四川信息職業技術學院畢業設計說明書設計題目:簡易電子琴專業:應用電子技術班級:應電13-4班學號:11120061336028姓名:熊雪蓮宋旭指導教師:李曉麗二〇一四年十二月七日

目錄TOC\o"1-3"\h\u22095摘要115687緒論222904第1章方案選擇與設計3123651.1方案比擬與選擇 334601.2整機電路的構成 4258341.2.1電路的工作原理 453851.3矩陣電阻電路559911.4555定時器介紹 5304771.4.1555定時器的內部原理圖 518061.4.2555定時器的邏輯功能 6247391.4.3555定時器的工作波形圖 7132611.5LM386各引腳介紹 8257291.5.1LM386功放電路設計10138221.6參數計算1112335第2章軟件與系統設計 12269602.1系統方框圖 12111992.2Proteus軟件簡介 12113082.3實驗調試 1324620總結1516135參考文獻168661附錄1原理圖17摘要基于555制作的簡易電子琴，從而產生不同音階控制電路的設計，它能實現在按下按鍵的情況下產生不同的音調，并且用LM386將音調放大。本實驗完成了簡易電子琴的設計和調試。根本設計思路是采用了模塊設計,實現根本要求時只要用555構成多諧振蕩電路，通過不同的電阻來獲得不同的頻率，經由LM386放大從而發出不同的音調。如果要實現提高要求那么需要在根本要求上添加一局部電路即可。通過開關控制不同的電阻所對應的振蕩電路的通斷調節相應頻率大小，從而產生不同的音調。關鍵字：簡易電子琴；LM386；NE555緒論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。電子琴結構復雜，聲源是555產生的自激振蕩，并通過LM386進行功率放大，通過揚聲器理發出聲音。由于一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個音階對應著不同的頻率，此次設計是一個由555定時器構成的簡易電子琴。本次實驗的目的是：學習調試電子電路的方法，提高實際動手能力。了解由555定時器構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按鈕開關來實現音樂的演奏。掌握最根本的簡易電子琴的工作原理，有利于將來研發高級的電器類樂器，甚至前沿的電子技術，提高現代電子產品水平，更好的效勞于社會，有著廣闊的開展前景和用途。小小的電子琴能讓您和您的家人都能夠在閑暇時間體會音樂、感受音樂和彈奏音樂。第1章方案選擇與設計1.1方案比擬與選擇方案一：通過NE555與電阻、電容等組成可控多諧振蕩器，NE555產生方波信號，信號再經LM386放大，再驅動喇叭播放樂音。方案二：用可控硅制作電子琴。將220V交流電經變壓器降壓，再經過整流、濾波，獲得+13.5V直流電壓。將單向可控硅SCR和電阻、電容組成馳張振蕩器電路。但該設計方案制作本錢高且復雜。方案三：采用AT89C51單片機進行控制，由于AT89C51不具備ISP功能，因此Atmel公司已經停產在市面上已經不常見，況且其ROM只有4K在系統將來升級方面沒有潛力。方案四：采用AT89S52單片機進行控制，由于其性價比高，完全滿足了本作品智能化的要求，它的內部程序存儲空間到達8K，使軟件設計有足夠的內部使用空間并且方便日后系統升級，使用方便，抗干擾性能提高。選擇方案：通過對上述四種方案的比擬以及根據自己所學的知識，本設計采用方案一。采用1個555集成定時器組成簡易電子琴。整個電路由主振蕩器，顫音振蕩器，揚聲器和琴鍵按鈕等局部組成。主振蕩器由555定時器，七個琴鍵按鈕S1-S7，外接電容C1、C2，外接電阻R8以及R1-R7等元件組成，顫音振蕩器由555定時器，電容C5及R9、R10等元件組成，顫音振蕩器振蕩頻率較低為64Hz，假設將其輸出電壓U連接到主振蕩器555定時器復位端4，那么主振蕩器輸出端出現顫音。此簡易電子琴主要由兩局部組成：多諧振蕩器、功率放大器聲音輸出。原理框圖如圖1-1所示。圖1-1系統框圖1.2整機電路的構成構成電子琴的主要電路包括矩陣電阻電路、NE555多諧振蕩電路、LM386音頻功放組成。整機原理圖如圖1-2所示。圖1-2整機原理圖1.2.1電路的工作原理本次制作的電子琴由一個八度音階組成，電路由電阻、電容、LM386功放及NE555定時器構成的多諧振蕩器等組成，通過改變電阻的大小來改變輸出的頻率從而改變音調。