1、電子節拍器電子課程設計報告題目名稱：電子節拍器姓 名：賴超群專 業：通信工程班 級：1282041學 號：27同 組 人：雷敬道 28號指導教師：張琦 南昌航空大學科技學院信息與電子學部2014年 10月2 日摘要學校為了檢驗專業基礎課知識的掌握程度，并培養我們學生的動手能力，學院開設了電子課程設計。本次課程設計是有關于電子節拍器的設計，大致可分為以下幾個階段：(1).設計并繪制電路圖；(2).電路的焊接及組裝；(3).電路效果的調試；(4).撰寫課程設計報告。在課設的進程中，當明確了設計的相關思路及基本要求后，又認真地復習了一遍模擬電路及數字電路的相關內容，通過討論及多番修改，終于設計出了較

2、簡單且能實現要求的電路圖。通過組裝、焊接、調試，終于制作出了成品，在排錯調試、焊接技術、相關儀器設備的實用技能等方面得到了全面的鍛煉及提高，使理論真正上升到了實踐的高度。 設計初期，我們借助學校圖書館的有限圖書資源及網絡查找到所需芯片的各類信息，經過篩選，選出了值得利用的資料對下一步的課題設計進行輔助。根據要求對兩種方案進行了比較及分析，又加之改進，使得最后的設計方案基本符合課題要求。本次課程設計更加深了對數字電路及模擬電路的認識，既鞏固了理論知識，又加強了動手能力。本課程設計報告包括了設計要求、設計過程、電路原理及計算、測試及調試、總結及體會、參考文獻、附錄。對相關芯片的引腳圖、真值表也作了

3、簡單的介紹。 關鍵字：節拍 時鐘信號 蜂鳴器目錄前言4第一章 設計要求和系統的組成及工作原理51.1設計要求和系統的組成及工作原理5第二章 電路設計52.1方案設計 5方案一5方案二82.2方案比較11第三章 調試與排故 123.1調試 123.2測試結果與分析 12結論 13參考文獻 14 電路總圖 15 元件清單 16前言本次課程設計的主要目的是檢驗學生理論結合實際的能力，分析和處理問題的能力。學習了兩年的專業基礎課，學院為了檢驗學生對專業基礎課知識的了解和實際動手能力。本次課程設計的題目是“電子節拍器”，設計要求：本節拍器具有聲光顯示功能，有2/4，3/4，4/4三檔節拍轉換開關，音響有

4、強弱之分，節拍速度連續可調。在前期準備過程中，通過查找許多相關資料，經過綜合分析，得出兩個可行方案。但由于電路的復雜程度，庫房存有元件等因素，通過最終的綜合考慮，確定了一套可行方案進行制作，使用NE555產生脈沖信號，它將脈沖信號作為時鐘控制CD4017，產生節拍信號，設計中使用發光二極管及蜂鳴器進行聲光的顯示，使用不同阻值的電阻對信號衰減來得到節拍的強弱。在進行制作時，由于之前的準備工作比較充分，電路圖也不是太復雜，加上和同組人的積極合作，電路沒用多少時間就連好了，不過剛開始沒有聲音，發光二極管也只亮一個，經過調試，電路最終取得了成功。第一章 設計要求和系統的組成及工作原理1.1 設計基本要

5、求本節拍器具有聲光顯示功能，有2/4，3/4，4/4三檔節拍轉換開關，音響有強弱之分，節拍速度連續可調。1.2系統的組成及工作原理本設計電路主要由四部分組成，其分別是：脈沖產生電路、節拍信號產生電路、燈光顯示和發聲顯示。脈沖產生電路，用來產生矩形脈沖信號作為節拍信號產生電路的控制信號；節拍信號產生電路，以脈沖信號作為輸入信號產生節拍信號；顯示電路,燈光使用節拍信號控制；發聲電路，利用功率較大的放大電路來驅動發生器。首先由振蕩電路產生一系列的脈沖信號，送到脈沖接收信號電路，通過接受脈沖電路對這一系列脈沖進行一系列的變換，使其能夠產生不同的節拍，在將這些變換完的脈沖信號送到一個蜂鳴器，使其能夠發出

