电子节拍器

1电子课程设计报告电子节拍器姓名：谢尚学院：电气学院班级：电信1203学号：311208000425指导教师：刘小莲2摘要学校为了检验专业基础课知识的掌握程度，并培养我们学生的动手能力，学院开设了电子课程设计。本次课程设计是有关于电子节拍器的设计，大致可分为以下几个阶段：(1).设计并绘制电路图；(2).电路的焊接及组装；(3).电路效果的调试；(4).撰写课程设计报告。在课设的进程中，当明确了设计的相关思路及基本要求后，又认真地复习了一遍模拟电路及数字电路的相关内容，通过讨论及多番修改，终于设计出了较简单且能实现要求的电路图。通过组装、焊接、调试，终于制作出了成品，在排错调试、焊接技术、相关仪器设备的实用技能等方面得到了全面的锻炼及提高，使理论真正上升到了实践的高度。设计初期，我们借助学校图书馆的有限图书资源及网络查找到所需芯片的各类信息，经过筛选，选出了值得利用的资料对下一步的课题设计进行辅助。根据要求对两种方案进行了比较及分析，又加之改进，使得最后的设计方案基本符合课题要求。本次课程设计更加深了对数字电路及模拟电路的认识，既巩固了理论知识，又加强了动手能力。本课程设计报告包括了设计要求、设计过程、电路原理及计算、测试及调试、总结及体会、参考文献、附录。对相关芯片的引脚图、真值表也作了简单的介绍。关键字：节拍时钟信号蜂鸣器3目录前言························································4第一章设计要求和系统的组成及工作原理······················51.1设计要求和系统的组成及工作原理······················5第二章电路设计·············································52.1方案设计·············································5方案一················································5方案二················································82.2方案比较·············································11第三章调试与排故···········································123.1调试················································123.2测试结果与分析····································12结论························································13参考文献····················································14电路总图···················································15元件清单···················································164前言本次课程设计的主要目的是检验学生理论结合实际的能力，分析和处理问题的能力。学习了两年的专业基础课，学院为了检验学生对专业基础课知识的了解和实际动手能力。本次课程设计的题目是“电子节拍器”，设计要求：本节拍器具有声光显示功能，有2/4，3/4，4/4三档节拍转换开关，音响有强弱之分，节拍速度连续可调。在前期准备过程中，通过查找许多相关资料，经过综合分析，得出两个可行方案。但由于电路的复杂程度，库房存有元件等因素，通过最终的综合考虑，确定了一套可行方案进行制作，使用NE555产生脉冲信号，它将脉冲信号作为时钟控制CD4017，产生节拍信号，设计中使用发光二极管及蜂鸣器进行声光的显示，使用不同阻值的电阻对信号衰减来得到节拍的强弱。