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四川信息职业技术学院毕业设计说明书设计题目: 简易电子琴 专 业: 应用电子技术 班 级: 应电13-4班 学 号: 1112006 1336028 姓 名: 熊雪莲 宋 旭 指导教师: 李晓丽 二一四年十二月七日目 录摘 要1绪 论2第1章 方案选择与设计31.1 方案比较与选择31.2 整机电路的构成41.2.1 电路的工作原理41.3 矩阵电阻电路51.4 555定时器介绍51.4.1 555定时器的内部原理图51.4.2 555定时器的逻辑功能61.4.3 555定时器的工作波形图71.5 LM386各引脚介绍81.5.1 LM386功放电路设计101.6 参数计算11第2章 软件与系统设计122.1 系统方框图122.2 Proteus 软件简介122.3 实验调试13总 结15参考文献16附录1 原理图17摘 要基于555制作的简易电子琴，从而产生不同音阶控制电路的设计，它能实现在按下按键的情况下产生不同的音调，并且用LM386将音调放大。本实验完成了简易电子琴的设计和调试。基本设计思路是采用了模块设计,实现基本要求时只要用555构成多谐振荡电路，通过不同的电阻来获得不同的频率，经由LM386放大从而发出不同的音调。如果要实现提高要求则需要在基本要求上添加一部分电路即可。通过开关控制不同的电阻所对应的振荡电路的通断调节相应频率大小，从而产生不同的音调。关键字： 简易电子琴；LM386；NE555绪 论电子琴作为一种乐器，对丰富人们的日常生活起着一定的作用，是人们的生活更加丰富多彩。对于缓解人们的紧张情绪，陶冶人们的情操等方面，电子琴作为娱乐工具的一种，作用自是不言而喻。电子琴结构复杂，声源是555产生的自激振荡，并通过LM386进行功率放大，通过扬声器理发出声音。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，此次设计是一个由555定时器构成的简易电子琴。本次实验的目的是：学习调试电子电路的方法，提高实际动手能力。了解由555定时器构成的简易电子琴的电路原理。 此外，简易电子琴还可以通过八个按钮开关来实现音乐的演奏。掌握最基本的简易电子琴的工作原理，有利于将来研发高级的电器类乐器，甚至前沿的电子技术，提高现代电子产品水平，更好的服务于社会，有着广大的发展前景和用途。小小的电子琴能让您和您的家人都能够在闲暇时间体会音乐、感受音乐和弹奏音乐。第1章 方案选择与设计1.1 方案比较与选择方案一：通过NE555与电阻、电容等组成可控多谐振荡器，NE555产生方波信号，信号再经LM386放大，再驱动喇叭播放乐音。方案二：用可控硅制作电子琴。将220V交流电经变压器降压，再经过整流、滤波，获得+13.5V直流电压。将单向可控硅SCR和电阻、电容组成驰张振荡器电路。但该设计方案制作成本高且复杂。方案三： 采用AT89C51单片机进行控制，由于AT89C51不具备ISP功能， 因此Atmel公司已经停产在市面上已经不常见，况且其ROM只有4K在系统将来升级方面没有潜力。方案四：采用AT89S52单片机进行控制，由于其性价比高，完全满足了本作品智能化的要求，它的内部程序存储空间达到8K，使软件设计有足够的内部使用空间并且方便日后系统升级，使用方便，抗干扰性能提高。选择方案：通过对上述四种方案的比较以及根据自己所学的知识，本设计采用方案一。采用1个555集成定时器组成简易电子琴。整个电路由主振荡器，颤音振荡器，扬声器和琴键按钮等部分组成。主振荡器由555定时器，七个琴键按钮S1-S7，外接电容C1、C2，外接电阻R8以及R1-R7等元件组成，颤音振荡器由555定时器，电容C5及R9、R10等元件组成，颤音振荡器振荡频率较低为64Hz，若将其输出电压U连接到主振荡器555定时器复位端4，则主振荡器输出端出现颤音。此简易电子琴主要由两部分组成：多谐振荡器、功率放大器声音输出。原理框图如图1-1所示。图1-1系统框图1.2 整机电路的构成 构成电子琴的主要电路包括矩阵电阻电路、NE555多谐振荡电路、LM386音频功放组成。整机原理图如图1-2所示。图1-2整机原理图1.2.1 电路的工作原理本次制作的电子琴由一个八度音阶组成，电路由电阻、电容、LM386功放及NE555定时器构成的多谐振荡器等组成，通过改变电阻的大小来改变输出的频率从而改变音调。其核心是集成运算放大器构成RC 正弦波振荡器，它提供了8个音节电阻和电容(C 串=C 并=0.068F 固定) 构成RC串并联选频网络,分别取不同的电阻值（通过琴键开关接通RC 串并联网络的8对电阻）使振荡器产生八个音阶信号。最后，通过喇叭发出乐音。1.3 矩阵电阻电路8个电阻，通过不同的阻值构成矩阵电阻电路，目的是改变其输出波形。如图1-2所示。