555定时器和lm386设计音符产生器.docx

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555定时器和lm386设计音符产生器

五邑大学

电子技术课程设计报告

题目：

音符产生电路

院系机电工程学院

专业机械工程及自动化

学号AP1008425

学生姓名吕飞

指导教师王玉青

音符产生电路

一、题目的要求和意义

要求：

使用中小型集成电路设计交函数发生器要求完成以下功能

•用555定时器产生不同频率的音符信号；

•用LM386对所产生的音符信号进行放大；

•用喇叭播放出声音信号，要求至少产生5个音符信号；

可选用的器件与元件：

LM386，NE555，喇叭各一个，电阻、电容任选

课程设计的目的和意义：

1.熟悉555和LM386相关芯片的内部结构和功能，合理运用其内部及功能，

完成相应的设计工作。

2.能够对电子电路、电路板、电子元器件等一些相关与电子等方面的知识

有进一步的认识，并独立对其进行测试和检查。

3.培养学生根据需要选学参考书，查阅手册，图表和文献资料的自学能力，

通过独立思考﹑深入钻研有关问题，学会自己分析解决问题的方法。

4.利用所学过的知识，通过设计计算﹑元件选取﹑电路板制作调试等环节，

初步掌握工程设计的技能。

5.掌握常用仪表的正确使用方法，学会简单电路的实验调试和整机指标测试

方法，使学生巩固和加深对数字逻辑电路的理论知识，锻炼学生的动手能

力。

6.了解与课程有关的电子电路以及元器件工程技术规范，能按课程设计任务

书的技术要求，编写设计说明，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制

电路图。

7.培养严谨的工作作风和科学态度，使学生逐步建立正确的生产观点，经济

观点和全局观点。

2、硬件电路设计

2.1由555集成定时器产生不同频率的音符信号

555定时器是一种将模拟功能与数字功能结合在一起的多用途集成器件，外加少量

的阻容元件，就能方便地构成矩形波发生器。

555集成定时器的内部电路和芯片引脚排列如下图1和图2所示。

555集成定时器内部含有C1和C2两个电压比较器、一个R-S触发器、一个三极管T和3个5KΩ电阻组成的分压器。

电压比较器C1的基准电压为Vcc*2/3，加在同相输入端；电压比较器C2的基准电压为Vcc/3，加在反相输入端，两个基准电压都从分压器上取得。

555集成定时器外引线端的用途是：

1为接地端。

2为低电平信号输入端。

当2端的输入电压高于Vcc/3时，电压比较器C2的输出为“1”；当2端的输入电压低于Vcc/3时，C1的输出为“0”，使基本R-S触发器置“1”。

3为输出端。

输出电流可达200mA，可以直接驱动继电器、发光二级管、扬声器、指示灯等。

输出电压比电源电压Vcc低1～3V。

4为复位端。

由此端输入负脉冲，触发器便直接置位，即置“0”。

5为电压控制端。

在此端可外加电压，以改变电压比较器C1的基准电压。

不用时，经0.01uF的电容接地，以防止干扰的引入。

6为高电平信号输入端。

当6端输入电压低于Vcc*2/3时，电压比较器C1的输出为“1”。

当6端输入电压高于Vcc*2/3时，电压比较器C1的输出为“0”，使触发器置“0”。

7为放电端。

当触发器的非Q为“1”时，放电三极管VT饱和导通，外接电容元件通过三极管T放电。

8为电源端。

可在5～8V范围内使用。

设计原理如下图所示555与电阻，电容等组成可控多谐振荡器，振荡频率取决于Ra、R6，C3，计算公式及计算过程如下

555定时器工作部分电路设计及一组工作波形图如下图3所示

矩形波发生器的震荡周期为T=0.7（Ra+2R6）C3

频率f=1/T=1/（0.7*0.1*10-6*（Ra+2R6））Hz

式中Ra是对应图中R1～R5不同的组合值，这取决于与开关K1～K5的通断情况。

K1闭合：

Ra=2k

K2闭合：

Ra=10.2k

K3闭合：

Ra=18.4k

K4闭合：

Ra=28.6k

K5闭合：

Ra=48.6k

将Ra的值代入f=1/T=1/（0.7*0.1*10-6*（Ra+2R6））Hz

解得开关由左至右分别控制电路得到的频率为

243.68Hz，370.00Hz，500Hz，700Hz，1170Hz（均为人耳能够听到的音频范围）

各个开关产生的波形在相同截图情况下周期分别对应下图：

K5闭合K4闭合K3闭合

K2闭合K1闭合

2.2用LM386对所产生的音符信号进行放大

　LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、更新内链增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点的功率放大器。