在进行制作时，由于之前的准备工作比较充分，电路图也不是太复杂，加上和同组人的积极合作，电路没用多少时间就连好了，不过刚开始没有声音，发光二极管也只亮一个，经过调试，电路最终取得了成功。5第一章设计要求和系统的组成及工作原理1.1设计基本要求本节拍器具有声光显示功能，有2/4，3/4，4/4三档节拍转换开关，音响有强弱之分，节拍速度连续可调。1.2系统的组成及工作原理本设计电路主要由四部分组成，其分别是：脉冲产生电路、节拍信号产生电路、灯光显示和发声显示。脉冲产生电路，用来产生矩形脉冲信号作为节拍信号产生电路的控制信号；节拍信号产生电路，以脉冲信号作为输入信号产生节拍信号；显示电路,灯光使用节拍信号控制；发声电路，利用功率较大的放大电路来驱动发生器。首先由振荡电路产生一系列的脉冲信号，送到脉冲接收信号电路，通过接受脉冲电路对这一系列脉冲进行一系列的变换，使其能够产生不同的节拍，在将这些变换完的脉冲信号送到一个蜂鸣器，使其能够发出不同的节拍来，同时加上四个发光二极管，以达到有灯光随节拍闪亮的效果。设计参考原理框图如下图所示：6第二章电路设计2.1设计方案方案一总电路图如图3.5所示图3.5方案一总图脉冲产生电路电路如图3.6所示。电路通过555自激震荡产生方波输出，其频率范围为570-2800Hz,调节滑动变阻器可使节拍在每分钟34至170次范围内变化。7图3.6脉冲产生电路图节拍信号产生电路电路如图3.7所示8图3.7节拍信号产生电路图节拍产生器由C4、CD4017、R11等组成。其中脉冲分配器CD4Ol7，其十个输出端QO-Q9，只有一个输出高电平，复位状态下QO输出高电平，在CP0端输入第一个脉冲后Ql输出高电平，输入第二个脉冲后Q2输出高电平，以此类推，输入十个脉冲后电路恢复初始状态。如果把某个输出端接到复位端MR，当该输出端为高电平时电路提前进入复位状态，利用这一特点通过开关接在不同的输出端上形成不同的节拍输出。C4、R11组成开机复位电路.声光显示电路电路如图3.8所示。图3.8声光显示电路图9当Q0、Q2、Q4、Q6其中一路输出高电平时，通过与其相连接的发光二极管再过R3连接到地从而同步发光，另外二极管与四个电阻相连，由于R7的阻值小于R4、R5、R6的阻值,故当Q0输出高电平时，声音控制信号输出的电流大一些，发出强音，区别于其他弱音信号。声音控制信号输出后通过三级管放大，再输出到蜂鸣器进行发声，这样所听到的声音就大。以2／4拍为例说明电路的工作原理：在复位状态Q0输出高电平，通过R7电路发出一重音，LED4灯亮，R4、R5、R6中无电流通过。CP0端输入第一个脉冲后QO输出低电平Q1输出高电平，电路没有输出。输入第二个脉冲后Q2输出高电平，通过R6电路发出一低音，LED3灯亮，R4、R5、R7中无电流通过。输入第三个脉冲后Q3输出高电平，电路没有输出。输入第四个脉冲后，Q4输出高电平，通过开关又使MR端为高电平，脉冲分配器迅速进入复位状态，如此周而复始，就可发出一强一弱的节拍声。3／4、4／4拍的工作原理以此类推。方案二现有方案二总电路图如图3.1所示图3.1方案二总图10速度发生器电路如图3.2所示图3.2速度发生器电路图非门IC2A、IC2B、RPl、C3等组成多谐振荡器作为速度发生器。其振荡频率主要由RPl、R3、C3决定，调节RP1可以使拍子变化，非门选用CD4069.速度发生器的输出脉冲一路送至ICl的时钟输入端CLK，作为时钟信号。另一路经IC2C反相后送至C4、R4组成的微分电路输出负向尖脉冲，并由IC2D整形反相输出脉冲信号作为音调发生器的门控信号，同时经IC2E反相后由发光二极管VD2作节拍的发光指示。音调发生器电路如图3.3所示图3.3音调发生器电路图音调发生器包括高音和低音两部分，IC3A、IC3B、R7、C5等组成高音发声器。IC3C、IC3D、R9、C6等组成低音发声器，高音作为重音拍子。