簡(jiǎn)易電子琴模電課設(shè)報(bào)告

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1、 摘要 隨著社會(huì)的發(fā)展，人們不僅僅要求物質(zhì)生活，更需要精神上的滿足。從古代的打擊樂到現(xiàn)在的流行樂，音樂已成為人們生活中不可缺少的一部分。一直以來(lái)，電子琴收到廣大青少年的喜愛。 本設(shè)計(jì)介紹由RC構(gòu)成多諧振蕩電路，用NE555定時(shí)器和一些電阻、電容、開關(guān)串并聯(lián)來(lái)制作簡(jiǎn)易電子琴，通過NE555產(chǎn)生方波信號(hào)，再用LM386將信號(hào)放大，最終驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)出樂音。 當(dāng)人們分別按下每個(gè)開關(guān)時(shí)能聽到八種不同頻率的樂音，不僅加深了同學(xué)們對(duì)知識(shí)的了解，還提高了同學(xué)的動(dòng)手能力。 關(guān)鍵字：NE555、LM386、頻率 目錄 前 言 1 第一章 系統(tǒng)

2、組成與工作原理 2 1.1 方案比較與選擇 2 1.2 工作原理 2 第二章 電路方案設(shè)計(jì) 3 2.1 單元電路設(shè)計(jì) 3 2.2 參數(shù)計(jì)算 4 2.3 器件選擇 4 2.3.1電阻的選擇 4 2.3.2 功放電路的選擇 5 第三章 調(diào)試與測(cè)試結(jié)果分析 6 3.1 單元電路調(diào)試 7 3.2 實(shí)際測(cè)試結(jié)果 7 3.3 結(jié)果分析 11 結(jié)論 12 參考文獻(xiàn) 13 前 言 現(xiàn)代城市生活越來(lái)越繁忙，人們的工作壓力也非常大，美好的音樂不但能給人帶來(lái)放松，還能陶冶情操，增加生活樂趣，可以說音樂是人必不可少的東西。對(duì)于數(shù)量

3、龐大的音樂愛好者，能彈奏一曲音樂更是一種享受。而傳統(tǒng)的琴雖然有著古典氣息和優(yōu)美的音色，但其昂貴的價(jià)格，龐大的體積，和對(duì)環(huán)境苛刻的要求，讓多數(shù)人望而止步。電子琴是現(xiàn)代電子科技與音樂結(jié)合的產(chǎn)物，是一種新型的鍵盤樂器，相對(duì)于傳統(tǒng)樂器，它體積小，功能穩(wěn)定，適應(yīng)性強(qiáng)，維修簡(jiǎn)便，成本低廉。 通過對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)易的八音符電子琴的設(shè)計(jì)，可以鞏固和運(yùn)用所學(xué)課程，理論聯(lián)系實(shí)際，提高分析、解決實(shí)際問題的獨(dú)立工作的能力，進(jìn)一步加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的的了解與認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步熟悉各元器件的作用以及制作與調(diào)試的方法和步驟，而且還可以熟悉有關(guān)儀器的使用。 國(guó)內(nèi)本課題的研究主要有以下幾個(gè)方案：（1）用可控硅制作電子琴，將220V交流電壓經(jīng)

4、變壓器降壓，再經(jīng)過整流、濾波，獲得+13.5V直流電壓。將單向可控硅SCR和電阻、電容組成弛張振蕩器電路，但該設(shè)計(jì)方案制作成本高且復(fù)雜；（2）采用AT89C51單片機(jī)進(jìn)行控制，由于AT89C51不具備ISP功能，因此一般不采用；（3）采用AT89S52單片機(jī)進(jìn)行控制，由于其性價(jià)比高，因此受到很多人的采用。 第一章 系統(tǒng)組成與工作原理 1.1 方案比較與選擇 方案一：通過NE555與電阻、電容等組成可控多諧振蕩器，NE555產(chǎn)生方波信號(hào)，信號(hào)再經(jīng)LM386放大，再驅(qū)動(dòng)喇叭播放樂音。 方案二：用可控硅制作電子琴。將220V交流電經(jīng)變壓器降壓，再經(jīng)過

5、整流、濾波，獲得+13.5V直流電壓。將單向可控硅SCR和電阻、電容組成馳張振蕩器電路。但該設(shè)計(jì)方案制作成本高且復(fù)雜。 方案三： 采用AT89C51單片機(jī)進(jìn)行控制，由于AT89C51不具備ISP功能， 因此Atmel公司已經(jīng)停產(chǎn)在市面上已經(jīng)不常見，況且其ROM只有4K在系統(tǒng)將來(lái)升級(jí)方面沒有潛力。 方案四：采用AT89S52單片機(jī)進(jìn)行控制，由于其性價(jià)比高，完全滿足了本作品智能化的要求，它的內(nèi)部程序存儲(chǔ)空間達(dá)到8K，使軟件設(shè)計(jì)有足夠的內(nèi)部使用空間并且方便日后系統(tǒng)升級(jí)，使用方便，抗干擾性能提高。 選擇方案：通過對(duì)上述四種方案的比較以及根據(jù)自己所學(xué)的知識(shí)，本設(shè)計(jì)采用方案一。 1.2 工作原