其核心是集成運算放大器構成RC正弦波振蕩器，它提供了8個音節電阻和電容(C串=C并=0.068μF固定)構成RC串并聯選頻網絡,分別取不同的電阻值〔通過琴鍵開關接通RC串并聯網絡的8對電阻〕使振蕩器產生八個音階信號。最后，通過喇叭發出樂音。1.3矩陣電阻電路8個電阻，通過不同的阻值構成矩陣電阻電路，目的是改變其輸出波形。如圖1-2所示。圖1-2矩陣電阻電路1.4555定時器介紹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，組成了比擬器、RS觸發器、等多組單元電路，特別是由三只精度較高5k電阻構成了一個電阻分壓器，為上、下比擬器提供基準電壓，所以稱之為555。如圖1-2所示。圖1-2555定時器邏輯符號1.4.1555定時器的內部原理圖555定時器的內部原理圖如圖1-3所示。Vi1〔TH〕：高電平觸發端，簡稱高觸發端，又稱閾值端，標志為TH。Vi2〔TR〕：低電平觸發端，簡稱低觸發端，標志為TR。VCO：控制電壓端。VO：輸出端。Dis：放電端。Rd：復位端。VCC：電源端。GND:接地端。圖1-3555定時器的內部原理圖1.4.2555定時器的邏輯功能在555定時器的VCC端1/3和地之間加上電壓，并讓VCO懸空，那么比擬器C1的同相輸入端接參考電壓1/3VCC，比擬器C2反相輸入端接參考電壓2/3VCC。如表1-1所示。表1-1555定時器的功能表RSTTHTROUT0XX01>2/3VCC>1/3VCC01<2/3VCC>1/3VCC不變1<2/3VCC<1/3VCC11>2/3VCC<1/3VCC1當TH端的電壓>1/3VCC時，寫為VTH=1，當TH端的電壓<2/3VCC時，寫為VTH=0。當TR端的電壓>2/3VCC時，寫為VTR=1，當TR端的電壓<1/3VCC時，寫為VTR=0。①低觸發：當輸入電壓Vi2<VCC2/3且Vi1<1/3VCC時，VTR=0，VTH=0，比擬器C2輸出為低電平，C1輸出為高電平，根本RS觸發器的輸入端TH=0、TR=1，，經輸出反相緩沖器后，VO＝1，T截止。這時稱555定時器“低觸發”；②保持：假設Vi2>1/3VCC且Vi1<2/3VCC，那么VTR=1，VTH=0，根本RS觸發器保持，VO和T狀態不變，這時稱555定時器“保持”。③高觸發：假設Vi1>2/3VCC，那么VTH=1，比擬器C1輸出為低電平，無論C2輸出何種電平，根本RS觸發器,經輸出反相緩沖器后，VO＝0；T導通。這時稱555定時器“高觸發”。1.4.3555定時器的工作波形圖我們先用555定時器構成一個施密特觸發器，再把這個施密特觸發器改接成多諧振蕩器。不過，我們這個施密特觸發器稍微復雜一些，除了“二六一搭”以外，又增加了一個電阻。與555定時器內部的放電管TD構成了一個反相器。邏輯上，這個反相器的輸出與555定時器的輸出完全相同。因此，這個施密特觸發器有兩個輸出端，分別為555定時器的3號腳和7號腳。我們看到，電阻和電容C構成了RC積分電路，施密特觸發器的一個輸出端〔7號腳〕接RC積分電路的輸入端，RC積分電路的輸出端接施密特觸發器的輸入端。這樣，一個多諧振蕩器就成了。施密特觸發器的另外一個輸出端〔3號腳〕專門作為多諧振蕩器的輸出，可以最大限度地保證多諧振蕩器的帶負載能力。如圖1-4所示。圖1-4555工作波形圖電子琴之所以能產生音樂，是由于不同的電阻在555組成的多諧振蕩電路中產生不同的頻率，而頻率是不同的音階產生的根本原因。而不同的音階在人聽來就是不同的音調。555構成的振蕩器電路可以不需要外加觸發信號,能自動地產生矩形脈沖，這樣就可得到制作電子琴的頻率和循環播放的脈沖信號。如圖1-5所示。計算頻率應用公式：f=1/[0.7(+2*)*C]圖1-5555定時器構成的多諧振蕩器1.5LM386各引腳介紹LM386是一種音頻集成電路，具有自身功耗低、電壓增益可調整、電源電壓范圍大、外接電源少和總諧波失真小等優點。通過接在1、8腳間的電容〔1腳接電容+極〕來改變增益，如圖1-6所示是放大增益為20dB的LM386功放電路。圖1-6音頻放大電路LM386的外形和引腳的排列如圖1-7所示。引腳2為反相輸入端，3為同相輸入端；引腳5為輸出端；引腳6和4分別為電源和地；引腳1和8為電壓增益設定端；使用時在引腳7和地之間接旁路電容，通常取10μF。