簡易電子琴課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　電子課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　——題目名稱：簡易電子琴</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一.設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求2</p><p>　　1.1設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容2</p><p>　　1.2設(shè)計(jì)要求介紹2&l

2、t;/p><p>　　二.系統(tǒng)組成及工作原理3</p><p><b>　　2.1系統(tǒng)組成3</b></p><p>　　2.1.1 按鍵模塊3</p><p>　　2.1.2音調(diào)發(fā)聲模塊3</p><p>　　2.1.3音響模塊4</p><p>　　2.2 工作原

3、理5</p><p>　　2.2.1 NE555多諧振蕩器5</p><p>　　2.2.2 LM386集成功率放大器7</p><p>　　2.2.2.1 外形、管腳排列及內(nèi)電路7</p><p>　　2.2.2.2 LM386主要性能指標(biāo)7</p><p><b>　　三.方案比較8</

4、b></p><p>　　3.1方案一.......................................................8</p><p>　　3.2方案二.......................................................9</p><p>　　3.3方案三................

5、......................................11</p><p>　　3.4方案分析與比較..............................................12</p><p>　　四.參數(shù)計(jì)算、器件選擇12</p><p>　　4.1參數(shù)計(jì)算................................

6、....................12</p><p>　　4.2器件選擇....................................................13 </p><p>　　五.系統(tǒng)調(diào)試及測試結(jié)果分析14</p><p>　　5.1系統(tǒng)調(diào)試（附：仿真軟件波形圖）..............................

7、.14</p><p>　　六.總體電路原理圖19</p><p><b>　　七.結(jié)論心得19</b></p><p><b>　　附錄一20</b></p><p><b>　　附錄二21</b></p><p><b>　　前

8、言</b></p><p>　　電子琴作為一種樂器，對豐富人們的日常生活起著一定的作用，是人們的生活更加豐富多彩。對于緩解人們的緊張情緒，陶冶人們的情操等方面，電子琴作為娛樂工具的一種，作用自是不言而喻。 </p><p>　　電子琴結(jié)構(gòu)復(fù)雜，聲源是555產(chǎn)生的自激振蕩，并通過LM386進(jìn)行功率放大，通過揚(yáng)聲器理發(fā)出聲音。由于一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個(gè)音階對應(yīng)著不同

9、的頻率，此次設(shè)計(jì)是一個(gè)由555定時(shí)器構(gòu)成的簡易電子琴。本次實(shí)驗(yàn)的目的是：1.學(xué)習(xí)調(diào)試電子電路的方法，提高實(shí)際動(dòng)手能力。2.了解由555定時(shí)器構(gòu)成的簡易電子琴的電路原理。 此外，簡易電子琴還可以通過八個(gè)按鈕開關(guān)來實(shí)現(xiàn)音樂的演奏。 </p><p>　　掌握最基本的簡易電子琴的工作原理，有利于將來研發(fā)高級的電器類樂器，甚至前沿的電子技術(shù)，提高現(xiàn)代電子產(chǎn)品水平，更好的服務(wù)于社會(huì)，有著廣大的發(fā)展前景和用途。小小的電子琴能

10、讓您和您的家人都能夠在閑暇時(shí)間體會(huì)音樂、感受音樂和彈奏音樂。</p><p>　　一 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求</p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容</p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)簡易電子琴，基本要求是：</p><p>　　1）產(chǎn)生e 調(diào)8個(gè)音階的振蕩頻率，它分別由1、2、3、4、5、6、7、0號數(shù)字鍵控制。其頻率分別為：1：261.6HZ、

11、2：293.6HZ、3：329.6HZ、4：349.2HZ、5：392.0HZ、6：440.0HZ、7：493.9HZ、0：523HZ。</p><p>　　2）利用集成功放放大該信號，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。</p><p>　　3）設(shè)計(jì)一聲調(diào)調(diào)節(jié)電路，改變滑動(dòng)變阻器，生成不同的頻率聲音。通過計(jì)算得到可調(diào)電阻的阻值分別為：34.3K、28.6K、23.3K、20.9K、16.4K、12.5K、8.9