6、理 簡(jiǎn)易電子琴NE555定時(shí)器、RC振蕩電路構(gòu)成。NE555產(chǎn)生方波信號(hào)，信號(hào)經(jīng)LM386放大，再驅(qū)動(dòng)喇叭播放樂音。其框圖如2-1所示。 NE555 LM386 喇叭 信號(hào) 圖1.1 工作原理圖 其核心是集成運(yùn)算放大器構(gòu)成RC 正弦波振蕩器，實(shí)驗(yàn)板上提供了8 個(gè)音節(jié)電阻和電容(C 串=C 并=0.068μF 固定) 構(gòu)成RC 串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò),分別取不同的電阻值（通過琴鍵開關(guān)接通RC 串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的8 對(duì)電阻）使振蕩器產(chǎn)生八個(gè)音階信號(hào)。最后，通過喇叭發(fā)出樂音。 2 第二章 電路方案設(shè)計(jì) 2.1 單元電路設(shè)計(jì) NE555與電阻、電容等組成可控多諧振蕩器，振蕩頻率

7、取決與Ra 、R16、C3 的值公式如下： f=1.44/（(Ra+R16)C3） 式中 Ra 是對(duì)應(yīng)圖中的R1- R8 不同的組合值，這取決與開關(guān)K1-K8 的通斷情況。在進(jìn)行音符調(diào)試時(shí)可用定位器對(duì)其進(jìn)行調(diào)試 并確定其每個(gè)音階所對(duì)應(yīng)的阻值。用電阻來(lái)控制頻率頻率來(lái)控制音階（如圖1-2），若555 輸出波形要驅(qū)動(dòng)更大功率的喇叭的話，可用LM386 對(duì)其音頻進(jìn)行功放使功率增大從而使其聲音發(fā)生增大（如圖1-3 為改進(jìn)原理圖）。 圖2-1 初始設(shè)計(jì)原理圖 圖2-2改進(jìn)的原理圖 3 2.2

8、參數(shù)計(jì)算 根據(jù)公式：f=1.44/（(Ra+R16)C3） 取R16=36KΩ，C3=0.022uF 表2.1 電阻的計(jì)算值與相對(duì)應(yīng)的電位器 f/Hz 261.6 293.6 329.6 349.2 392.0 440.0 493.9 523 電阻/kΩ 27.2 24.4 11.1 20.5 18.2 16.3 23.5 89.1 電位器/kΩ 50 50 50 50 50 50 50 100 2.3 器件選擇 2.3.1電阻的選擇 由于實(shí)際測(cè)到的頻率與給的頻率有一定誤差，因此采用電位器來(lái)代替。 如表2.1所示。

9、 4 2.3.2 功放電路的選擇 LM386典型應(yīng)用電路中，有電壓增益為20倍、50倍、200倍的放大電路。 由于電路中的電阻很大，而電源電壓只有5V，若我們采用電壓增益為20或者是為50的放大電路，導(dǎo)致電路中的電流很小，信號(hào)經(jīng)過NE555產(chǎn)生方波信號(hào)，但電路中所用的喇叭的功率為0.5W,因此我們盡量地放大信號(hào)，使效果更加明顯，因此采用電壓增益為200倍的放大電路。 5 第三章 調(diào)試與測(cè)試結(jié)果分析 圖3-1

10、電路實(shí)物圖正面 圖3-2 電路實(shí)物圖反面 6 3.1 單元電路調(diào)試 在不接LM386時(shí)，把NE555定時(shí)器的3引腳接到示波器的表筆上，觀察示波器上顯示的波形，此時(shí)波形在不斷的跳動(dòng)，通過調(diào)節(jié)示波器上的按鈕使波形穩(wěn)定，再觀察頻率，發(fā)現(xiàn)頻率與實(shí)際給的頻率對(duì)不上，我們可以調(diào)節(jié)電位器的電阻來(lái)使頻率發(fā)生變化，進(jìn)而與給定的頻率達(dá)到吻合。 在調(diào)試的過程中不能一直調(diào)節(jié)電阻，這樣很有可能燒壞芯片。要一邊調(diào)節(jié)電阻，一邊觀察示波器上的波形和頻率，再用萬(wàn)用表測(cè)量電位器的電阻的大小。 3.2 實(shí)際測(cè)試結(jié)果 （1）頻率為262Hz（只閉合K1） 圖

