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北京邮电大学课题名称：简易电子琴的设计和制作学院：信息与通信工程学院专业：信息工程班级：2014211126姓名：李家威学号：2014210691班内序号：10指导老师：王丹志一、摘要及关键字本课程设计以制作出一个简易电子琴为最终目的。该电子琴以NE555为核心，通过公式计算不同频率按键对应的阻值来实现不同的音调，然后通过运算放大器将信号放大并通过喇叭发出声音。由此设计仿真电路图，选择合适器件进行电路搭建，并进行调试直至达到要求，最后进行数据统计。关键字：电子琴振荡电路运算放大器二、设计任务及要求了解由555定时器构成简易电子琴的电路及原理。设计并利用NE555集成运算电路以及外加电阻，电容在第一级产生不同频率的音乐，再利用LM386功率放大电路对音乐信号进行放大，最后通过扬声器产生21个音符。三、设计思路、总体结构框图设计思路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。总体结构框图四、分块电路和总体电路的设计分块电路：琴键端（开关、电阻）NE555电路：LM386电路：总体电路：五、所实现功能说明基本功能：通过按下不同的按键开关，能够演奏出两个八度音阶。R22.7kΩC110nFC2220nFU2LM38661852347C350nFRv10kΩKey=A50%C410µFR310ΩC5220µFVCC6VU3LM555CMGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2S1键=ARL8ΩS2键=AS3键=AR150kΩKey=A50%R450kΩKey=A50%R550kΩKey=A50%扩展功能：将音阶扩大到在降低八度，能演奏出低中高三个八度音阶并将高音“7”输出功率提高到0.5W以上。主要测试数据：各音阶实际频率与对应阻值音阶名（低音）1234567要求频率（Hz）132148.5165176198220247.5实际测频率（Hz）132151172176205213240对应阻值（Ω）43.5k38k32.8k31.9k26.5k25.4k22k音阶名（中音）1234567要求频率（Hz）264297330352396440495实际测频率（Hz）258297325356402444495对应阻值（Ω）20k16.7k14.8k13.1k11k9.4k7.8k音阶名（高音）1234567要求频率（Hz）528594660704792880990实际测频率（Hz）525600657707791881992对应阻值（Ω）7.2k5.6k4.6k3.9k2.9k2k1.18k注：对应电阻为万用表测得电阻。高音“7”的输出功率：测得喇叭两端电压U=2.17V喇叭电阻为：R=8Ω通过公式求得输出功率P=0.589W必要的测试方法频率的测量与调整：将示波器与NE555输出端相接，调节示波器为显示频率模式，接通开关观察显示的频率，并通过改变接入的电阻来调整频率直至满足要求。接入电阻的测量：频率调整完成后，用万用表测量电阻并记录。喇叭两端电压的测量：将交流毫伏表接到喇叭两端接通与高音“7”对应的开关，待稳定后记录数据。六、故障及问题分析试验中的故障：在焊接过程中容易出现电路接错造成短路或断路的问题，由于一些不规范的操作容易使运放器过热或者烧坏。试验中的问题以及分析：1)焊接前应注意各元器件的排布，提前规划好元器件的排布会使得电路在实际焊接中变得简单并减少错误地发生。主要为琴键与开关的排布。2)在连接NE555与运算放大器周围的元件与导线时应尽量使各元件和导线分散，防止元器件和导线挤在一起造成不必要的错误，在检查时也比较困难。3)注意外加电压应该在芯片的耐压值范围内，电压太小，则声音很小，效果不明显，但是电压过高，则可能烧坏芯片。4)自制的电子琴音准并非那么精确，其主要原因为实验所给的电阻精度不够无法在一定精度内调整阻值。5)在焊接电路前要对各元器件进行检测是否出现故障。七、总结和结论本次实验我认为是很有必要的，不但是对所学知识的一种检验，可以让我们在课程设计的过程中巩固所学的知识，发现自己的不足，而且也是对动手能力的一种培养。只有将理论与实践相结合，将理论用实践的方法反映出来，才是学习这门课程的关键。通过3周的课程，基本完成了简易电子琴的制作。电子琴的制作涉及是模拟电路，这是电子领域中的基本电路，此次课题要求对模拟电路的搭建与调试，做出的电子琴具有发声准、原理简洁、电路简单、制作成本低，有一定的实用性，可以作为某些简易电子琴的实验样品，然后做成小玩具，具有市场前景，有很大的现实意义。本次电子琴设计关键部分在于发音部分，对于模拟发音，是通过555定时发生器产生不同频率的脉冲，利用调节电位器改变接入有效电阻，易于频率的调试。手动控制和自动控制是用模块化设计，通过模拟开关将两个独立的部分连接起来，模块化的设计主要方便于电路的纠错、改进、测试。完成的电子琴实物作品整体布局美观、线路连接分明，系统功能良好。通过对简易电子琴的设计，认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。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。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。在整个设计到电路的焊接以及调试过程中，我个人感觉调试部分是最难的，因为你理论计算的值在实际当中并不一定是最佳参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。而参数的调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，而这个可能也是老师要求我们加以提高的一个重要方面吧！八、Multisim仿真原理图、波形图仿真图：波形图：R22.7kΩC110nFC2220nFXSC1ABExtTrig++__+_U2LM38661852347C350nFXFC1123Rv10kΩKey=A50%C41µFR310ΩC5220µFVCC6VU3LM555CMGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2S1键=ARL8ΩS2键=AS3键=AR11100kΩKey=A1.2%R12100kΩKey=A50%R13100kΩKey=A50%XMM1九、所用元器件及测试仪表所用元器件：元器件名称型号、规格数量运算放大器LM3861定时计数器NE5551按键开关微动开关21小喇叭8Ω/1W1电位器1ｋΩ1测试仪表：仪器名称型号示波器DSO－Ｘ－２０２２Ａ万用表ＵＴ８０５Ａ直流稳压电源交流毫伏表ＹＢ２１７３Ｆ参考文献：1.百度文库2.百度——NE555中文资料以及管脚图、LM386中文资料以及管脚图