12、K、7.3K。</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)要求介紹</p><p>　　產(chǎn)生調(diào)8個(gè)音階的振蕩頻率，它分別由1、2、3、4、5、6、7、0號數(shù)字控制，發(fā)生頻率不同的音調(diào)。本實(shí)驗(yàn)采用555集成定時(shí)器組成簡易電子琴，整個(gè)電路由主振蕩器、顫音振蕩器、揚(yáng)聲器和琴鍵按鈕（該實(shí)驗(yàn)用按鈕開關(guān)實(shí)現(xiàn)）等部分組成。主振蕩器是由555定時(shí)器，七個(gè)琴鍵按鈕（即7個(gè)按鈕開關(guān)）S1-S7，外接電容C1、C2，外接

13、電阻R8以及R1-R7（用8個(gè)可調(diào)電阻調(diào)成所需電阻元件）等元件組成，顫音振蕩器由555定時(shí)器、電容C5及R9、R10等元件組成，顫音振蕩器頻率較低為64HZ，將輸出電壓U連接到主振蕩器555定時(shí)器復(fù)位端4，側(cè)主振蕩器輸出出現(xiàn)震音。按原理圖接線后分別閉合不同開關(guān)即可令喇叭發(fā)出不同頻率的聲音，從而模擬出電子琴的工作。 </p><p><b>　　總體框圖</b></p><

14、p>　　二 系統(tǒng)組成及工作原理</p><p><b>　　2.1 系統(tǒng)組成</b></p><p>　　2.1.1 按鍵模塊</p><p>　　在電路板上安裝八個(gè)按鍵開關(guān)，分別接入對應(yīng)的電路中來控制輸出頻率。如圖2.1.1所示。</p><p>　　圖2.1.1示電路實(shí)現(xiàn)頻率的控制，采用一個(gè)單刀單擲開關(guān)，從

15、左到右依次閉合開關(guān)，可以獲得所需的頻率。</p><p>　　2.1.2 音調(diào)發(fā)聲模塊</p><p>　　圖2.1.2所示是整個(gè)電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵， 由一個(gè)555芯片和幾個(gè)電容以及電阻組成多諧振蕩器，經(jīng)過可調(diào)電阻輸出設(shè)計(jì)所需對應(yīng)的頻率。 </p><p>　　2.1.3 音響模塊</p><p>　　由一個(gè)LM386芯片和一個(gè)喇叭組成音響，LM

16、386將系統(tǒng)產(chǎn)生的信號放大，經(jīng)過喇叭發(fā)出聲音。模塊設(shè)計(jì)圖如圖2.1.3所示</p><p>　　圖2.1.3 音響模塊</p><p><b>　　2.2 工作原理</b></p><p>　　音樂產(chǎn)生原理及硬件設(shè)計(jì)由于一首音樂是由許多不同的音階組成的，而每個(gè)音階對應(yīng)著不同的頻率，例如本次實(shí)驗(yàn)所需頻率如下：1：261.6HZ、2：293.6H

17、Z、3：329.6HZ、4：349.2HZ、5：392.0HZ、6：440.0HZ、7：493.9HZ、0：523HZ。由此，我們就可以利用不同的頻率的組合，奏出不同的音調(diào)，即可構(gòu)成我們所想要的音樂了。工作原理圖如圖2.2所示</p><p>　　圖2.2簡易電子琴的工作原理圖</p><p>　　2.2.1 NE555多諧振蕩器：</p><p>　　NE555

18、的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可等效成23個(gè)晶體三極管、17個(gè)電阻、兩個(gè)二極管，組成了比較器、RS觸發(fā)器、等多組單元電路。特別是由三只精度較高5k電阻構(gòu)成了一個(gè)電阻分壓器，為上、下比較器提供基準(zhǔn)電壓。NE555屬于cmos工藝制造。NE555引腳介紹如圖2.2.1.1：1地 GND 5控制電壓2觸發(fā) 6門限(閾值）3輸出 7放電4