两个音调发生器还受来自节拍控11制器脉冲信号的控制，使它们交替工作、输出所需的节拍，压电片B作节拍输出的发声器。节拍信号产生器电路如图3.4所示图3.4节拍信号产生器电路图节拍产生器由ICl、VDl、S2、C2、R1等组成。ICl是十进制计数器，CD4Ol7是脉冲分配器，其十个输出端QO-Q9，只有一个输出高电平，复位状态下QO输出高电平，在CLK端输入第一个脉冲后Ql输出高电平，输入第二个脉冲后，Q2输出高电平，以此类推，输入十个脉冲后电路又恢复到初始状态。如果把某个输出端通过二极管VD1接到复位端RST，则当该输出端为高电平时电路即提前进入复位状态，我们正是利用这一特点把VD1通过开关S2接在不同的输出端上形成不同的节拍输出。C2、R1组成开机复位电路。2.2方案比较通过在电脑上进行仿真，方案一和方案二都可行，都可以产生有强弱之分的节拍，且可以打出多档节拍，具有声光同步显示的功能。方案一的特点是电路比较稳定，使用的元件多，效果相对较好。方案二的特点是电路比较简单，使用非门CD4069、与非门CD4011和十进制计数器CD4017三种常用的芯片，线路连接也比较简单。方案二的驱动能力也许不够，蜂鸣器发出的声音可能比较小，这样的音调信号如果要进行放大的话会比较困难，而且该方案还需要5V和9V双电源，没有方案一简便，可行性没有方案一好，故最后决定用方案一进行制作。12第四章调试与排故4.1调试经过之前的准备工作，已经确定了制作方案。由于电路比较复杂，使用的导线和各种器件很多，所以在负责人那领完元件后，就和同组人明确分工，同组人看图并说明，作者连接线路，两人同时看着电路的连接，这样既可以节省时间，也不容易出错。但是由于是首次做，所以一开始我们就把所有的元件都焊上去了，导致没法连线，于是自己又去电子市场买了一份全新的器材回来。在重新开始连接好电路之后，开启电源，发现只有一个二极管发光，蜂鸣器却没有发声。后来经过与同组人检查，发现自己原来是芯片插反了，线路有点问题，后来，二极管发光正常，蜂鸣器没发声说明蜂鸣器或是声光显示电路可能出现问题。关闭电源，就开始检查蜂鸣器的正负极是否连错，结果发现时二极管接反了。之后开启电源，二极管发光，蜂鸣器也有声音了，都有节奏感。4.2测试结果与分析（1）将导线开关连在2/4拍，接通电源开关，蜂鸣器发出“强弱强弱”的节奏声，发光二极管D4和D3也随着节拍声交替发光,发出强音时D4亮，发出弱音时D3亮。分析：“强弱强弱”的节奏声正是2/4拍的节奏，说明电子节拍器能够正常发声和发光。（2）将导线开关连在3/4拍，蜂鸣器发出“强弱弱强弱弱”的节奏声，发光二极管D4、D3和D2也随着节拍声交替发光，发出强音时D4亮，发出第一声弱音时D3亮，发出第二声弱音时D2亮。分析：“强弱弱强弱弱”的节奏声正是3/4拍的节奏，说明电子节拍器能够正常发声和发光。（3）将导线开关连在4/4拍，蜂鸣器发出“强弱弱弱强弱弱弱”的节奏声，发光二极管D4、D3、D2和D1也随着节拍声交替发光，发出强音时D4亮，发出第一声弱音时D3亮，发出第二声弱音时D2亮,发出第三声弱音时D1亮。分析：“强弱弱弱强弱弱弱”的节奏声正是4/4拍的节奏，说明电子节拍器能够正常发声和发光。（4）调节滑动变阻器，节拍声节奏加快，发光二极管闪烁节奏也同步加快；反向调节变阻器，节拍声节奏减慢，发光二极管闪烁节奏也同步减慢。所以判定制作的电子节拍器的节拍速度连续可调。以上测试结果表明：制作的电子节拍器能够完全正确地完成设计所要求的功能，该制作是成功的，该课程设计也是成功。13结论开始拿到课题，确实有点困难，通过大一到现在的学习，从电路模电数电低频高频学到了很多关于这方面的理论知识。虽然是第一次做设计但是通过上网以及查阅资料还是找到了制作的方法，有两套方案第一套方案是使用非门CD4069和若干电阻，电容产生脉冲信号，使用与非门CD4011和若干电阻，电容产生高音和低音信号，使用十进制计数器CD4017作节拍产生器的电子节拍器