图1-2 矩阵电阻电路1.4 555定时器介绍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，所以称之为555。如图1-2所示。图1-2 555定时器逻辑符号1.4.1 555定时器的内部原理图555定时器的内部原理图如图1-3所示。Vi1（TH）：高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，标志为TH。Vi2（TR）：低电平触发端，简称低触发端，标志为TR。VCO：控制电压端。VO： 输出端。Dis：放电端。Rd： 复位端。VCC：电源端。GND: 接地端。图1-3 555定时器的内部原理图1.4.2 555定时器的逻辑功能在555定时器的VCC端1/3和地之间加上电压，并让VCO悬空，则比较器C1的同相输入端接参考电压1/3VCC，比较器C2反相输入端接参考电压2/3VCC 。如表1-1所示。表1-1 555定时器的功能表RSTTHTROUT0XX012/3VCC1/3VCC011/3VCC不变12/3VCC2/3VCC1/3VCC时，写为VTH=1，当TH端的电压2/3VCC时，写为VTR=1，当TR端的电压1/3VCC时，写为VTR=0。 低触发：当输入电压Vi2VCC2/3 且Vi11/3VCC 且Vi12/3VCC，则VTH=1，比较器C1输出为低电平，无论C2输出何种电平，基本RS触发器,经输出反相缓冲器后，VO0；T导通。这时称555定时器“高触发”。1.4.3 555定时器的工作波形图我们先用555定时器构成一个施密特触发器，再把这个施密特触发器改接成多谐振荡器。不过，我们这个施密特触发器稍微复杂一些，除了“二六一搭”以外，又增加了一个电阻。与555定时器内部的放电管TD构成了一个反相器。逻辑上，这个反相器的输出与555定时器的输出完全相同。因此，这个施密特触发器有两个输出端，分别为555定时器的3号脚和7号脚。我们看到，电阻和电容C构成了RC积分电路，施密特触发器的一个输出端（7号脚）接RC积分电路的输入端，RC积分电路的输出端接施密特触发器的输入端。这样，一个多谐振荡器就成了。施密特触发器的另外一个输出端（3号脚）专门作为多谐振荡器的输出，可以最大限度地保证多谐振荡器的带负载能力。如图1-4所示。图1-4 555工作波形图电子琴之所以能产生音乐，是由于不同的电阻在555组成的多谐振荡电路中产生不同的频率，而频率是不同的音阶产生的根本原因。而不同的音阶在人听来就是不同的音调。555构成的振荡器电路可以不需要外加触发信号,能自动地产生矩形脉冲，这样就可得到制作电子琴的频率和循环播放的脉冲信号。如图1-5所示。计算频率应用公式：f =1/0.7(+2*)*C图1-5 555定时器构成的多谐振荡器1.5 LM386各引脚介绍LM386是一种音频集成电路，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接电源少和总谐波失真小等优点。通过接在1、8脚间的电容（1脚接电容+极）来改变增益，如图1-6所示是放大增益为20dB的LM386功放电路。图1-6 音频放大电路 LM386的外形和引脚的排列如图1-7所示。引脚2为反相输入端，3为同相输入端；引脚5为输出端；引脚6和4分别为电源和地；引脚1和8为电压增益设定端；使用时在引脚7和地之间接旁路电容，通常取10F。图1-7引脚图1.5.1 LM386功放电路设计如图1-8所示。集成功放大电路可以有多种选择，如三极管放大、差分放大、运放等等，考虑到本次是对音频放大，故选择的是通用型音频功率放大器。采用LM386运放，价格低廉。LM386一般采用6-9V电源，最大输出功率为1W，因该器件散热条件不够理想，一般输出功率为0.5W以下，一般为0.3W。由LM386内部结构知，电路的电压放大倍数可由内部1.35k电阻及引脚1、8间的外围元件确定。当引脚1、8间不接任何元件时，其电压放大倍数为20倍，当引脚1、8之间外接电容10 uF电容是，其电压放大倍数为200。此时，内部的1.35k电阻倍交流短路，其电压放大倍数表示式为: =2/=30k/150。引脚5与地之间外接0.047uF电容和10欧电阻为补偿电路，可提高电路的稳定性，防止电路高频自激。当LM386处于高电压放大倍数时，电源的影响将会增大，为此在引脚7与地之间外接10 uF的滤波电容。功率放大器LM386作发生器，能直接驱动扬声器，如图13所示为LM386电压增益最大时的用法，使引脚1和8在交流通路中短路，使200；为旁路电容；为去耦电容，滤掉电源的高频交流成分。当=16V、=32时，1W，但是，输入电压有效值却仅需28.3mV。图1-8 LM386功放电路1.6 参数计算取=0.033uF，=3K，=10Nf, =22uF,. =10 uF, =47uF,根据所给频率按照555组成多谐振荡器求解周期的公式 。 