19、復(fù)位 8 vcc</p><p>　　圖2.2.1.1NE555管腳圖</p><p>　　【內(nèi)部原理圖】如圖2.2.1.2所示</p><p>　　圖2.2.1.2 內(nèi)部原理圖</p><p>　　555定時(shí)器內(nèi)含一個(gè)由三個(gè)阻值相同的電阻R組成的分壓網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生VCC和VCC兩個(gè)基準(zhǔn)電壓；兩個(gè)電壓比

20、較器C1、C2；一個(gè)由與非門G1、G2組成的基本RS觸發(fā)器（低電平觸發(fā)）；放電三極管T和輸出反相緩沖器G3。</p><p>　　Rd是復(fù)位端，低電平有效。復(fù)位后, 基本RS觸發(fā)器高端為1（高電平），經(jīng)反相緩沖器后，輸出為0（低電平）。</p><p>　　2.2.2 LM386集成功率放大器：</p><p>　　2.2.2.1 外形、管腳排列及內(nèi)電路<

21、/p><p>　　LM 386是一種低電壓通用型音頻集成功率放大器，廣泛應(yīng)用于收音機(jī)、對講機(jī)和信號發(fā)生器中； LM 386的外形與管腳圖如圖2.2.2.1所示，它采用8腳雙列直插式塑料封裝。</p><p>　　圖2.2.2.1 LM386外型與管腳</p><p>　　LM386有兩個(gè)信號輸入端，②腳為反相輸入端，③腳為同相輸入端；每個(gè)輸入端的輸入阻抗均為50 kΩ，

22、而且輸入端對地的直流電位接近于零，即使輸入端對地短路，輸出端直流電平也不會(huì)產(chǎn)生大的偏離</p><p>　　2.2.2 2 LM386主要性能指標(biāo)</p><p>　　LM386-4的電源電壓范圍為5~18v。當(dāng)電源電壓為6V時(shí)，靜態(tài)工作電流為4mA。當(dāng)Vcc=16V，RL=32Ω時(shí)輸出功率為1W。①、⑧腳開路時(shí)帶寬300kHZ，總諧波失真為0.2%,輸入阻抗為50KΩ。本實(shí)驗(yàn)采用的是C調(diào)

23、音階，其音階頻率與對應(yīng)電阻R8值，根據(jù)T=0.7（R9+R8）C可計(jì)算R8的值</p><p><b>　　三 方案比較</b></p><p><b>　　3.1 方案一</b></p><p>　　用兩個(gè)9013三極管來完成此設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)用兩個(gè)9013組成多諧振蕩器，用它來發(fā)出所要音頻的頻率，最后連接到揚(yáng)聲器組成基本

24、電路。此方案雖然可行，但是揚(yáng)聲器的聲音不大，效果不是很真實(shí)，所以不采用此方案。</p><p>　　利用9013來產(chǎn)生對應(yīng)音頻頻率電路如圖3.1 </p><p>　　圖3.1 簡易電子琴仿真電路（一）</p><p>　　用兩個(gè)9013三極管組成多諧振蕩電路，所要求產(chǎn)生的頻率是由V1、V2組成的多諧振蕩電路決定，產(chǎn)生出的頻率驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。原理圖中涉及到了R1

25、、R2、C1、C2、Rw*。計(jì)算周期的公式為：T=0.639[（R1+Rw*）*C1+(R2+Rw*)*C2],計(jì)算頻率的公式為f=1/0.639[（R1+Rw*）*C1+(R2+Rw*)*C2]。</p><p><b>　　3.2 方案二</b></p><p>　　主要是用兩個(gè)555芯片和一個(gè)LM386芯片、一個(gè)揚(yáng)聲器以及若干個(gè)電阻電容來組成簡易電子琴的系統(tǒng)。此