11、3-3 音階1仿真曲線 e 調(diào)低音dou 的仿真曲線如上圖所示。點(diǎn)擊“運(yùn)行”,再閉合開關(guān)K1 將所有電阻串聯(lián)進(jìn)電路然后將調(diào)節(jié)示波器掃描頻率到0.4ms 檔,在示波器上就得到上圖中的曲線其頻率約等于262Hz。 （2）頻率為294Hz（只閉合K2） 圖3-4 音階2仿真曲線 e 調(diào)ruai 音的仿真曲線如上圖所示。點(diǎn)擊“運(yùn)行”，再閉合開關(guān)K2，保持示波器的掃描頻率在0.4ms 檔，在示波器上就得到上圖中的曲線，其頻率約等于294Hz。 （3）頻率為330Hz（只閉合K3） 7 圖3-5 音階3仿真曲線 e 調(diào)mi 音的仿真曲線如上

12、圖所示。點(diǎn)擊“運(yùn)行”，再閉合開關(guān)K3，保持示波器的掃描頻率在0.4ms 檔，在示波器上就得到上圖中的曲線，其頻率約等于330Hz。 （4）頻率為349Hz（只接通R4） 圖3-6 音階4仿真曲線 e 調(diào)fa 音的仿真曲線如上圖所示。點(diǎn)擊“運(yùn)行”，再閉合開關(guān)K4，保持示波器的掃描頻率在0.4ms 檔，在示波器上就得到上圖中的曲線，其頻率約等于349Hz。 （5）頻率為392Hz（只閉合K5） 圖3-7 音階5仿真曲線 e 調(diào)sou 音的仿真曲線如上圖所示。點(diǎn)擊“運(yùn)行”，再合上開關(guān)K5，保持示波器的掃 8 描頻率在0.4ms 檔，在示波器上就得到上圖中的曲線，

13、其頻率約等于392Hz。 （6）頻率為440Hz（只閉合K6） 圖3-8 音階6的仿真曲線 e 調(diào)la 音的仿真曲線如上圖所示。點(diǎn)擊“運(yùn)行”，再合上開關(guān)K6，保持示波器的掃描頻率在0.4ms 檔，在示波器上就得到上圖中的曲線，其頻率約等于440Hz。 （7）頻率為494Hz（只閉合K7） 圖3-9 音階7的仿真曲線 e 調(diào)xi 音的仿真曲線如上圖所示。點(diǎn)擊“運(yùn)行”，再合上開關(guān)K7，保持示波器的掃描頻率在0.4ms 檔，在示波器上就得到上圖中的曲線，其頻率約等于494Hz。 9 （8）頻率為523Hz（只閉合K8） 圖4

14、-0 音階8的仿真曲線 e 調(diào)高音dou 的仿真曲線如上圖所示。點(diǎn)擊“運(yùn)行”，再合上開關(guān)K8，保持示波器的掃描頻率在0.4ms 檔，在示波器上就得到上圖中的曲線，其頻率約等于523Hz。 3.3 結(jié)果分析 上述波形為矩形波，占空比依次遞減，雖然理論上波形為方波，且方波的占空比為0.5，并且仿真和實(shí)物的參數(shù)也有一定的不同，本次課程設(shè)計(jì)所得的實(shí)物中用的原理圖和仿真的是一樣的，但是由于仿真中用到的一些電阻、電容實(shí)際上有一定的不同，并且仿真和實(shí)際都會(huì)存在誤差，所以實(shí)物和仿真的元件參數(shù)也會(huì)不一樣，但是在誤差范圍內(nèi)，符合要求。 10 結(jié)論

15、焊接好電路后，按下開關(guān)K1-K8，可以較清晰地聽到e 調(diào)8 個(gè)不同的音階，該電路應(yīng)用簡(jiǎn)單的元器件并用簡(jiǎn)單的線路連接，看起來(lái)非常簡(jiǎn)潔，整齊。但是頻率大小與理論值有一定誤差，主要是電阻調(diào)整和線路是否接通的問題，應(yīng)該每焊接一個(gè)點(diǎn)最好用萬(wàn)用表的測(cè)量一下是否虛焊，還有用萬(wàn)用表測(cè)量一下電阻是否達(dá)到理論值，這樣既可減小誤差，也方便以后進(jìn)行檢查和改進(jìn)。 在考慮選用正弦波信號(hào)還是方波信號(hào)時(shí)，因?yàn)樾枰粋€(gè)檢波電路把方波中的各頻率相對(duì)的信號(hào)檢出來(lái)。一般正弦信號(hào)比方波信號(hào)好，音質(zhì)比較好。而且，555產(chǎn)生的方波信號(hào)有許多干擾，需要檢波。 11 參考文獻(xiàn) [1]. 康華光,電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分第五版）[M],北京:高等教育出版社,2006. [2].楊寧,昌飛,RC正弦波振蕩電路和AT89C52的簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì)[J],上海:上海電機(jī)學(xué)院學(xué)報(bào),2006 [3].孫文,趙萬(wàn)云,鄒子春,袁小平,基于RC正弦波振蕩電路的電子琴設(shè)計(jì)[J],徐州:現(xiàn)代電子技術(shù),2010.5.1 [4].鐘海麗,555定時(shí)器在控制電路中的應(yīng)用[J],長(zhǎng)沙,長(zhǎng)沙電力學(xué)院學(xué)報(bào),2003 12