6、不同的節拍來，同時加上四個發光二極管，以達到有燈光隨節拍閃亮的效果。設計參考原理框圖如下圖所示：第二章 電路設計2.1設計方案方案一總電路圖如圖3.5所示圖3.5 方案一總圖脈沖產生電路電路如圖3.6所示。電路通過555自激震蕩產生方波輸出，其頻率范圍為570-2800Hz,調節滑動變阻器可使節拍在每分鐘34至170次范圍內變化。圖3.6 脈沖產生電路圖節拍信號產生電路電路如圖3.7所示圖3.7 節拍信號產生電路圖節拍產生器由C4、CD4017、R11等組成。其中脈沖分配器CD4Ol7，其十個輸出端QO-Q9，只有一個輸出高電平，復位狀態下QO輸出高電平，在CP0端輸入第一個脈沖后Ql輸出高電

7、平，輸入第二個脈沖后Q2輸出高電平，以此類推，輸入十個脈沖后電路恢復初始狀態。如果把某個輸出端接到復位端MR，當該輸出端為高電平時電路提前進入復位狀態，利用這一特點通過開關接在不同的輸出端上形成不同的節拍輸出。C4、R11組成開機復位電路.聲光顯示電路電路如圖3.8所示。圖3.8 聲光顯示電路圖當Q0、Q2、Q4、Q6其中一路輸出高電平時，通過與其相連接的發光二極管再過R3連接到地從而同步發光，另外二極管與四個電阻相連，由于R7的阻值小于R4、R5、R6的阻值,故當Q0輸出高電平時，聲音控制信號輸出的電流大一些，發出強音，區別于其他弱音信號。聲音控制信號輸出后通過三級管放大，再輸出到蜂鳴器進行

8、發聲，這樣所聽到的聲音就大。以24拍為例說明電路的工作原理：在復位狀態Q0輸出高電平，通過R7電路發出一重音，LED4燈亮，R4、R5、R6中無電流通過。CP0端輸入第一個脈沖后QO輸出低電平Q1輸出高電平，電路沒有輸出。輸入第二個脈沖后Q2輸出高電平，通過R6電路發出一低音，LED3燈亮，R4、R5、R7中無電流通過。輸入第三個脈沖后Q3輸出高電平，電路沒有輸出。輸入第四個脈沖后，Q4輸出高電平，通過開關又使MR端為高電平，脈沖分配器迅速進入復位狀態，如此周而復始，就可發出一強一弱的節拍聲。34、44拍的工作原理以此類推。方案二現有方案二總電路圖如圖3.1所示圖3.1 方案二總圖速度發生器電

9、路如圖3.2所示圖3.2 速度發生器電路圖非門IC2A 、IC2B 、RPl、C3 等組成多諧振蕩器作為速度發生器。其振蕩頻率主要由RPl、R3、C3 決定，調節RP1可以使拍子變化，非門選用CD4069.速度發生器的輸出脈沖一路送至ICl的時鐘輸入端CLK ，作為時鐘信號。另一路經IC2C 反相后送至C4、R4組成的微分電路輸出負向尖脈沖，并由IC2D 整形反相輸出脈沖信號作為音調發生器的門控信號，同時經IC2E反相后由發光二極管VD2 作節拍的發光指示。音調發生器電路如圖3.3所示圖3.3 音調發生器電路圖音調發生器包括高音和低音兩部分，IC3A 、IC3B、R7、C5 等組成高音發聲器。

10、IC3C、IC3D、R9、C6等組成低音發聲器，高音作為重音拍子。兩個音調發生器還受來自節拍控制器脈沖信號的控制，使它們交替工作、輸出所需的節拍，壓電片B作節拍輸出的發聲器。節拍信號產生器電路如圖3.4所示圖3.4 節拍信號產生器電路圖節拍產生器由ICl、VDl、S2、C2、R1等組成。ICl是十進制計數器，CD4Ol7是脈沖分配器，其十個輸出端QO-Q9，只有一個輸出高電平，復位狀態下QO輸出高電平，在CLK端輸入第一個脈沖后Ql輸出高電平，輸入第二個脈沖后，Q2輸出高電平，以此類推，輸入十個脈沖后電路又恢復到初始狀態。如果把某個輸出端通過二極管VD1接到復位端RST， 則當該輸出端為高電平