26、方案中第一個(gè)555芯片用來產(chǎn)生鋸齒波形，然后經(jīng)過第二個(gè)555芯片和其他電阻電容組成的施密特觸發(fā)器將鋸齒波形轉(zhuǎn)變成放波波形，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的信號，再經(jīng)過LM386將信號放大使揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。我們只要調(diào)整接入的電阻阻值就能得到對應(yīng)音頻的頻率，從而達(dá)到所要的效果。不過這個(gè)方案要使用兩個(gè)555芯片，在經(jīng)濟(jì)上不是很合理，所以不選擇此方案。</p><p>　　由兩個(gè)555芯片以及其他元件組成的簡易電子琴電路如圖3.2：&l

27、t;/p><p>　　圖3.2簡易電子琴仿真電路（二）</p><p>　　該方案是用兩個(gè)555芯片組成。主要核心是555芯片，前一個(gè)555芯片是用來產(chǎn)生振蕩信號，接入不同阻值的電阻Rw*產(chǎn)生不同的音階頻率信號，發(fā)出鋸齒波形。然后通過第二個(gè)555芯片，該555芯片接成施密特觸發(fā)器，用來將鋸齒波形轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲úㄐ?，從而得?、2、3、4、5、6、7、0八個(gè)音頻音階所對應(yīng)的頻率，再經(jīng)LM386集成功

28、率放大器將信號放大，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出對應(yīng)的音頻音階 。</p><p><b>　　3.3 方案三</b></p><p>　　主要用用一個(gè)555芯片和一個(gè)LM386集成功率放大器來實(shí)現(xiàn)此方案。通過555芯片產(chǎn)生振蕩頻率，發(fā)出信號。再由經(jīng)LM386功放將信號放大，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。通過八個(gè)可調(diào)電阻來實(shí)現(xiàn)1、2、3、4、5、6、7、0八個(gè)不同音頻音階，從而達(dá)到我們所要的效果

29、。電子琴的具體工作原理圖如圖4.1所示。</p><p>　　由一個(gè)555芯片以及其他元件組成的簡易電子琴電路仿真圖如圖3.3：</p><p>　　圖3.3簡易電子琴仿真電路（三）</p><p>　　該方案主要用一個(gè)555芯片來產(chǎn)生振蕩頻率，調(diào)節(jié)可變電阻得到1、2、3、4、5、6、7、0所對應(yīng)音頻音階的頻率，再經(jīng)過LM386集成功率放大器將信號放大，從而驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲

30、器發(fā)聲。</p><p>　　3.4 方案分析與比較</p><p>　　方案一中用到的兩個(gè)555芯片從經(jīng)濟(jì)角度來說不是很合理，而且電路也比較復(fù)雜，給后面的操作造成較大的困難，所以此方案不是很合理，因此不采納該方案。方案二中電路雖然簡單，但是經(jīng)過實(shí)驗(yàn)操作，得到的聲音很小，得到的音階也不是很準(zhǔn)，同時(shí)還不能很好的實(shí)現(xiàn)預(yù)期的效果，所以此方案也不用。</p><p>　　方

31、案三的電路相對前二者則比較合理，選擇的元器件也不是很多，再加上電路比較簡單，所以在后續(xù)實(shí)驗(yàn)操作時(shí)不會(huì)造成很大的困難，更重要的是，它得到的音階較準(zhǔn)，聲音較大，基本符合設(shè)計(jì)的要求，所以選用的是此方案。</p><p>　　四 參數(shù)計(jì)算、器件選擇</p><p><b>　　4.1 參數(shù)計(jì)算</b></p><p>　　按照原理圖在試驗(yàn)箱上接好電路圖

