简易电子琴数电i课程设计任务书.docx

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简易电子琴数电i课程设计任务书

简易电子琴的设计与仿真

目录

1绪论…………………………………………………1

2设计方案原理……………………………………….2

2.1多谐振荡器工作原理…………………………..........2

3单元电路设计…………………................................4

3.1多谢振荡器………………………………................4

3.2琴键开关………………………………………......5

3.3扩音器…………………………………………......5

3.4器件选择……………………………………………………6

4电路图的绘制………………………………………7

5电路的仿真及调试…………………………………9

6体会…………………………………………………9

参考文献………………………………………………10

1绪论

电子琴是一种很简单的电子产品，目前市场上所售的电子琴多为基于单片机所设计的。

本次课设要求利用数电知识，设计一个能奏出八个音阶的电子琴。

虽然没有基于单片机的电子琴那么多的功能，但是电子琴的基本功能是可以满足的。

本次设计的主要内容为：

根据数电课程所学内容，结合其他相关课程知识，设计一个简易电子琴，以加深对单片机知识的理解，锻炼实践动手能力。

本次设计的要求为：

A基本要求：

①具备8个按键，能够分别较准确地弹奏出1～

八个音符。

②选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。

计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。

用EWB或MULTISIM软件完成仿真，并按规定格式写出课程设计报告书。

B扩展要求：

①能够弹奏出至少21个音符（三个音阶）。

②能够较便捷地完成音阶的升降。

（按一个开关实现升8度，按另一个开关实现降8度）

我们生活在一个信息时代，各种电子产品层出不穷，作为一个信息专业的学生，了解这些电子产品的基本组成和设计原理是十分必要的，我们学习的是数字电子技术基础，而课程设计正是对我们学习的理论的实践与巩固。

2设计方案原理

本方案为利用555多谐振荡器能输出脉冲信号的特性，通过改变振荡器外接电阻的阻值来改变振荡器输出脉冲的频率，驱动喇叭发出各种音阶。

电子琴所用琴键即为改变电阻阻值的开关，通过改变阻值使输出与琴键音阶相对应。

原理框图为

2.1多谐震荡器工作原理

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

3单元电路的设计

3.1多谐震荡器

利用多谐振荡器产生周期脉冲电路图如下图所示

图中引脚功能：

1脚：

GND（或Vss）外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。

2脚：

低触发端。

3脚：

OUT（或Vo）输出端。

4脚：

是直接清零端。

当R端接低电平，则时基电路不工作，此时不论

、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。

5脚：

CO（或VC）为控制电压端。

若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只10nF电容接地，以防引入干扰。

6脚：

TH高触发端。

7脚：

D放电端。

该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。

8脚：

VCC（或VDD）外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5～16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3～18V。

其中C1为抗干扰电容，C2为充放电电容。

3.2琴键开关

通过控制琴键开关来控制振荡器输出脉冲的频率，达到所需要的输出，其电路图如下

用上图中电路代替多谐振荡器中的R1，即为有琴键开关控制的多谢震荡器。

根据各音阶的频率，算出相应的电阻值，然后按图示排列，当按下相应的开关时，该条支路导通，振荡器即可输出相应音阶的频率。

3.3扩音器（喇叭）

将多谐振荡器的输出接到一个扩音器上即可实现电子琴的音频输出，电路如下图

喇叭的一端与一个电容串联接到多谐振荡器的输出端，另一端接地，串联电容的作用是补偿电路。

3.4器件选择

1．集成555定时器，管脚图见下图

2．电容

电容C1为抗干扰电容取22nf，电容C2为充放电电容取10nf，电容C3为补偿电容取4.7uf。

3．电阻

4电路图的绘制

上图为总体电路图，其中由拨码开关控制音调的升降，当拨通中间的开关时，控制最左边的一列开关可以实现中音的八个音；当拨通右边的开关时，通过控制中间的一列开关可以实现低音的八个音；当拨通左边的开关时，通过控制右边的一列开关可以实现高音的八个音。

电路的实物图见下图。

实物图

5电路的仿真及调试

由于仿真结果是声音信号，无法用书面表示，故用语言来描述仿真的过程与结果。

按总体电路图接好电路后，开启仿真开关，通过控制琴键开关，可以得到大致的八个音，改变音阶控制开关，也能实现音阶的升降。

但是会有干扰的杂音，尝试过改变元件的数值，还是无法避免杂音。

刚开始仿真时，得到的音调有一点点的走调，修改了部分电阻的阻值之后，这种情况有了很大的改善。

需要强调的是连接线路时必须要仔细，本人因为刚开始连线时连错了一根线，结果仿真耗费了很多时间才做出来。

总之只要弄懂了电路的原理，并且仔细一点，仿真就会变的很简单。

6体会

这次课设不但让我学习到了调试电子电路的方法，还提高了我的实际动手能力，而且让我了解到了由555定时器构成简易电子琴的电路及原理。

本次课设着重于培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。

本次课设是为了让学生学习较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，由学生自行设计、自行制作和自行调试。

通过这次课设对学生进行了基本技术技能训练，如基本仪器仪表的使用，常用元器件的识别、测量、熟练运用的能力，掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用仿真软件、实验设备进行调试和数据处理等。

最主要的是，这次课设培养了我们学生的独立创新能力，身为一名21世纪的大学生，这是我们最需要的。

通过这次数电实验，让我对所学的知识有了进一步的巩固和提高，这次课设还培养了我的耐心和毅力，让我学到了很多。

参考文献

1．陈永甫主编，《555集成电路应用800例》，电子工业出版社，1992年出版

2．伍时和主编，《数字电子技术基础》，清华大学出版社，2009年出版

3．祁存容主编，《数字技术基础实验》（数字电子技术部分），武汉理工大学教材中心，2008年出版

4．康华光主编，《电子技术基础数字部分》，高等教育出版社，2006年出版

5．王志功主编，《集成电路设计基础》，电子工业出版社，2004年出版