简易电子琴电子工艺课程设计报告.docx
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简易电子琴电子工艺课程设计报告
石家庄经济学院信息工程学院
电子信息工程与通信工程专业
电子技术课程设计报告
题目：
简易电子琴设计
姓名
学号
班级
指导教师
2011年6月27日
要求：
1．指导教师按照课程设计大纲要求完成学生课程设计指导工作。
2．课程设计任务书由指导教师照大纲要求填写，内容要全面。
3．课程设计报告由参加本学生填写。
课程设计结束时交指导教师。
（打印稿一份，电子稿一份）
4．指导教师要根据每一位学生课程设计任务完成情况，认真审核设计报告，并在课程设计结束时，给出客观、准确的评语和成绩。
5．课程设计任务书和报告要语言流畅，图表正确规范。
6．本表要用钢笔、圆柱笔填写或打印，字迹工整。
（请把此页打印在封面的背面，打印时请删除此句话）
课程设计任务书
班级姓名学号
课程设计题目简易电子琴设计
课程设计起止日期2011年6月13至2011年6月30号
实习地点
课程设计内容与要求
一、设计内容与要求：
用小规模集成芯片设计并制作简易电子琴，具体要求如下：
1、具有不同发音功能，能通过按键，发出不同音调的八个音。
2、具有功率放大功能，能将555发出的低功率音放大。
3、具有调音功能，当音调不准时，能通过调节来将音调美化。
4、具有滤波功能，能将直流信号隔绝，降低杂音。
二、扩展：
1、能通过自制直流稳压电源自行供电。
指导教师
年月日
课程设计报告
一、设计原理与技术方法：
包括：
电路工作原理分析与原理图、元器件选择与参数计算、电路调试方法与结果说明；
软件设计说明书与流程图、软件源程序代码、软件调试方法与运行结果说明。
1.1原理分析，画原理框图：
图一
简易电子琴原理框图如图一所示，它包括：
1、输入琴键开关；
2、滑动变阻来调节输出频率，从而来调节电子琴的音调；
3、555振荡器，通过555来组成多谐振荡器，从而来发出相应频率的脉冲波形；
4、通过功率放大芯片来将555发出的低功率波形进行功率放大；
5、将放大的脉冲波形输入扬声器，通过扬声器纸盆随着脉冲波形的震动而发出相应的频率的声音。
其中第三部分是系统最主要的部分，本系统主要就是通过555来组成多谐振荡器来发出相应频率的脉冲波形，因为只有震荡的信号才能使扬声器发出声音。
1.2元器件选择与参数计算
电子琴所需元件
元件名称
元件型号
规格
数量
备注
脉冲发生器
NE555
直插式
1
8脚
功率放大器
LM386
直插式
1
8脚
滑动变阻器
10K
8
20K
1
电容
瓷片
0.1uF、0.01uF
2
电解
4.7uF、0.047uF、220uF
4
电阻
1K、220K
2
琴键开关
8
扬声器
1.5W
1
直流稳压电源所需元件
元件名称
元件型号
规格
数量
变压器
220V-12V5W
1
整流二极管
IN4007
4
三端稳压器
7806
6V
1
电容
电解
220uF、0.1uF
3
由555定时器构成的多谐振荡器如图2（a）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。
图2555定时器构成的多谐振荡器电路及工作波形
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2（b）所示为工作波形。
555定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列分别如下：
【逻辑符号】
【内部原理图】
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（1/3）VCC和（2/3）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
本系统主要是通过改变图2（a）中的R2来改变输出波形的频率。
音阶
真实频率/Hz
1
261.6
2
293.7
3
329.6
4
349.2
5
392.0
6
440.0
7
493.9
i
523.3
