北京交通大学简易电子琴课程设计报告.docx
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北京交通大学简易电子琴课程设计报告
一、设计要求与任务:
1.学习调试电子电路的方法,提高实际动手能力。
2.了解由555定时器构成简易电子琴的电路及原理。
二、总体框图:
、
三、预备知识:
1.555定时器的相关知识
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,体积很小,使用起来方便。
只要在外部配上几个适当的阻容元件,就可以构成单稳态触发器、自激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。
555定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列分别如图所示:
由555定时器构成的多谐振荡器如图1所示,R1,R2和C是外接定时元件,电路中将高电平触发端(6脚)和低电平触发端(2脚)并接后接到R2和C的连接处,将放电端(7脚)接到R1,R2的连接处。
由于接通电源瞬间,电容C来不及充电,电容器两端电压uc为低电平,小于(1/3)Vcc,故高电平触发端与低电平触发端均为低电平,输出uo为高电平,放电管VT截止。
这时,电源经R1,R2对电容C充电,使电压uc按指数规律上升,当uc上升到(2/3)Vcc时,输出uo为低电平,放电管VT导通,把uc从(1/3)Vcc上升到(2/3)Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态,其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关。
充电时间常数
T充=(R1+R2)C。
由于放电管VT导通,电容C通过电阻R2和放电管放电,电路进人第二暂稳态.其维持时间TPL的长短与电容的放电时间有关,放电时间常数T放=R2C0随着C的放电,uc下降,当uc下降到(1/3)Vcc时,输出uo。
为高电平,放电管VT截止,Vcc再次对电容c充电,电路又翻转到第一暂稳态。
不难理解,接通电源后,电路就在两个暂稳态之间来回翻转,则输出可得矩形波。
电路一旦起振后,uc电压总是在(1/3~2/3)Vcc之间变化。
图1(b)所示为工作波形。
图1555定时器构成的多谐振荡器电路及工作波形
【逻辑功能】
RST
TH
TR
OUT
0
X
X
0
1
>2/3VCC
>1/3VCC
0
1
<2/3VCC
>1/3VCC
不变
1
<2/3VCC
<1/3VCC
1
1
>2/3VCC
<1/3VCC
1
2、简易电子琴各音阶对应频率:
8个音阶的振荡频率分别由1、2、3、4、5、6、7、8号数字键控制,其频率分别是:
1-261.6HZ;2-293.6HZ;3-329.6HZ;4-349.2HZ;5-392HZ;6-440HZ;7-493.8HZ;8-523HZ。
可以通过改变R的阻值来调节出各个频率,从而产生相对应的音阶。
四、设计:
1.各个模块及其功能:
(1)按键模块:
该电路包括按钮开关,定值电阻,555振荡器和扬声器三部分组成,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。
采用一个单刀单掷开关,从左到右依次闭合开关,可以获得所需的频率。
(2)音调发声模块:
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。
(3)音响模块:
在输出端接一喇叭组成音响,将输出的电信号转化成音频信号。
2.设计方案:
初步方案仿真图:
所需器件列表:
元件
元器件的值
个数
NE555芯片
无
1
开关
无
8
电源
12V
1
电阻R9
50K
1
电阻(R1-R8)
R1-R8:
148K,127K,95K
86K,66K,48K,32K,25K。
8
电容C1
10nF
2
电容C2
4.7nF
1
电容C3
22nF
1
扬声器
8Ω
1
3、仿真结果:
(1)开关1闭合
(2)开关2闭合
(3)开关3闭合
(4)开关4闭合
(5)开关5闭合
(6)开关6闭合
(7)开关7闭合
(8)开关8闭合
上述方案为我们最初的简易电子琴设计电路图及仿真结果。
为了使制作出的实物发声效果更好,我们又对原方案进行了一些补充和修改。
方案如下:
在输出端加上放大器,放大振荡器产生的信号,然后再输出。
五、改进方案:
所需器件列表:
元件
元器件的值
个数
NE555芯片
无
1
小功率集成放大器LM386
无
1
开关
无
9
电源
5V
1
电阻R9
36K
1
电阻(R1-R8)
27.12K,24,088K,11.052K,
20.3K,18.08K,16.1K,7.39K
52.09K
8
电容C1
4.7uF
1
电容C2
0.01uF
1
电容C3,C4
0.022uF
2
电容C5
1uF
1
扬声器
8Ω
1
六、设计拓展:
在每次输出一个音阶时,还可以在输出端加上数码显示器,使其显示的音节和相应的数字相对应。
在条件允许的情况下,我们计划实现这个拓展,使我们的设计更加实用。
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