LM386内部电路原理图和芯片引脚排列如下图4和图5所示。

LM386内部电路与通用型集成运放相类似，它是一个三级放大电路。

第一级为差分放大电路，T1和T3、T2和T4分别构成复合管，作为差分放大电路的放大管；T5和T6组成镜像电流源作为T1和T2的有源负载；T3和T4信号从管的基极输入，从T2管的集电极输出，为双端输入单端输。

出差分电路。

使用镜像电流源作为差分放大电路有源负载，可使单端输出电路的增益近似等于双端输出电容的增益。

第二级为共射放大电路，T7为放大管，恒流源作有源负载，以增大放大倍数。

第三级中的T8和T9管复合成PNP型管，与NPN型管T10构成准互补输出级。

二极管D1和D2为输出级提供合适的偏置电压，可以消除交越失真。

电阻R7从输出端连接到T2的发射极，形成反馈通路，并与R5和R6构成反馈网络，从而引入了深度电压串联负反馈，使整个电路具有稳定的电压增益。

LM386的外形和引脚的排列如右图所示。

引脚2为反相输入端，3为同相输入端；引脚5为输出端；引脚6和4分别为电源和地；引脚1和8为电压增益设定端；使用时在引脚7和地之间接旁路电容。

通过分析一些常用的LM386器件的放大的电路，LM386工作部分设计电路如下图：

2.3将555定时器工作电路和LM386工作电路连接构成如下电路图：

Proteus仿真电路：

Proteus生成的材料清单：

Category,Quantity,Reference,Value,OrderCode

Resistors,1,"R1",2k,

Resistors,2,"R2,R3",8.2k,

Resistors,1,"R4",10k,

Resistors,1,"R5",20k,

Resistors,1,"R6",5.1k,

Capacitors,3,"C1,C4,C6",4.7uF,

Capacitors,1,"C2",0.01uF,

Capacitors,1,"C3",0.1uF,

Capacitors,1,"C5",47uF,

IntegratedCircuits,1,"U1",LM386,

IntegratedCircuits,1,"U2",NE555,

Miscellaneous,1,"LS1",SPEAKER,

Miscellaneous,5,"SW1-SW5",SW-SPST,

面包板元器件连接组装图：

3、电路调试内容及结果分析

本次课程设计是由我和队友罗鸿一起组合完成的，我们通过不断的在网上和图书馆及书本上查找相关资料，最终一步步确定了一个可行的方案！

在这过程中，我学会了proteus软件进行一些简单的仿真与调试工作，这对完成电路的模拟工作起到了至关重要的作用，对我们进行实物连接增加了自信！

开始进行proteus仿真软件的时候，要经常查找一些元件的英文字母以方便从元件库调用，proteus软件的不熟悉也使得开始时仿真出现了一些问题，一些原本设计的电路元器件的值没有正确在proteus中正确修改！

关于LM386电路放大电路工作部分，我们根据网上常用的案例进行设计，所以这个设计的比较快，直接进行模仿比较即可完成！

仿真成功后，我们开始提供元器件清单，领到元器件后发现没有我们需要的一些电阻值，然后我们又在原来的基础上修改了C3和R1～R6的值，以便能够调试到合适的频率。

最终我们根据已经有的电路和电容确定了C3和R1～R6的值。

根据频率公式频率f=1/T=1/（0.7*0.1*10-6*（Ra+2R6））Hz

设计的开关由左至右分别控制电路得到的频率为

243.68Hz，370.00Hz，500Hz，700Hz，1170Hz（均为人耳能够听到的音频范围）且人耳在各个频率之间能够分辨率，最终我们确定了该电路图的C3和R1～R6的值。

4、课程设计体会

通过对音符产生电路的设计，认识到了要学会运用书本上所学的知识的重要性。

通过课程的设计，一方面可以加深对电子与电工技术课本中关于震荡电源的理解，也能加深对电工技术开课必要性的理解！

从设计电路中我们学习到了要如何运用所学的只是去解决实际问题，提高我们的动手能力。

从这里我们可以学习到复杂的电子系统设计的一般方法，了解和掌握模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力。

同时，也是我们进行基本技术技能训练得到了锻炼！

参考文献：

《电工与电子技术》振荡电源部分毕淑娥主编2011年2月第1次印刷

《模拟电子技术基础》唐治德主编2009年8月第1印刷

《555定时器》XX百科

《最全LM386中文资料》XX文库