1. 技术指标 (1)
2. 设计方案及其比较 (1)
2.1 方案一 (1)
2.2 方案二 (3)
2.3 方案比较 (6)
3. 实现方案 (6)
4. 调试过程及结论 (10)
5. 心得体会 (16)
6. 参考文献 (16)
简易电子琴电路的设计
1.技术指标
设计一个玩具电子琴，设8个琴键，分别代表1、2、3、4、5、6、7、?八个不同音符，每按下一个琴键，扬声器发出一个音符的声音。演奏时的音量和节拍可以调节。
2.设计方案及其比较
2.1 方案一
选用RC振荡电路和运算放大器构成简易电子琴电路。RC振荡电路的具体电路为文氏桥正弦振荡电路。电路原理图如下图1。
图1 简易电子琴电路原理图
其中1C和按键电阻并联，2C和12
R串联，两者共同构成RC串并联选频网络。由于选频网络的相移为零，这样RC串并联选频网络送到运算放大器同相输入端的信号电压与输
出电压同相，所以RC反馈网络形成正反馈，满足相位平衡条件，因而可以形成振荡。
由于振荡的能量是电源，激励信号源是电路中的噪声，它的频谱丰富，包含频率成分
f；但由于噪声信号极其微弱，在振荡期间应使信号做增幅振荡，为此合理选择电阻使0
ω信号就会通过正反馈而使得输出信号不断增大，使输出幅环路增益大于1，这样频率为0
度越来越大，最后受电路中非线性元件的限制，使振荡幅度自动稳定下来，电路进入等幅振荡。频率0f之外的信号由于不满足振荡平衡条件，将不会在输出信号中出现，RC选频网络实现了信号频率的选择功能。
按键电阻的选择：查阅资料得知八个音阶的频率如下表1：
表1 八个音阶的频率
由于1C的值确定为0.1uF，由公式：
fπ2/1
=（1）
f
RC
0=
并结合表一计算可得电阻阻值分别为（单位：欧姆）：
36
k
R3.
1=（2）
28
R7.
k
2=（3）
23
R3.
k
3=（4）
20
k
R4.
4=（5）
16
k
R2.
5=（6）
k
13
R1.
6=（7）
R3.
10
k
7=（8）
R1.9
k
8=（9）通过阻值选择电阻器件。
电路要求不仅能够振荡，而且能够稳幅。当振荡输出信号小于放大器的最大输出电压时，输出为正弦波。如前所述，环路增益大于1，这样信号幅度在正反馈的作用下不断增
大必然使放大器进入非线性区，输出信号产生失真，所以在正弦波振荡中必须有环路增益的控制环节，使输出信号电压升高时，环路增益下降，从而达到稳定输出信号电压幅度的目的。稳幅方式有很多种，而此次实验选用的是两个二极管进行稳幅。采用反向并联二极管的稳幅电路，利用电流增大时二极管动态电阻减小，电流减小时二极管动态电阻增大特性，加入非线性环节，从而使输出电压稳定。
功率放大组件采用为三极管作为放大组件。
2.2 方案二
采用NE555构成多谐振荡器，LM386功率放大器放大音量，构成简易电子琴电路。电路原理图如下：
图2 NE555构成简易电子琴电路原理图
NE555芯片部原理图及管脚图如下：
图3 NE555部功能框图
图4 NE555管脚图
NE555管脚功能：
1（接地）——地线，通常被连接到电路共同接地。
2（触发点）——这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期，触发信号上缘电压须大于3/
V。
2cc
V，下缘须低于3/cc
3（输出）——当时间周期开始555的输出脚位，移至比电源少1.7V的高电位，周期结束输出回到0V左右的低电位。于高电位时最大输出电流约为200mA。
4（重置）——一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到低电源或忽略不用。
5（控制）——这个脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡运作方式下，这个输入能用来改变或调整输出频率。
6（重置锁定）——重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚电压从3/cc V 一下移至3/2cc V 以上时启动这个动作。
7（放电）——这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力。当输出为ON 时为LOW ，对地为低阻抗；当输出为OFF 时为HIGH ，对地为高阻抗。
8（cc V ）——这是555计时器的正电源电压端。供应电压的围是4.5V~16V 。
LM386为音频集成攻放芯片，其引脚图如下所示：
图5 LM386引脚图
在需要电压增益时，在1脚及8脚间接入一电解电容，一般为10uF 。第七脚接旁路电容接地，起到滤除噪声的作用。工作稳定时，该管脚电压约为电源电压的一半。增大这个电容容值，减缓直流基准电压的上升、下降速度，有效抑制噪声。
由NE555构成的多谐振荡器可知按键电阻的阻值可由公式：
])2/[(43.11C R R f i i ++= （10）
求得。
求得电阻阻值如下（单位：欧姆）：
k R 67.81= （11）
k R 18.72= （12）
k R 85.53= （13）
k R 24.54= （14）
k R 12.45= （15）
k R 13.36= （16）
k R 24.27= （17）
k R 84.18= （18）
2.3 方案比较
实验基于CC7555芯片，构成简易电子琴电路，且方案一与方案二无法控制节拍快慢。且方案一有时不易起振，不能很好的控制电路。而且在接通开关的瞬间，不能立即达到想要的振幅，这对电子琴需要迅速转换按键很不利。所以，实现方案为使用两个555定时器，采用两个芯片并联的方法将两个芯片产生的信号叠加到一起，右边的555芯片作为一个节拍器，使其的周期大于左边芯片产生的信号周期。滑动变阻器调节节拍。
3.实现方案
实现方案使用两个555定时器，分别控制按键电阻及节拍。
555定时器的部结构图如下：
图6 555定时器部结构图
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，就可以构成史密特触发器、单稳态触发器及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。
图7 555定时器构成多谐振荡器电路及工作波形
555构成多谐振荡器的工作原理：多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路，由于矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波，故称为多谐振荡器。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，在自身因素的作用下，电路就在两个暂稳态之 间来回转换，故又称它为无稳态电路。由555定时器构成的多谐振荡器如图7所示，1R ，2R 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2R 和C 的连接处，将放电端（7脚）接到1R ，2R 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c u 为低电平，小于3/cc V ，故高电平触发 端与低电平触发端均为低电平，输出0u 为高电平，放电管T V 截止。这时，电源经1R ，2R 对电容C 充电，使电压c u 按指数规律上升，当c u 上升到3/2cc V 时，输出0u 为低电平，放电管T V 导通，把c u 从3/cc V 上升到3/2cc V 这段时间电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间PH T 的长短与电容的充电时间有关 。充电时间常数为：
C R R T *)(21+=充 （19） 由于放电管T V 导通，电容C 通过电阻2R 和放电管放电，电路进人第二暂稳态。其维持时间PL T 的长短与电容的放电时间有关，放电时间常数：
02*C R T =放 （20）
随着C 的放电，c u 下降，当c u 下降到3/cc V 时，输出0u 为高电平，放电管T V 截止，cc V 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，c u 电压总是在cc V )3/2~3/1(之