
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定时器构成的简易电子琴的电路原理。
第一章设计内容及要求
1.1设计的基本内容
设计一个简易电子琴，基本要求是：
1）产生e调8个音阶的振荡频率，它分别由1、2、3、4、5、6、7、0号数字键控制。
其频率分别为：
1：
261.6HZ、2：
293.6HZ、3：
329.6HZ、4：
349.2HZ、5：
392.0HZ、6：
440.0HZ、7：
493.9HZ、0：
523HZ。
2）利用集成功放放大该信号，驱动扬声器。
3）设计一声调调节电路，改变滑动变阻器，生成不同的频率声音。
1.2设计要求介绍
产生调8个音阶的振荡频率，它分别由1、2、3、4、5、6、7、0号数字控制，发生频率不同的音调。
本实验采用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。
主振荡器是由555定时器，七个琴键按钮S1-S7，外接电容C1C2，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R9R10等元件组成，颤音振荡器频率较低为64HZ，将输出电压U连接到主振荡器555定时器复位端4，侧主振荡器输出出现震音。
按原理图接线后分别闭合不同开关即可令喇叭发出不同频率的声音，从而模拟出电子琴的工作。
第二章系统组成及工作原理
2.1简易电子琴个模块的设计
2.11按键模块
在电路板上安装八个按键开关，分别接入对应的电路中来控制输出频率。
2.12音调发生模块
由一个555芯片和几个电容以及电阻组成多谐振荡器，经过可调电阻输出设计所需对应的频率。
2.13音响模块
由一个LM386芯片和一个喇叭组成音响，LM386将系统产生的信号放大，经过喇叭发出声音。
2.2简易电子琴的工作原理
音乐产生原理及硬件设计由于一首音乐是许多不同的音阶组成的，而每个音阶对应着不同的频率，这样我们就可以利用不同的频率的组合，即可构成我们所想要的音乐了。
方案原理：
主要用用一个555芯片和一个LM386集成功率放大器来实现此方案。
通过555芯片产生振荡频率，发出信号。
再由经LM386功放将信号放大，驱动扬声器发声。
通过八个可调电阻来实现1、2、3、4、5、6、7、0八个不同音频音阶，从而达到我们所要的效果。
电子琴的具体工作原理图如图2.1所示。
图2.1简易电子琴的工作原理图
第三章电路设计方案与实验参数计算
3.1实验方案及方案介绍
实验方案：
由一个555芯片以及其他元件组成的简易电子琴电路仿真图如图3.1：
图3.1简易电子琴电路仿真图
方案介绍：
该方案主要用一个555芯片来产生振荡频率，调节可变电阻得到1、2、3、4、5、6、7、0所对应音频音阶的频率，再经过LM386集成功率放大器将信号放大，从而驱动扬声器发声。
3.2基本要求电路参数计算
根据所给频率按照555组成多谐振荡器求解周期的公式。
T=1/f=0.7（
+2*
）C（式2-2）
可求得产生1、2、3、4、5、6、7、0所对应频率需要的电阻阻值：
=34.3K;
=28.6K;
=23.3K
=20.9K;
=16.4K;
=12.5K;
=8.9K;
=7.3K.
按照原理图焊接好电路图之后，接上电源，发现电路不工作。
经过检查之后发现出现虚焊，改正后电路工作正常。
通过计算得到可调电阻的阻值分别为：
34.3K、28.6K、23.3K、20.9K、16.4K、12.5K、8.9K、7.3K。
逐个调节可变电阻的阻值，使每个阻值都对应所需的阻值后，电子琴发出所需要的声音，达到了设计的预期效果。
计算周期的公式为：
T=0.7（Rw+2R9）*C1，计算频率的公式为：
f=1/0.7（Rw+2R9）*C1。
第四章单元电路设计、参数计算、器件选择
4.1调谐振荡电路
调谐振荡电路主要以一个555芯片为主，电路如图所示。
图3.1NE555应用电路
4.2功率放大电路
功率放大电路主要以LM386为主，如图
图3.2本实验采用的LM386应用电路
图中，⑦脚所接容量为20μF的电容为去耦滤波电容。
①脚与⑧脚所接电容、电阻是用于调节电路的闭环电压增益，电容取值为10μF，电阻R在0～20kΩ范围内取值；改变电阻值，可使集成功放的电压放大倍数在20～200之间变化，R值越小，电压增益越大。
当需要高增益时，可取R＝0，只将一只10μF电容接在①脚与⑧脚之间即可。
输出端⑤脚所接10Ω电阻和0.1μF电容组成阻抗校正网络，抵消负载中的感抗分量，防止电路自激，有时也可省去不用。
该电路如用作收音机的功放电路，输入端接收音机检波电路的输出端即可。
4.3555芯片介绍
4.31NE555的主要特点
1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。
其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。
2.它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出电平及输入触发电平，均能与这些系列逻辑电路的高、低电平匹配。
3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。
4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。