32、之后，接上電源，電路工作正常。通過計(jì)算得到可調(diào)電阻的阻值分別為：34.3K、28.6K、23.3K、20.9K、16.4K、12.5K、8.9K、7.3K。逐個(gè)調(diào)節(jié)可變電阻的阻值，使每個(gè)阻值都對應(yīng)所需的阻值后，電子琴發(fā)出所需要的聲音，達(dá)到了設(shè)計(jì)的預(yù)期效果。計(jì)算周期的公式為：T=0.7（Rw+2R9）*C1，計(jì)算頻率的公式為：f=1/0.7（Rw+2R9）*C1。</p><p><b>　　通過計(jì)算可知

33、：</b></p><p>　　R1=34.3k （即f1=261.6 Hz）</p><p>　　R2=28.6K （即f2=293.6 Hz）</p><p>　　R3=23.3K （即f3=329.6 Hz）</p><p>　　R4=20.9K （即f4=349.2 Hz）</p><p>　　R5

34、=16.4K （即f5=392.0 Hz）</p><p>　　R6=12.5K （即f6=440.0 Hz）</p><p>　　R7=8.9K （即f7=493.9 Hz）</p><p>　　R8=7.3K （即f8=523 Hz）</p><p><b>　　4.2 器件選擇</b></p>&l

35、t;p>　　4.2.1 頻率振蕩電路主要以一個(gè)555芯片為主，電路如圖4.2.1所示。</p><p>　　圖4.2.1 NE555應(yīng)用電路</p><p>　　4.2.2 功率放大電路主要以LM386為主，如圖4.2.2</p><p>　　圖4.2.2 LM386應(yīng)用電路</p><p>　　圖中，⑦腳所接容量為20μF的電容為去

36、耦濾波電容。①腳與 ⑧腳所接電容、電阻是用于調(diào)節(jié)電路的閉環(huán)電壓增益，電容取值為10μF，電阻R在0～20kΩ范圍內(nèi)取值；改變電阻值，可使集成功放的電壓放大倍數(shù)在20～200之間變化，R值越小，電壓增益越大。當(dāng)需要高增益時(shí)，可取R＝0，只將一只10μF電容接在 ①腳與 ⑧腳之間即可。輸出端 ⑤腳所接10Ω電阻和0.1μF電容組成阻抗校正網(wǎng)絡(luò)，抵消負(fù)載中的感抗分量，防止電路自激，有時(shí)也可省去不用。該電路如用作收音機(jī)的功放電路，輸入端接收音機(jī)

37、檢波電路的輸出端即可。</p><p>　　五 系統(tǒng)調(diào)試及測試結(jié)果分析</p><p>　　5.1 系統(tǒng)調(diào)試（附：仿真軟件波形圖）</p><p>　　1.關(guān)閉開關(guān)1（實(shí)際操作即奏出“1”音，波圖形如5.1.1所示）</p><p>　　圖5.1.1 關(guān)閉開關(guān)1后的波形圖</p><p>　　2.關(guān)閉開關(guān)1（實(shí)際操

38、作即奏出“2”音，波圖形如5.1.2所示）</p><p>　　圖5.1.2 關(guān)閉開關(guān)2后的波形圖</p><p>　　3.關(guān)閉開關(guān)3（實(shí)際操作即奏出“3”音，波圖形如5.1.3所示）</p><p>　　圖5.1.3 關(guān)閉開關(guān)3后的波形圖</p><p>　　4.關(guān)閉開關(guān)4（實(shí)際操作即奏出“4”音，波圖形如5.1.4所示）</p&

39、gt;<p>　　圖5.1.4 關(guān)閉開關(guān)4后的波形圖</p><p>　　5.關(guān)閉開關(guān)5（實(shí)際操作即奏出“5”音，波圖形如5.1.5所示）</p><p>　　圖5.1.5 關(guān)閉開關(guān)5后的波形圖</p><p>　　6.關(guān)閉開關(guān)6（實(shí)際操作即奏出“6”音，波圖形如5.1.6所示）</p><p>　　圖5.1.6 關(guān)閉開關(guān)

