1、東牝石油丈修裸程筱針敎常電&枝術裸穆筱針電&節栢器地球科修曇協技14-4班漬一鳴140102140417指專教師壬金玄 鳥金罡2016弄7月24日東北石油大學課程設計任務書課程數字電子技術課程設計題口電了節拍器專業姓名 洪一鳴學號140102140417主要內容：根據設計要求，運用所學的數字電了技術及電路基礎等知識，口行設計一種種比較 簡單及成木較低的音樂節拍器。確定樂曲的速度，有的曲子要求用某一速度進行練習， 通過節拍器可以找到該速度；幫助對于節奏感較差的學生，改善拖拍、搶拍、節奏不穩 等現象。該電了節拍器主要由節拍脈沖產生電路、節拍信號產生電路、聲咅顯示電路及燈光 顯示電路

2、等組成。節拍脈沖產生電路產生周期性的脈沖信號，節拍信號產生電路產生2/4 拍、3/4拍、4/4拍的控制信號。發聲電路和顯示電路同步顯示節拍。基本要求：1、要求本節拍器具有聲光顯示功能。2、設冇2/4, 3/4, 4/4三檔節拍轉換開關。3、音響有強弱之分，節拍速度連續可調。主耍參考資料：1 陳有卿實用電子制作精選m.北京：機械工業出版社，1994.112 李哲英等.實用數字電子電路設計m.北京：電子工業出版社,1997.3 張風言電子電路基礎m.北京：高等教育岀版社，19954 電子電路百科全書編輯組.電子電路百科全書m.北京：科學出版社.19885 彭介華電子技術課程設計指導m高等教育岀版社

3、，1997.完成期限2016. 7. 182016.7.24指導教師土金玉高金蘭 專業負責人2016年7月18日1課程設計的目的12設計任務和耍求13總體方案設計與原理框圖 13. 1節拍器的基本構成13.2電子節拍器的基本工作原理24各單元模塊的設計與分析 24. 1 脈沖產生電路24.2節拍信號產生電路34. 3光顯示電路54. 4聲顯示電路電路 65器件清單76單元電路的級聯設計 107設計總結10參考文獻121課程設計的目的節扌n器在學習音樂屮起著重要作用。主要有：1、確定樂曲的速度，有的曲子要求 用某一速度進行練習，通過節拍器可以找到該速度；2、幫助對于節奏感較差的學生， 改善拖拍、

4、搶拍、節奏不穩等現象。節拍器不僅在音樂方面起著重要的作用，而且在醫療、航空等領域都有著廣泛的應 用。隨著社會文明的進步和科學技術的發展，先進的電子技術在各個近代學科門類和技 術領域占有不可或缺的核心地位。在我國現代化建設的發展進程中，數字電子技術在國 民經濟和科學研究各個領域的應用也越來越廣泛。因此，可以通過所學的知識設計一種 比較簡單及成本較低的音樂節拍器。該節拍器雖然功能有限，限制了其實用性，但其設 計及制作過程的意義卻是極其重要的。通過節拍器的制作，不僅熟悉了節拍器的設計及 制作過程、培養了我對電子的興趣，還將電子技術基礎理論與實際操作有機地聯系起來, 加深了對所學理論課程的理解。同吋，

5、還提高了實際操作能力、獨立分析和解決問題的 能力及創新能力，養成了嚴謹細致的工作作風和團結協作的工作態度。2設計任務和要求(1) 任務：自行設計一種種比較簡單及成本較低的音樂節拍器，幫助對于節奏感較差的 學生，改善拖拍、搶拍、節奏不穩等現象。(2) 節拍器性能要求：要求本節拍器具有聲光顯示功能：設有2/4, 3/4, 4/4三檔節拍轉換開關。音響有 強弱z分，節拍速度連續可調。3總體方案設計與原理框圖3.1節拍器的基本構成該電子節拍器主要由節拍脈沖產生電路、節拍信號產生電路、聲音顯示電路及燈光 顯示電路等組成。節拍脈沖產生電路產生周期性的脈沖信號，節拍信號產生電路產生2/4 拍、3/4拍、4/

6、4拍的控制信號。發聲電路和顯示電路同步顯示節拍。脈沖產生電路節拍信 光顯示號產生電路>電路圖3-1原理框圖3.2電子節拍器的基本工作原理ic-1 (555)接成多諧振蕩器，r12用來改變脈沖周期，即節拍速度。ic-2 (cd4017)為110循環記數器，15端分別接入q2、q3、q4端可改變計數器 的模，從而控制節拍數，可用三檔開關控制。ic-3 (555)在1c-h ic-2輸出波形的作用下輸出不同頻率的聲音信號，經功放放 大后喇叭發出強弱的節拍聲音，調節電位器r4可改變音量。紅燈顯示節拍速度，即ic-1 輸出的脈沖信號；綠的顯示節拍的高音(重音),曲ic1、102輸出波形共同決定。本