11、時電路即提前進入復位狀態，我們正是利用這一特點把VD1通過開關S2接在不同的輸出端上形成不同的節拍輸出。C2、R1組成開機復位電路。2.2 方案比較通過在電腦上進行仿真，方案一和方案二都可行，都可以產生有強弱之分的節拍，且可以打出多檔節拍，具有聲光同步顯示的功能。方案一的特點是電路比較穩定，使用的元件多，效果相對較好。方案二的特點是電路比較簡單，使用非門CD4069、與非門CD4011和十進制計數器CD4017三種常用的芯片，線路連接也比較簡單。方案二的驅動能力也許不夠，蜂鳴器發出的聲音可能比較小，這樣的音調信號如果要進行放大的話會比較困難，而且該方案還需要5V和9V雙電源，沒有方案一簡便，可

12、行性沒有方案一好，故最后決定用方案一進行制作。第四章 調試與排故4.1調試經過之前的準備工作，已經確定了制作方案。由于電路比較復雜，使用的導線和各種器件很多，所以在負責人那領完元件后，就和同組人明確分工，同組人看圖并說明，作者連接線路，兩人同時看著電路的連接，這樣既可以節省時間，也不容易出錯。但是由于是首次做，所以一開始我們就把所有的元件都焊上去了，導致沒法連線，于是自己又去電子市場買了一份全新的器材回來。在重新開始連接好電路之后，開啟電源，發現只有一個二極管發光，蜂鳴器卻沒有發聲。后來經過與同組人檢查，發現自己原來是芯片插反了，線路有點問題，后來，二極管發光正常，蜂鳴器沒發聲說明蜂鳴器或是聲

13、光顯示電路可能出現問題。關閉電源，就開始檢查蜂鳴器的正負極是否連錯，結果發現時二極管接反了。之后開啟電源，二極管發光，蜂鳴器也有聲音了，都有節奏感。4.2 測試結果與分析（1）將導線開關連在2/4拍，接通電源開關，蜂鳴器發出“強 弱 強 弱”的節奏聲，發光二極管D4和D3也隨著節拍聲交替發光,發出強音時D4亮，發出弱音時D3亮。分析：“強 弱 強 弱”的節奏聲正是2/4拍的節奏，說明電子節拍器能夠正常發聲和發光。（2）將導線開關連在3/4拍，蜂鳴器發出“強 弱 弱 強 弱 弱”的節奏聲，發光二極管D4、D3和D2也隨著節拍聲交替發光，發出強音時D4亮，發出第一聲弱音時D3亮，發出第二聲弱音時D

14、2亮。分析：“強 弱 弱 強 弱 弱”的節奏聲正是3/4拍的節奏，說明電子節拍器能夠正常發聲和發光。（3）將導線開關連在4/4拍，蜂鳴器發出“強 弱 弱 弱 強 弱 弱 弱”的節奏聲，發光二極管D4、D3、D2和D1也隨著節拍聲交替發光，發出強音時D4亮，發出第一聲弱音時D3亮，發出第二聲弱音時D2亮, 發出第三聲弱音時D1亮。分析：“強 弱 弱 弱 強 弱 弱 弱”的節奏聲正是4/4拍的節奏，說明電子節拍器能夠正常發聲和發光。（4）調節滑動變阻器，節拍聲節奏加快，發光二極管閃爍節奏也同步加快；反向調節變阻器，節拍聲節奏減慢，發光二極管閃爍節奏也同步減慢。所以判定制作的電子節拍器的節拍速度連續

15、可調。以上測試結果表明：制作的電子節拍器能夠完全正確地完成設計所要求的功能，該制作是成功的，該課程設計也是成功。結論開始拿到課題，確實有點困難，通過大一到現在的學習，從電路 模電 數電 低頻 高頻 學到了很多關于這方面的理論知識。雖然是第一次做設計 但是通過上網以及查閱資料還是找到了制作的方法，有兩套方案第一套方案是使用非門CD4069和若干電阻，電容產生脈沖信號，使用與非門CD4011和若干電阻，電容產生高音和低音信號，使用十進制計數器CD4017作節拍產生器的電子節拍器電路。該電路的特點是比較簡單，缺點是驅動能力不足，需要兩種伏值的電源。第二套方案是使用555起振產生脈沖信號，使用十進制計數器CD4017作節拍產生器，然后通過流過不同的阻值的電阻產生不同大小的電流來控制聲音的強弱這一原理的電子節拍器電路。該電路的特點是比較穩定，效果較好，但是使用的元件比較多。經過綜合分析決定用第二套方案進行制作。由于作者和同組人的積極合作，制作出了一個完全符合設計要求的電子節拍器，而且還可以實現1/4節拍。通過制作加強了自己的動手能力。參考文獻1.白中英.數字邏輯與數字系統（第四版）.科學出版社.20