勇简易电子琴设计

1明达职业技术学院实训(实践)报告2010－2011学年度第一学期信息工程系电子信息工程技术专业班级09电信（1）学号43093126课题名称简易电子琴设计与制作学生姓名魏善勇指导教师王青2011年6月232摘要在刚刚进入2009年的气息下！到处都在处于经济危机的阴影下！但是这个电子行业觉感觉到了有一点复苏的气息！电子这个行业在各种高端技术方面已经站稳了它的脚跟，但还是有待提高。而在这个经济繁荣的社会上，高端技术已经林林树立！而作为钢琴来说电子琴已经比普通钢琴更受消费者喜欢和接受!特别是青少年,所以以后市场占有率肯定是空前的繁荣！就这个简易电子琴它主要是由NE555定时器以及一些电阻、电容、开关、和LM386芯片串并联组成!基本设计要求是由NE555产生频率振荡，主要采取不同的电阻来控制频率、再由不同的频率来控制不同的音质啊！制作过程中发现了一些问题，通过共同的分析研究得到解决，此次的课程设计巩固了前阶段所学的理论知识，增强了动手实践能力。关键字：NE555LM386频率简易电子琴3目录前言····································································1第一章简易电子琴概要设计··············································2第二章简易电子琴的详细设计2.1设计方案一·····················································32.2设计方案二·····················································32.3设计方案选择···················································4第三章简易电子琴设计电路、参数计算与引脚图3.1简易电子琴控制电路··············································5第四章简易电子琴的系统组成及器件工作原理4.1脉冲形成：有电阻及555形成的多谐振荡器组成及工作原理········································································6第五章实验调试及测试结果分析············································8设计与体会结论····························································9参考文献··································································10附录一····································································10电子专业课程设计任务书·············································114前言随着当代科学技术的发展，电子产品在人们的日常生活中占据着越来越重要的地位。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，因为它不仅能够提高我的实践动手能力，还与实际生活有着紧密地联系。脉冲与数字电路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脉冲与数字电路的相关知识。其主要目的是通过本课程的培养，启发学生的创造性思维，进一步理解数字系统的概念，掌握小型数字系统的设计方法，掌握小型数字系统的组装和调试技术，装握查阅有关资料的技能。基本任务是设计一个小型数字电子系统，基本要求是组装一个小型电子产品，一般要求焊接，检验再检验。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：（！）、选择一个课题；（2）、查阅有关资料；（3）进行可行性论证；（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。5第一章简易电子琴概要设计1.1设计要求基本要求：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：1：261.62：293.63：329.64：349.25：392.06：440.07：439.90：5231.2主要元器件：LM386，555，喇叭，按键开关，电阻，电容，导线等。设计目的（1）熟悉555和LM386等相关芯片的内部结构和功能，合理运用其内部及其功能，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与检查。（3）这次试验对排错调试、以及相关设备的使用等方面的得到了比较全面的锻炼和提高。并进一步巩固了在课堂上学习的理论知识！6第二章简易电子琴的详细设计2.1简易电子琴设计方案一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，振荡频率取决与Ra、R16、C3的值公式如下f=1.44/(Ra+R16)C3式中Ra是对应图中的R1-R8不同的组合值，这取决与开关K1-K8的通断情况。在进行音符调试时可用定位器对其进行调试并确定其每个音阶所对应的阻值。用电阻来控制频率频率来控制音阶，用LM386对其音频进行功放使功率增大从而使其声音发生增大。2.2简易电子琴设计方案二（一）音乐产生原理及硬件设计由于一首音乐是许多不同的音阶组成的，而每个音阶对应着不同的频率，这样我们就可以利用不同的频率的组合，即可构成我们所想要的音乐了，当然对于单片机来产生不同的频率非常方便，我们可以利用单片机的定时/计数器T0来产生这样方波频率信号，因此，我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系弄正确即可。