圖1-7引腳圖1.5.1LM386功放電路設計如圖1-8所示。集成功放大電路可以有多種選擇，如三極管放大、差分放大、運放等等，考慮到本次是對音頻放大，應選擇的是通用型音頻功率放大器。采用LM386運放，價格低廉。LM386一般采用6-9V電源，最大輸出功率為1W，因該器件散熱條件不夠理想，一般輸出功率為0.5W以下，一般為0.3W。由LM386內部結構知，電路的電壓放大倍數可由內部1.35k電阻及引腳1、8間的外圍元件確定。當引腳1、8間不接任何元件時，其電壓放大倍數為20倍，當引腳1、8之間外接電容10uF電容是，其電壓放大倍數為200。此時，內部的1.35k電阻倍交流短路，其電壓放大倍數表示式為:=2/=30k/150。引腳5與地之間外接0.047uF電容和10歐電阻為補償電路，可提高電路的穩定性，防止電路高頻自激。當LM386處于高電壓放大倍數時，電源的影響將會增大，為此在引腳7與地之間外接10uF的濾波電容。功率放大器LM386作發生器，能直接驅動揚聲器，如圖13所示為LM386電壓增益最大時的用法，使引腳1和8在交流通路中短路，使≈200；為旁路電容；為去耦電容，濾掉電源的高頻交流成分。當=16V、=32Ω時，≈1W，但是，輸入電壓有效值卻僅需28.3mV。圖1-8LM386功放電路1.6參數計算取=0.033uF，=3KΩ，=10Nf,=22uF,.=10uF,=47uF,根據所給頻率按照555組成多諧振蕩器求解周期的公式。T=1/f=0.7〔+2*〕C可求得產生1、2、3、4、5、6、7、0所對應頻率需要的電阻阻值=18.0361KΩ;=16.1045KΩ;=7.372KΩ;=13.5234KΩ;=12.0473KΩ;=10.737KΩ;=4.876KΩ;()=76.7725KΩ.〔1〕根本要求①音階對應頻率如下表1-9所示：音階名1234567頻率〔Hz〕264297330352396440495528594660704792880990表1-9音階頻率表第2章軟件與系統設計2.1系統方框圖通過NE555與電阻、電容等組成可控多諧振蕩器，NE555產生方波信號，信號再經LM386放大，再驅動喇叭播放樂音。如圖2-1所示。琴鍵琴鍵控制揚聲器S1S2S8555定時器構成的多諧振蕩器喇叭LM386音頻功放2-1系統流程圖2.2Proteus軟件簡介Proteus軟件是由英國LabCenterElectronics公司開發的EDA工具軟件，由ISIS和ARES兩個軟件構成，其中ISIS是一款便捷的電子系統仿真平臺軟件，ARES是一款高級的布線編輯器，它集成了高級原理布線圖、混合模式SPICE電路仿真、PCB設計以及自動布線來實現一個完整的電子設計。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發應用的科技工作者的青睞。Proteus軟件的模擬仿真直接兼容廠商的SPICE模型，采用了擴充的SPICE3F5電路仿真模型，能夠記錄基于圖表的頻率特性、直流電的傳輸特性、參數的掃描、噪聲的分析、傅里葉分析等，具有超過8000種的電路仿真模型。Proteus軟件支持許多通用的微控制器，如PIC、AVR、HC11以及8051；包含強大的調試工具，可對存放器、存儲器實時監測；具有斷點調試功能及單步調試功能；具有對顯示器、按鈕、鍵盤等外設進行交互可視化仿真的功能。此外，Proteus可對IARC-SPY、KEIL等開發工具的源程序進行調試。此外，在Proteus中配置了各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、頻率計，便于測量和記錄仿真的波形、數據。2.3實驗調試〔1〕電路連接完畢后，先認真檢查線路連接是否正確，檢查完成后，只要電路輸入電壓不要過高，對應5V即可，通過電阻的串并聯，按下按鍵開關后，有相應的聲音發出。〔2〕得到聲音后，測出各個音調的輸出波形。〔3〕根據波形比照得到其頻率是否吻合。由于設計電路本身的缺陷，當按下按鍵時，根本能發出相應的音調，但效果不是很好，有沙沙的聲音,我們只能通過改變不同電阻阻值在示波器上顯示的波形來判斷。如圖2-2和2-3所示。圖2-2按下DO音鍵之前波形圖2-3按下DO音鍵之后波形總結本次的電子琴課程設計讓我們初次接觸到了模擬電子電路的課程設計，在設計中我們通過了相關的設計計算和電路具體功能分析，讓我深層次的了解了我們之前所學的根底知識。在這一