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1摘要电子琴是现代电子科技与音乐结合的产物，是一种新型的键盘乐器，它在音奏中已成为不可缺少的一部分。本文主要介绍运用555定时器制作简易电子琴的设计方法。该方法利用555定时器构成多谐振荡器，通过按键控制不同的RC组合应用多谐振荡器产生不同频率八个基本音阶的脉冲信号波，然后连到扬声器上，即可发出八音阶的音乐。在该设计中，利用了555定时器构成的多谐振荡器产生各音阶不同频率的脉冲，不仅仅使其频率调节更加方便，而且发出的声音稳定、饱满。关键词：简易电子琴，555定时器，多谐振荡器，八个基本音阶目录2目录前言·······························································1第一章设计内容及要求··········································21.1设计的基本原理··············································21.2设计要求···················································2第二章系统组成及工作原理·····································32.1系统组成···················································32.1.1按键模块··················································32.1.2音调发生模块··············································32.1.3音响模块··················································42.2工作原理···················································42.2.1NE555多谐振荡器··········································52.2.2LM386集成功率放大器······································7第三章方案比较·················································83.1方案一······················································83.2方案二······················································93.3方案三·····················································103.4方案分析与比较·············································11第四章参数计算、器件选择····································124.1参数计算···················································124.2器件选择···················································12第五章系统调试及测试结果分析······························145.1系统调试···················································185.2硬件调试···················································1935.3测试结果与分析·············································195.4误差分析···················································19实验小结及心得体会················································20结论······························································21参考文献·························································22附录一····························································23附录二····························································241前言随着当代科学设计的发展，电子产品在人们的日常生活中占据着越来越多重要的地位。电子琴作为其中的一个典型代表，引领着许多孩子进入音乐的殿堂。因此，我们选择了简易电子琴这个题目来制作，因为它不仅能过提高实际动手能力，还与实际生活有着紧密的联系。模拟电子技术基本教程是一门实践性很强的课程，而此次课程设计依据的理论基础是模拟电子技术基本教程，其主要目的是通过本课程的培养，启发学生的创造性思维，进一步探究书本知识。本课程设计是设计出一个电子产品，先焊接好，再进行检验。在电子课程设计的过程中，系统的概念十分重要，熟悉从系统的层次分析问题、解决问题的方式。基本方法除了实验课中要求掌握的功能测试、故障排除等各种一般方法以外、要特别注重使用“电路拼装”的方法。课程设计的一般步骤如下：（1）、选择一个课题；（2）、查阅有关资料；（3）、进行可行论证；（4）、通过设计方案的比较，定出最优的设计方案；（5）、分解为多个模块；（6）、分别设计各个功能模块电路，并完成调试；（7）、组装成完整的数字系统；(8)、编写设计、安装、调试报告。2第一章设计原理及要求1.1设计的原理555定时器是一种中规模集成电路，外形为双列直插8脚结构，体积小，使用起来方便。只要在外部配上几个适当的阻容元件，就可以构成施密特触发器、单稳态触发器及多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。它在波形的产生与变换、测量与控制、定时电路、家用电器、电子玩具、电子乐器等方面有广泛的应用。由555定时器电路组成的多谐振荡器，它的振荡频率可以通过改变振荡电路中的RC原件的数值进行改变。根据这一原理，通过设定一些不同的RC数值并通过控制电路，按照一定的速度依次将不同的RC组件接入振荡电路，就可以使振荡电路按照设定的要求，有节奏的发射已设定的音频信号与音乐。下图为电子琴总框图：图1.1简易电子琴总框图1.2设计要求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3第二章系统组成及工作原理2.1系统组成2.1.1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。如图2.1.1所示。图2.1.1图2.1.1示电路实现频率的控制，采用一个单刀单掷开关来代替按键开关，从左到右依次闭合开关，即可以获得所需的频率。2.1.2音调发声模块图2.1.2图2.1.2所示是整个电路设计的关键，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。42.1.3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。模块设计图如图2.1.3所示图2.1.3音响模块2.2工作原理音乐产生原理及硬件设计由于一首音乐是由许多不同的音阶组成的，而每个音阶对应着不同的频率，例如本次实验所需频率如下：1：261.6HZ、2：293.6HZ、3：329.6HZ、4：349.2HZ、5：392.0HZ、6：440.0HZ、7：493.9HZ、0：523HZ。由此，我们就可以利用不同的频率的组合，奏出不同的音调，即可构成我们所想要的音乐了。工作原理图如图2.2所示图2.2简易电子琴的工作原理图52.2.1NE555多谐振荡器：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2.2.1.1：图2.2.1.1NE555管脚图1地GND；2触发端；3OUT输出端；4复位R接低电平时及电路不工作，不用时应接高电平；5CO或VC为控制电压端。若此端外接电压，则可以改变内部两个比较器的、基准电压，当改端不用时，应将该端传入串入一只电容接地，以防引入干扰；6触发端；7D放电端。该端与放电管集电极相连，用作定时器式电容的放电；8VCC（或VDD）外接电源VCC，双极性是基电路VCC的范围是4.5—16V,一般5V。6【内部原理图】如图2.2.1.2所示图2.2.1.2内部原理图图2.2.1.3555定时器构成的多谐振荡器电路及工作波形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VCC和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（低电平）。72.2.2LM386集成功率放大器：2.2.2.1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引脚图如图2.2.2.1所示，它采用8脚双列直插式塑料封装。图2.2.2.1LM386引脚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。2.2.22LM386主要性能指标LM386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。本实验采用的是C调音阶，其音阶频率与对应电阻R8值，根据T=0.7（R9+R8）C可计算R8的值。8第三章方案比较3.1方案一用两个9013三极管来完成此设计，该设计用两个9013组成多谐振荡器，用它来发出所要音频的频率，最后连接到扬声器组成基本电路。此方案虽然可行，但是扬声器的声音不大，效果不是很真实，所以不采用此方案。利用9013来产生对应音频频率电路如图3.1图3.1简易电子琴仿真电路（一）用两个9013三极管组成多谐振荡电路，所要求产生的频率是由V1、V2组成的多谐振荡电路决定，产生出的频率驱动扬声器发出声音。原理图中涉及到了R1、R2、C1、C2、Rw*。计算周期的公式为：T=0.639[（R1+Rw*）*C1+(R2+Rw*)*C2],计算频率的公式为f=1/0.639[（R1+Rw*）*C1+(R2+Rw*)*C2]。93.2方案二主要是用两个555芯片和一个LM386芯片、一个扬声器以及若干个电阻电容来组成简易电子琴的系统。此方案中第一个555芯片用来产生锯齿波形，然后经过第二个555芯片和其他电阻电容组成的施密特触发器将锯齿波形转变成放波波形，产生驱动扬声器的信号，再经过LM386将信号放大使扬声器发出声音。我们只要调整接入的电阻阻值就能得到对应音频的频率，从而达到所要的效果。不过这个方案要使用两个555芯片，在经济上不是很合理，所以不选择此方案。由两个555芯片以及其他元件组成