7、設計電路主要由四部分組成，分別是：脈沖產生電路、節拍信號產生電路、燈光 顯示電路和發聲電路。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。燈光顯示電路：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，繼而通過蜂鳴器產聲音。4各單元模塊的設計與分析主體電路是功能部件或單元電路組成的，在設計這些電路或選擇部件時，應盡量選 用同類型的器件，下面介紹各功能部件與單元電路的設計。4.1脈沖產生電路脈沖產生屯路是后級屯路的基礎，可用555組成多諧振蕩器實現，以產生連續脈沖 信號，其電路圖如圖.vccr1vvv-30kqr2vw"1okq50kq koy=avccr3t

8、dieoutxsc1thrtrt conmid555 virtuali c2 z=0.01 j圖4-1脈沖產生電路555多諧振蕩器的基本原理：當輸出端（3端）低電平時，vcc經過rl、r2、r3 給c1充電，當電容兩端電壓充電至vc>2/3vcc （觸發器電平vt+）時，電路立即發生 翻轉，使得3端輸岀變為低電平，即v0=0。此時，電容c1便又通過電阻rl、r2和電路 內的導通管至地間放屯，當屯容放屯至兩端屯壓vc<l/3vcc吋，屯路發生翻轉，使得 輸出變為高電平，即v0=l。電路不斷重復上述過程，便形成了振蕩，在3端產生脈沖 信號。其2 （6）端、3端的工作波形如圖42所示：、

9、y（6）端. 1*a1t 1 t t t 1 1 1 t t 1 1 t 1 t 1 1 1 f ' t 1 t t 1 r1圖4-2工作波形圖其振蕩頻率決定拍速，調節r3可以改變振蕩器的振蕩頻率，為使節拍速度不至太快 或太慢，選擇050k的可變電阻以及33uf的電容，使得振蕩器ic1的振蕩周期在0.5s到 1.6s內可變。4.2節拍信號產生電路cd4017,是一種用途非常廣泛的十進制計數/分頻器。有3個輸入端（mr、cp0 和cp1）,和11個輸出端（qoq9及1個進位端q5-9）。cd4017有3個輸（mr、cp0和cp1） , mr為清零端，當在mr端上加高電平 或正脈沖吋其輸出

10、q0為高屯平，其余輸出端（q1q9）均為低電平。cpo和cp1是 2個時鐘輸入端，若耍用上升沿來計數，則信號由cpo端輸入；若要用下降沿來計數， 則信號曲cp1端輸入。設置2個時鐘輸入端，級聯時比較方便，可驅動更多二極管發 光。cd4017有10個輸出端（q0q9）和1個進位輸出端q59。每輸入10個計數脈 沖，q59就可得到1個進位止脈沖，該進位輸出信號可作為下一級的時鐘信號。由 此可見，當cd4017有連續脈沖輸入時，其對應的輸出端依次變為高電平狀態，故可直 接用作順序脈沖發生器。cd4017很容易構成節拍信號控制電路，產生相應的分頻信號，與時鐘信號一起控圖43節拍器信號產生器開關a、b、

11、c可用一個三檔開關代替。14端（cp0）為脈沖輸入信號，由脈沖發 生電路產生，（q1）為輸岀信號。當開關a閉合時，4端（q2）信號反饋到15端（mr） 構成模2計數器，得到2/4拍信號；同樣，當b、c開關閉合時，可分別得到3/4拍、 4/拍信號。_ 2/4拍信號_3/4拍信號4/4拍值號圖44輸入輸出波形4.3光顯示電路光顯示電路用丁顯示節拍狀態，紅燈指示節拍速率，綠燈指示節拍種類，電路圖如 圖45所示。圖45光顯示電路二極管的發光狀態由cp和節拍控制信號共同決定，紅燈顯示節拍速度，當cp為 高電平吋發光；綠燈顯示節拍種類，當cp和節拍控制信號同為高電平吋發光，與高音 同步。品體管可增大電流，

12、其輸入輸出波形圖如圖46所示（以2/4拍為例）。圖4-6光顯示電路波形4.4聲顯示電路如圖47所示。該發聲電路± 555構成的多諧振蕩器、放大器及喇叭組成，能發出 間歇的高低音，從二顯示節拍。555構成的多諧振蕩器參考電壓為節拍控制信號，若用 vo表示，則vth=vo； vtl=l/2vo。而振蕩器的頻率與vth、vtl有關，故vo的高低 電平決定音調的高低。同吋，只有cp為高電平吋多諧振蕩器才能振動，從而發聲，故 cp使喇叭間歇發聲。4.7kq :r41_vwc1 220pf :555 v1rtjalvg fits:k( combuzzer200 hzu7圖4-7聲顯示電路放大電路

13、口j用lm386構成，電路如圖4-8,放大倍數為av=200，音量可通過電位 器調節。vs圖4x音頻放大電路5器件清單表5電路中所用器件清單序號類型型號數量備注1芯片cd401712ne55523lm386144093bt15電容1511622117103184731933uf1電解電容1010uf1電解電容11250uf1電解電容12電阻10q1131.0 kq1144.7 kq11510 kq11620 kq11730 kq118150 kq119電阻10 kq1電位器2050 kq1電位器21二極管發光二極管4紅、綠各2個22晶體管9013223開關單刀開關3可用1三擋開關代替24萬能板