T=1/f=0.7（+2* ）C 可求得产生1、2、3、4、5、6、7、0所对应频率需要的电阻阻值=18.0361 K;=16.1045 K;=7.372 K;=13.5234 K;=12.0473 K;=10.737 K;=4.876 K; ()=76.7725 K.（1）基本要求音阶对应频率如下表1-9所示：音阶名1234567频率（Hz）264297330352396440495528594660704792880990表1-9 音阶频率表第2章 软件与系统设计2.1 系统方框图通过NE555与电阻、电容等组成可控多谐振荡器，NE555产生方波信号，信号再经LM386放大，再驱动喇叭播放乐音。如图2-1所示。琴 键控 制扬声器S1S2S8555定时器构成的多谐振荡器喇 叭LM386音频功放2-1 系统流程图2.2 Proteus 软件简介Proteus 软件是由英国 LabCenter Electronics 公司开发的 EDA 工具软件，由 ISIS 和 ARES 两个软件构成，其中 ISIS 是一款便捷的电子系统仿真平台软件，ARES 是一款高级 的布线编辑器，它集成了高级原理布线图、混合模式 SPICE 电路仿真、PCB 设计以及自动 布线来实现一个完整的电子设计。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目 前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发 应用的科技工作者的青睐。 Proteus 软件的模拟仿真直接兼容厂商的 SPICE 模型，采用了扩充的 SPICE3F5 电路 仿真模型，能够记录基于图表的频率特性、直流电的传输特性、参数的扫描、噪声的分析、 傅里叶分析等，具有超过 8000 种的电路仿真模型。 Proteus 软件支持许多通用的微控制器，如 PIC、AVR、HC11 以及 8051；包含强大的 调试工具，可对寄存器、存储器实时监测；具有断点调试功能及单步调试功能；具有对显 示器、按钮、键盘等外设进行交互可视化仿真的功能。此外，Proteus 可对 IAR C-SPY、 KEIL 等开发工具的源程序进行调试。 此外，在 Proteus 中配置了各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、频率计，便于测 量和记录仿真的波形、数据。2.3 实验调试（1）电路连接完毕后，先认真检查线路连接是否正确，检查完成后，只要电路输入电压不要过高，对应5V即可，通过电阻的串并联，按下按键开关后，有相应的声音发出。（2）得到声音后，测出各个音调的输出波形。（3）根据波形对比得到其频率是否吻合。由于设计电路本身的缺陷，当按下按键时，基本能发出相应的音调，但效果不是很好，有沙沙的声音,我们只能通过改变不同电阻阻值在示波器上显示的波形来判断。如图2-2和2-3所示。图2-2按下DO音键之前波形图2-3按下DO音键之后波形 总 结 本次的电子琴课程设计让我们初次接触到了模拟电子电路的课程设计，在设计中我们通过了相关的设计计算和电路具体功能分析，让我深层次的了解了我们之前所学的基础知识。在这一次的课程设计中，遇到了一些麻烦，刚开始根本不知道从何下手，后经过老师的指导才渐渐有了头绪，一开始我们用Multisim软件做，但是没有LM386音频功放，老师叫我用TDA2030来代替LM386，由于我想要的就是LM386所以我不能随便找一个代替，一个月的时间准备设计和完成设计，最终用Proteus软件绘制电路图进行仿真与调试。本次实验最大的感受实际的应用是很重要的，以前学习的东西都是些理论知识，真正做起来却没那么简单，即使最后没能很确切的实现简易电子琴的的功能，发出do re mi fa suo la xi do这8个音，但是我在电路图上加了示波器，从按下不同的按键通过不同的阻值来改变示波器上的波形，我们从波形的变化看到了电子琴的应该实现的功能。在书上查阅、在网上借鉴，本次的课程设计顺利的结束了，这次让我进一步的认识了LM386和了解了NE555定时器他们的详细性能指标。参考文献1 冯冬青,谢宋和.模糊智能控制M北京：化工工业出版社，1998.2.廖先芸,电子技术实践与训练M,北京：北京高等教育出版社，2000 3.稻田保,振荡电路的设计与应用M,北京：科学出版社，2004 4.陈永甫,555集成电路应用800例M,北京：电子工业出版社，2009 5.康华光,电子技术基础（模拟部分第五版）M,北京：北京高等教育出版社，20066 王永华.现代电气及可编控制技术M北京：航空航天大学出版社，2002附录1 原理图
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