本次设计中单片机晶振为12MHZ，那么定时器的计数周期为1MHZ，假如选择工作方式1，那T值便为T=216--5~105/相应的频率，那么根据不同的频率计算出应该赋给定时器的计数值，列出不同音符与单片机计数T0相关的计数值如下表所示：音符频率（HZ）简谱码（T值）中1DO52364580中2RE58764684中3M659647777中4FA69864820中5SO78464898中6LA88064968中7SI98865030采用查表程序进行查表时，可以为这个音符建立一个表格，有助于单片机通过查表的方式来获得相应的数据：TABLEDW64580，64684，64777，64820，64898，64968，650302.3比较结果及最终确立方案方案一中用555产生脉冲，再通过LM386驱动喇叭，可实现基本要求，其中的电阻电容可以通过脉冲数字电路中学过的公式进行计算，而且可以通过采用可调电阻实现音调的高低变化，实现部分提高要求，可行性强；容易实现！方案二中涉及单片机的相关知识，而且我们对8051芯片不怎么了解，在所学的知识中也没有学到，所以对其中的电阻电容等一些频率的计算有一定的难度；所以综合考虑，我们选择了方案一。8第三章简易电子琴设计电路、参数计算与引脚图3.1简易电子琴控制电路如下上图所示555与电阻、电容等组成可控多谐振荡器，振荡频率取决与Ra、R16、C3的值公式如下f=1.44/(Ra+R16)C3式中Ra是对应图中的R1-R8不同的组合值，这取决与开关K1-K8的通断情况。在进行音符调试时可用定位器对其进行调试并确定其每个音阶所对应的阻值。再用LM386对其音频进行功放使功率增大从而使其声音发生增大。9第四章简易电子琴的系统组成及器件工作原理4.1脉冲形成：有电阻及555形成的多谐振荡器组成及工作原理4.1.1555定时器内部框图555集成时基电路称为集成定时器，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，其应用十分广泛。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器，因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。它的内部电压标准使用了三个5K的电阻，故取名555电路。其电路类型有双极型和CMOS型两大类，两者的工作原理和结构相似。几乎所有的双极型产品型号最后的三位数码都是555或556；所有的CMOS产品型号最后四位数码都是7555或7556，两者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易于互换。555和7555是单定时器，556和7556是双定时器。双极型的电压是+5V~+15V，输出的最大电流可达200mA，CMOS型的电源电压是+3V~+18V。图8-1555定时器内部框图555电路的工作原理555电路的内部电路方框图如图8-1所示。它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关T，比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器A1同相比较端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为和。A1和A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过时，触10发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。是复位端，当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接VCC。Vc是控制电压端（5脚），平时输出作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01uf的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路。4.1.2构成多谐振荡器如图8-4，由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外接触发信号，利用电源通过R1、R2向C充电，以及C通过R2向放电端放电，使电路产生振荡。电容C在和之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波，对应的波形如图8-5所示。图8-4555构成多谐振荡器图8-5多谐振荡器的波形图输出信号的时间参数是：T=11=0.7（R1+2R2）C=0.7R2C其中，为VC由上升到所需的时间，为电容C放电所需的时间。555电路要求R1与R2均应不小于1KΩ，但两者之和应不大于3.3MΩ。外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力。因此，这种形式的多谐振荡器应用很广。第五章实验调试及测试结果分析本次的课程设计时间时间为期为二周，从2011年6月13日开始，6月24号结束。在这两周里我们大家通过不断的的在图书馆里和网上找资料，查资料，还有找老师指导，终于在老师的审核下终于定下了一个确切可行的方案！再领取完了元器件，并开始操作。于是我和同组搭档分工合作：我主要负责搭线路与排版，他主要负责检查线路是否出错！于是在我们共同的努力下我们在老师的时间要求下并提前完成工作并实现了它的功能还有它的提高要求，于是电子琴终于在实验成功下制作成功！设计电路板是要努力做到用最少的导线实现所需的功能，在做前一定要考虑好元器件的摆放和导线的关系，争取不要重复搭线。因为大量的导线对工作造成很大困难，容易引起虚焊等情况，且不易进行检查。焊接元器件时一定要非常的小心，掌握电焊的技巧十分重要，每焊接一个点最好用万用表的电阻档测量一下是否虚焊，还有用万用表测量一下开关那个是导通那的是闭合，这方便以后的检查和改进。实验现象在制作过程中刚开始只接了一个电阻按一下开关就会发出响声！再接两个电阻按一下开关就会发现响声但是响声与第一下不相同，其次以后六次都是与前面一样，多接通一个电阻响声就与前面一次不相同！全部接好后，每按一个开关所发出的声音与普通钢琴发出的声音一