14、125喇叭1主要器件的功能及引腳圖如下:(1) ne555ne555是一種應用特別廣泛作用很大的的集成電路，屬于小規模集成電路，在很多 電了產品中都有應用。ne555的作用是用內部的定時器來構成時基電路，給其他的電路 提供時序脈沖。ne555時基電路有兩種封裝形式有：一是dip雙列直插8腳封裝，另一 種是sop8小型(smd)圭寸裝形式。其他hal7555> lm555> ca555分屬不同的公司生產的 產甜內部結構和工作原理都相同。ne555的內部結構可等效成23個晶體三極管、17個 電阻、兩個二極管組成了比較器、rs觸發器等多組單元電路。特別是由三只精度較高 5k屯阻構成了一個

15、屯阻分壓器為上、下比較器提供基準電壓所以稱之為555。其引腳圖 如圖5-1所示。gnop-"x-/rrigger 2output | 3resetu vcc 習 discharge3 thresholdcontrol voltage圖5-1 ne555引腳圖(2) lm386lm386是美國國家半導體公司生產的音頻功率放大器，主耍應用于低電壓消費類產 品。為使外圍元件最少，電壓增益內置為20。但在1腳和8腳z間增加一只外接電阻和 電容，便可將電壓增益調為任意值，直至200o輸入端以地位參考，同時輸出端被自動 偏置到電源電壓的一半，在6v電源電壓下，它的靜態功耗僅為24mw,使得lm3

16、86特別 適用丁電池供電的場合。lm386的封裝形式冇塑封8引線雙列直插式和貼片式。lm386具有以下特性：靜態功耗低，約為4ma,可用于電池供電；工作電壓范圍寬，4-12v或 5-18v外圍元件少;電壓增益可調,20-200；低失真度。其引腳圖如圖5-2所示。增益 旁路圖5-2 lm386引腳圖(3) cd4017cd4017是5位johnson計數器，具有10個譯碼輸出端,cp、cr、ini1輸入端。 時鐘輸入端的斯密特觸發器具有脈沖整形功能，對輸入時鐘脈沖上升和下降時間無限 制。inh為低電平時，計數器在時鐘上升沿計數；反z,計數功能無效。cr為高電平 吋，計數器清零。johnson計數

17、器捉供了快速操作輸入譯碼選通和無毛刺譯碼輸出。防鎖選通，保證 了正確的計數順序。譯碼輸出一般為低電平，只有在對應時鐘周期內保持高電平。在每 10個時鐘輸入周期c0信號完成一次進位，并用作多級計數鏈的下級脈動時鐘。cd4017提供了 16引線多層陶瓷雙列直插(d)、熔封陶瓷雙列貞插(j)、塑料雙列直 插(p)和陶瓷片狀載休(04種封裝形式。q5qiq0q2qoq7q311621531441312611710s9mrctinhcoq9q斗qs圖53 cd4017引腳圖dd6單元電路的級聯設計將脈沖產生電路、節拍信號產生電路、光顯示電路、聲顯示電路依照圖31所示的 方式連接，就構成了完整的電了節拍器

18、電路，如圖61所示。 .y . t ： * 1 : x ! »'! q f i： 9 i 0 - i y r 丫 imibopf .virtu alhi.2：spwl419v4fti.t tooko 1 對也12! 呻3哦劊叫4o93bp m 二飛 buzzer 湎m：圖61電子節拍器總電路圖7設計總結木次課程設計讓我體會到了電了在實踐中的應用，增強了對電了的熱愛，同時還加 強了對所學理論的理解和應用，培養了團結協作、認真細致的工作精神，為今后的進一 步學習和工作打下了堅實的基礎。通過查閱資料，確定設計方案，mullisim仿真及焊接和調試電路，基木達到了預 期效果，滿足課程

19、設計耍求。但由于沒冇經驗，仍冇一些需改進的地方。比如在實驗時, 沒冇三檔開關，而選擇三個單鍵開關簡單代替，導致必須長按開關才能工作，降低了實 用性，簡單的解決辦法是給開關加一鎖存器。通過節拍器的制作，不僅熟悉了節拍器的設計及制作過程、培養了我對電子的興趣, 還將電了技術基礎理論與實際操作有機地聯系起來，加深了對所學理論課程的理解。同 時，還提高了實際操作能力、獨立分析和解決問題的能力及創新能力，養成了嚴謹細致 的工作作風和團結協作的工作態度。本次課程設計開始由于不知道節拍的相關知識而感覺措手不及，弄懂之后反而覺得 電路設計及調試本身并不是很難，所以在學好專業課的同時還應注重拓寬知識面。總z,通過這次課程設計，不僅使我對所學過的知識有了一個新的認識。而且提高 了我考慮問題，分析問題的全面性以及動手操作能力。使我的綜合能力冇了一個很犬的 提高。感謝學院給我