4.32NE555的内部结构及引脚图
NE555的内部结构可等效成23个晶体三极管、17个电阻、两个二极管，组成了比较器、RS触发器、等多组单元电路。
特别是由三只精度较高5k电阻构成了一个电阻分压器，为上、下比较器提供基准电压。
NE555属于cmos工艺制造。
NE555引脚介绍如图2.1：
1地GND5控制电压
2触发6门限（阈值）
3输出7放电
4复位7放电
图2.1NE555管脚图
4.33NE555参数功能特性
·供应电压4.5-18V
·供应电流3-6mA
·输出电流225mA（max）
·上升/下降时间100ns
4.4LM386集成功率放大器：
4.41外形、管脚排列及内电路
LM386是一种低电压通用型音频集成功率放大器，广泛应用于收音机、对讲机和信号发生器中；LM386的外形与管脚图如图2.2所示，它采用8脚双列直插式塑料封装。
图2.2LM386外型与管脚
LM386有两个信号输入端，②脚为反相输入端，③脚为同相输入端；每个输入端的输入阻抗均为50kΩ，而且输入端对地的直流电位接近于零，即使输入端对地短路，输出端直流电平也不会产生大的偏离
4.42LM386主要性能指标
LM386-4的电源电压范围为5~18v。
当电源电压为6V时，静态工作电流为4mA。
当Vcc=16V，RL=32Ω时输出功率为1W。
①、⑧脚开路时带宽300kHZ，总谐波失真为0.2%,输入阻抗为50KΩ。
4.43LM386几种典型应用电路
第五章实验调试分析及实验小结
5.1测试结果与分析
（1）将元器件焊接好后发现电路无法工作，经过检查发现电容C1（0.1μF）的两个管脚连接在一起，造成短路现象。
解决方法：
将电容C1拆下，两个管脚接在不同的孔中，避免电容造成直接短路。
（2）将1中的电容调节好后然发现电路无法正常工作，听不到扬声器发出声，在多次检查中发现，导线没接好，导致断路，使电路不能正常工作。
解决方法：
把原件拆下重新接上。
（3）导线分布要合适，所用导线不宜过长，过长主要有三点弊处：
1:
减少由于导线过长对电路产生大的误差；
2:
防止过长的导线相互缠绕不方便之后的调试；
3:
线过长容易在调试时把接线弄断。
在每焊好一条线后都要对其进行检查
使其更牢固。
避免在出问题后进行的大规模检查；
5.2实验小结：
通过对整个电路的检查以后，电路没有错误，接通电源，用数字万用表调节可变电阻，使电阻阻值为需要的对应的阻值，依次按下开关，扬声器发出1、2、3、4、5、6、7、0八个对应的音频音阶。
由此可得到此方案是正确的，达到了设计所要求的效果。
这个简易电子琴能实现一些简单的曲子，可以用来当乐器使用。
经过这次设计，学到了不少东西，知道了在以后的设计中要认认真真、仔仔细细，减少短路，只有严格要求自己，那样才能提高自己的操作能力，在现实生活中处事的态度也是如此。
结论
通过两周的课程设计，基本完成了简易电子琴的制作。
电子琴的制作主要涉及是模拟电路和数字电路，这是电子领域中的基本电路，此次课题要求完把数字模拟相结合，并且完成模拟电路的调试，做出的电子琴具有发声准、原理简洁、电路简单、制作成本低，有一定的实用性，可以作为某些简易电子琴的实验样品，然后做成小玩具，具有市场前景，有很大的现实意义。
本次电子琴设计大部分采用IC芯片，当然关键部分在于发音部分，对于模拟发音，是通过555定时发生器产生不同频率的脉冲，利用调节电位器改变接入有效电阻，易于频率的调试。
手动控制和自动控制是用模块化设计，通过模拟开关将两个独立的部分连接起来，模块化的设计主要方便于电路的纠错、改进、测试。
完成的电子琴实物作品整体布局美观、线路连接分明，系统功能良好。
设计过程中，也认识到自己的缺点。
发现自己以前所学的知识不够扎实，只知道一些理论的知识，而实际应用能力很差，需要自己努力的提高，在这几天的学习中我学到了很多的东西，提高了自己的动手能力，但是毕竟时间有限，希望学校和老师能多给同学们机会去实践，把书本上学到的知识应用到实践中去，为以后进入社会打下坚实的基础。
附录一
名称
型号
数量
芯片
NE555
1块
芯片
LM386
1块
电阻
10KΩ
1个
可调电阻
100KΩ
8个
电容
0.1μf1μf10μf47μf
各一个
按钮开关
无
8个
二端开关
无
1个
扬声器
8Ω
1个
可调电阻
50KΩ
1个
电路板
1块
元件清单
附录二
实验电路图
参考文献
【1】杨志忠，《数字电子技术基础.高等教育出版社》，2004。
【2】陈有卿，《实用555时基电路300例》.中国电力出版社，2005。
【3】陈振官.数字电路及制作实例（第一版）.北京：
国防工业出版社.2006.8
【4】沈小丰，《电子技术实践基础》.清华大学出版社，2006。
【5】阎石《.数字电子技术基础（第五版）》.清华大学出版社.2006
【6】汤山俊夫.《数字电路设计与制作》.科学出版社.2005
【7】何希才.常用集成电路简明速查手册（第一版）.北京：
国防工业出版社.2006.8
【8】徐国华.模拟及数字电子技术实验教程.北京：
北京航空航天大学出版社.2004.8
【9】黄继昌.数字集成电路应用300例.北京：
人民邮电出版社.2003.11
【10】梁宗善.电子技术基础课程设计.华中理工大学出版社.1995.1
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