40、6后的波形圖</p><p>　　7.關(guān)閉開關(guān)7（實(shí)際操作即奏出“7”音，波圖形如5.1.7所示）</p><p>　　圖5.1.7 關(guān)閉開關(guān)7后的波形圖</p><p>　　8.關(guān)閉開關(guān)8（實(shí)際操作即奏出“i”音，波圖形如5.1.8所示）</p><p>　　圖5.1.8 關(guān)閉開關(guān)8后的波形圖</p><p>　

41、　實(shí)驗(yàn)小結(jié)：通過對整個(gè)電路的檢查以后，電路沒有錯(cuò)誤，接通電源，用數(shù)字萬用表調(diào)節(jié)可變電阻，使電阻阻值為需要的對應(yīng)的阻值，依次按下開關(guān)，揚(yáng)聲器發(fā)出1、2、3、4、5、6、7、0八個(gè)對應(yīng)的音頻音階。由此可得到此方案是正確的，達(dá)到了設(shè)計(jì)所要求的效果。這個(gè)簡易電子琴能實(shí)現(xiàn)一些簡單的曲子，可以用來當(dāng)樂器使用。</p><p><b>　　六 總體電路原理圖</b></p><p>

42、;<b>　　七 結(jié)論心得</b></p><p>　　在這為期一周多的課程設(shè)計(jì)操作中，從拿到題目到在網(wǎng)上、圖書館查閱資料，從熟悉芯片原理到實(shí)際接線，從起初對實(shí)驗(yàn)一知半解到對整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的脈絡(luò)漸漸清晰，為期雖然不長，卻也增長了很多知識。</p><p>　　首先是了解并分析555和LM386元件原理及各管腳功能。在剛開始設(shè)計(jì)這個(gè)課題時(shí)，有很多的地方感到很生疏，例如，如

43、何確定方案。后來經(jīng)過一段時(shí)間的學(xué)習(xí)，基本了解了一些，明白了電子琴的一些功能以及實(shí)現(xiàn)這些功能的一些方法，在設(shè)計(jì)中也遇到了很多問題。首次接線時(shí)，竟將基礎(chǔ)元件置于實(shí)驗(yàn)箱左側(cè)，而芯片置于右側(cè)，其間增長了導(dǎo)線，也為后期排查增添了麻煩。再次連接導(dǎo)線，卻又由于某些導(dǎo)線接觸不良，也使結(jié)果遲遲未出。最后對555、LM386進(jìn)行逐級排查，才終究出現(xiàn)結(jié)果，可惜音量太小。后咨詢了指導(dǎo)老師，在老師的建議下把C3、C4、C5的電容等比例縮小為原來的1/10、1/1

44、00，再觀察結(jié)果。果然，經(jīng)過兩次修改，音量逐漸清晰，且依稀可辨8個(gè)基本音調(diào)。</p><p>　　設(shè)計(jì)過程中，也認(rèn)識到存在的一些缺點(diǎn)。發(fā)現(xiàn)自己以前所學(xué)的知識不夠扎實(shí)，只知道一些理論的知識。其次，實(shí)際應(yīng)用能力很差，需要自己努力的提高，在這幾天的學(xué)習(xí)中我學(xué)到了很多的東西，提高了自己的動(dòng)手能力。最后，也希望學(xué)校和老師能多給同學(xué)們機(jī)會(huì)去實(shí)踐，把書本上學(xué)到的知識應(yīng)用到實(shí)踐中去，為以后進(jìn)入社會(huì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。</p&g

45、t;<p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】楊志忠，《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社》，2004。</p><p>　　【2】陳有卿，《實(shí)用555時(shí)基電路300例》.中國電力出版社，2005。</p><p>　　【3】伍愛蓮，《電路與電子技術(shù)試驗(yàn)教程》.華中科技大學(xué)出版社，2006。</p>