此为音阶的实际频率，通过公式f=1/0.69（R1+2R2）C来进行计算，如果进行电阻串联并选择电容为0.1uF，只需每个音相对应滑动变阻器最高音在13K左右，其他音在2K左右既能满足。
然后再在555输出端连接一个4.7uF的电容来进行高通滤波，隔绝掉低频和直流部分，消除噪音干扰。
然后再通过LM386来进行功率放大。
图3（a）图3（b）
图3为LM386的引脚图和最简功率放大的接法，其中的运算放大器开环，工作在非线性区，当3输入低电平时，55输出低电平，当三位高电平时，5输出最高的电压。
从而将3输入的脉冲波进行功率放大，增大声音。
1.3电路调试方法与结果说明
本系统主要是通过万用表来进行调试，来探测各点高低电平，然后对照电路图，检查接线焊接是否正确。
并且在正式焊接前，每人都花费专门时间练习焊接。
由于有较好的焊接基础，且电路图事先在理论上验证确认无误，所以焊接一路都很顺利。
只是在完工后，电路板未能非常完好的工作，经检验，发现是有一个焊点有问题，重新焊牢固后问题解决。
但是扬声器老是有杂音，经检查是555振荡器发生了自激震荡，在VCC与地之间加接一个220uF的电容去耦后，问题解决。
二、课程设计工作记录：
包括：
设计步骤与时间安排、调试步骤与时间安排、课题完成结果说明
2.1设计步骤与时间安排（6月20日至6月22日）
2.1.1振荡电路
该电路主要是通过555组成多谐振荡器来发出相应频率的脉冲波形，和脉冲频率有关的参数是图2中R1、R2和C，本电路中通过改变R2阻值来改变脉冲波的频率，从而来改变音调，R2即为电路中的滑动变阻器R1到R8。
振荡电路如图4。
图4
2.1.2功率放大电路
功率放大部分主要是通过开环工作的运算放大器，由于此时运算放大器工作在非线性区，输出端会随着输入端的高低而输出最大电压与最小电压，从而将输入端信号的功率放大。
如图5。
图5
2.1.3滤波电路
电路中没有特意的滤波电路，但是在555和386的输出端分别接上了电容来进行隔直和滤掉低频噪声如总电路图6中的C3和C5；并且为了防止555的多谐振荡器发生自激震荡，所以电路在VCC与地之间接上了一个电容来进行去耦，如总电路图6中的C6。
图6总电路
2.1.4直流稳压电源
直流稳压电源先是通过变压器将220v的电压变成12v的电压，然后经过整流桥整流，此时的波形是周期全波余弦信号，然后通过电容滤波再次整流，此时的波形近似为直线，然后通过三端稳压器7806稳压后，12v近似直线的信号就变为6V直流信号。
此即为直流稳压电源的工作原理。
2.2调试步骤与时间安排（6月23日至6月24日）
电路完工后，电路板未能非常完好的工作，扬声器没有声音，经检验，发现是有一个焊点有问题，重新焊牢固后问题解决。
但是扬声器老是有杂音，经检查是555振荡器发生了自激震荡，在VCC与地之间加接一个220uF的电容去耦后，问题解决。
2.3课题完成结果说明
基本要求与扩张功能均达到要求，电子琴音调符合实际，旋律优美，各放大电路与稳压电源工作正常稳定，电路板已成功验收。
三、心得体会：
一个星期的实训很快结束了。
通过对简易电子琴的设计，我认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。
在此次的课程设中计，我不仅巩固了以前学习过的知识，还增长了一些书本以外的知识，比如说制作万用板的过程，及焊接的方法，如何能焊接的光滑，美观，布线能够清爽一目了然，这些光看书本是永远也学不到的。
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，也明白课程设计的意义所在，它教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的分析能力、动手能力及处理问题的能力，还增强了我们的团结互助精神。
在整个设计到电路板的制作、电路的焊接以及调试过程中，我用心做好每一步，虽然做的电子琴原理简单焊接不是很困难，但是每一份付出背后的成功都是值得开心的。
当然，我从实训中也发现了自身的许多缺点及不足，比如做事不仔细，导致虚焊。
课程设计验收
指导教师评语及成绩：
成绩
指导教师签字
年月日
教研室主任意见
教研室主任签字
年月日
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