简易电子琴设计报告

北京交通大学

电子技术课程设计报告

随着科学技术的发展和人类的进步,电子技术已经成了各种工程技术的核心,特别是进入信息时代以来,电子技术更是成了基本技术,其具体应用领域涵盖了通信领域、控制系统、测试系统、计算机等等各行各业

生活中常使用到许多的电子设备,它给我们生活上的便利与影响;而电子琴就是一个很明显的例子,这些有时甚至含有内建音乐,有时又可以千变万化,真让人想动手试试看,因此我们对它产生了许多问题与想象;本文就是关于用555定时器制作简易电子琴的过程及基本原理;

1.方案介绍

.总体框图

,

1．2．模块功能

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

1输入端： 由八个按钮开关与各自的定值电阻串联在并联组成输入端

2频率产生端： 根据定值电阻的不同输入,由555产生不同的信号频率

3扬声器端口: 接受信号频率发出特定的频率

.方案选择

设计方案一

数字电路电子琴

采用一个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,电阻,按键及电容组成;

设计方案二

单片机电子琴

程序可分如下：

初始化模块、判断按键模块、键值处理模块、音乐处理模块、中断模块、0处理模块、表单模块; 初始化模块：对8279键盘的部分进行初始化和中断初始化;

键值处理模块：用8279的状态字来判断它是否按键FIFORAM不能清除已处理的数据,但8279的状态字会发生相应改变;输入的键值与1-8的物理值01H-08H进行比较,如果与其中某个数相等,则跳到1-8的键值处理模块；如果是9或者A,则跳到音乐处理模块;如果输入是0,则跳到0处理模块;结尾跳到初始化模块 ;

音乐处理模块：专门处理音乐中的1-8的发音;它们发音不同是因为波的频率不同,所以要发出不同的音,只要实现发出的波的频率不同即可;于是,可通过定时的方法来中断产生不同的方波;可把1-8的定时初值放在一个表单内;

中断模块：T0中断是为键值处理模块服务；T1中断是为音乐处理模块服务;

0处理模块：在音乐处理过程中,按下0则音乐暂停,此时可如其他按键包括音乐按键;当再按下0键时,则最近继续的音乐中断;

表单模块：TAB音符表单存放1-8的ASCII码值；FREQUENCY音符初值表单存放1-8音符的中断初值；DAT、DAT1分别存放两首歌曲相应的中断初值和节拍等信息;

综上：第一种方案简易,易于实现,所用知识为数字电子技术;接下来将介绍这种方案;

原理图：

对不同音阶的波形仿真：

1音

2音

3音

4音

5音

6音

7音

8音

最终设计电路 考虑到通过扬声器直接播放输出信号效果不好,所以在扬声器前把信号加以放大;最终决定用以下电路进行实验;

3. 主要元器件介绍

. 555芯片介绍及元器件选择

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;

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1/3Vcc,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2/3Vcc时,输出uo为低电平,放电管VT导通,把uc从1/3Vcc 上升到2/3Vcc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＋R2C;

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1/3Vcc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1/3～2/3Vcc 之间变化;图1b所示为工作波形; 图1 555定时器构成的多谐振荡器电路及工作波形

集成555定时器有双极性型和CMOS型两种产品;一般双极性型产品型号的最后三位数都是555,CMOS型产品型号的最后四位数都是7555.它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同;器件电源电压推荐为4．5～12V,最大输出电流200mA以内,并能与TTL、CMOS逻辑电平相兼容;其主要参数见表;

555定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列分别如下：

逻辑符号 内部原理图

Vi1TH：高电平触发端,简称高触发端,又称阈值端,标志为TH;

Vi2TR：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;

555定时器内含一个由三个阻值相同的电阻R组成的分压网络,产生VCC和VCC两个基准电压；两个电压比较器C1、C2；一个由与非门G1、G2组成的基本RS触发器低电平触发；放电三极管T和输出反相缓冲器G3;

Rd是复位端,低电平有效;复位后, 基本RS触发器高端为1高电平,经反相缓冲器后,输出为0低电平;

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

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 ,为了学习方便,我们规定：

当TH端的电压>1/3VCC时,写为VTH=1,当TH端的电压<2/3VCC时,写为VTH=0;

当TR端的电压>2/3VCC时,写为VTR=1,当TR端的电压<1/3VCC时,写为VTR=0;

① 低触发：当输入电压Vi2

② 保持：若Vi2>1/3VCC 且Vi1<2/3VCC,则VTR=1,VTH=0,基本RS触发器保持,VO和T状态不变,这时称555定时器“保持”;

③ 高触发：若Vi1>2/3VCC,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,VO＝0；T导通;这时称555定时器“高触发”;

VCO为控制电压端,在VCO端加入电压,可改变两比较器C1、C2的参考电压;正常工作时,要在VCO和地之间接0．01μF电容量标记为103电容;放电管Tl的输出端Dis为集电极开路输出;

元器件选择：

错误!根据555多谐震荡的原理选择电阻：由上所述可知：555芯片输出端输出的频率计算公式为f=R1+2R2C

再由下表所列的八个音阶分别对应的频率可以令R1为一固定阻值,通过开关调节的几个串联的电阻当做R2;分别选用6个2千欧电阻,一个1千欧和一个十三千欧的电阻串联接于引脚6和引脚七;大概电路图1所示;

错误!电容选择：通过计算可以得出6引脚所需电容为μF;输出端3接μF电容;

根据以上选择计算实际频率与真实频率对比如下：

音阶 真实频率/Hz 实际频率/Hz

1 264 2 297

3 330

4 352

5 396

6 440

7 495

i 528

. 所需元器件清单

1. 万用表,镊子,剪线钳,面包板,5V电源,导线;

2. 集成电路 NE555 1片.LM386 1片;

3. 电阻 2K 6个 ；1 2个 ；13K 1个

4. 电容 1个 ； 1个 1 个

5. 按键开关 8个

喇叭 1 个

4.组装电路

在组装电路时因当注意：

1. 面包板的结构,正确使用面包板；

2. 应当注意各个芯片的工作原理和接脚,在连接电路之前查清每个芯片实际接脚；

3. 了解按键开关的工原理图,正确使用按键开关;

5.检验电路

1．检查电路连接是否正确;根据原理检查电路连接是否正确,是否符合工作原理;查看指导书看芯片引脚功能是否理解正确;

2.检验芯片是否已被损坏;换一个芯片检验;

3.给电路通电,检查能否正常工作;

6.结束语：

课程设计的几天过去的很快,我们过的很累,但是我们过的很高兴,很兴奋;因为我们每天都过得很充实,每天都有收获;通过对简易电子琴的设计,我深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性;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,也明白课程设计的意义所在,它教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题,提高我们的分析能力、动手能力及处理问题的能力,还增强了我们的团结互助精神;在整个设计到电路设计仿真、电路的组装以及调试过程中,我们用心做好每一步,虽然总做的电子琴原理简单,电路连接不是很困难,但是每一份付出背后的成功都是值得开心的;当然,我从实训中也发现了自身的许多缺点及不足,比如做事不仔细,动手能力欠缺;

此次实训中,在我没有领全器件时,芯片落在实验室时,遇到问题需要帮助时,受到了很多老师同学的帮助,在此我要感谢他们;