2022年数字电子技术课程方案实习报告李凯.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 长沙个人资料整理仅限学习使用学院数电课程设计说明书题目电子节拍器设计名师归纳总结 系部> 电子与通信工程系第 1 页,共 18 页专 业 班 级 > 电气 2 班姓名李凯学号2022032121 指导教师陈希起止日期6 月 17 日 21 日- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用数字电子技术课程设计任务书 15>系<部）：电子与通信工程系专业：电气工程及其自动化指导老师：陈希课题名称电子节拍器设计设计 内 容 及 要基本要求设计一个电子节拍器,要求本节拍器具有声光显示功能；设有2/4,3/4,4/4 三档节拍转换开关,音响有强弱之分；节拍速度连续可调；主要参考元器件 555：CD4017,8050,LM386求设 1、系统整体设计；计 2、系统设计及仿真；工 3、在 Multisim 或同类型电路设计软件中进行仿真并进行演示；作 4、提交一份完整的课程设计说明书,包括设计原理、仿真分析、调试过量 程,参考文献、设计总结等；起止日期 <或时间量）设计内容 <或预期目标）备注第一天 课题介绍,答疑,收集材料进度 其次天 设计方案论证安 第三天 进行详细设计排第四天 进行详细设计第五天 编写设计说明书教研室 系<部）主名师归纳总结 看法年月日管领导看法年月日第 2 页,共 18 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用长沙学院课程设计鉴定表姓名李凯学号20220321专业电气工程及其班级电气 2 班设计题目21 自动化陈希电子节拍器设计指导老师指导老师看法：评定等级：老师签名：日期：答辩小组看法：评定等级：答辩小组长签名：日期：教研室看法：教研室主任签名：日期：系<部）看法：系主任签名：日期：名师归纳总结 说明课程设计成果分“ 优秀” 、“ 良好” 、“ 及格” 、“ 不及格” 四类；第 3 页,共 18 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用目录前 言 5 一 、设计要求及系统的组成6 971.1 基本要求 61.2 系统结构组成6二 、电路设计7 2.1 系统电路的组成及工作原理2.2 单元模块电路设计82.2.1 脉冲产生电路82.2.2 节拍信号产生电路2.2.3 光显示电路11132.2.4 声显示电路12三、试验调试及测试结果与分析3.1 调试133.2 测试结果与分析14四、试验结论及心得体会14 4.1 试验结论 144.2 心得体会 15参考文献 16 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用前 言节拍器在学习音乐中起着重要作用；主要有：1、确定乐曲的速度,有的曲子要求用某一速度进行练习,通过节拍器可以找到该速度；2、帮忙对于节 奏感较差的同学,改善拖拍、抢拍、节奏不稳等现象；节拍器不仅在音乐方面起着重要的作用,而且在医疗、航空等领域都有着 广泛的应用；随着社会文明的进步和科学技术的进展,先进的电子技术在各个 近代学科门类和技术领域占有不行或缺的核心位置；在我国现代化建设的进展 进程中,数字电子技术在国民经济和科学讨论各个领域的应用也越来越广泛；因此,可以通过所学的学问设计一种比较简洁及成本较低的音乐节拍器；该节拍器虽然功能有限,限制了其有用性,但其设计及制作过程的意义却 是极其重要的；通过节拍器的制作,不仅熟识了节拍器的设计及制作过程、培 养了我对电子的爱好,仍将电子技术基础理论与实际操作有机地联系起来,加 深了对所学理论课程的懂得；同时,仍提高了实际操作才能、独立分析和解决 问题的才能及创新才能,养成了严谨细致的工作作风和团结协作的工作态度；该方案虽然实现了课题的绝大部分内容和要求,但仍有些地方不够完善、错误和不妥之处,敬望读者批判和指正；名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用一 、设计要求及系统的组成 1.1 基本要求要求本节拍器具有声光显示功能：设有 关；音响有强弱之分,节拍速度连续可调；2/4,3/4,4/4 三档节拍转换开主要参考元器件： 555,CD4017, LM386 1.2 系统结构组成原理框图如图 1.1 所示；该电子节拍器主要由节拍脉冲产生电路、节拍信号产生电路、声音显示电路及灯光显示电路等组成；节拍脉冲产生电路产生周期性的脉冲信号,节拍信号产生电路产生 发声电路和显示电路同步显示节拍；图2/4 拍、3/4 拍、 4/4 拍的掌握信号；图 1.1 原理框图名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用二 、电路设计2.1 系统电路的组成及工作原理总电路图如图 2.1 示；其工作原理为： IC1<555）接成多谐振荡器, R12用来转变脉冲周期,即节拍速度；IC2<CD4017）为 1-10循环记数器, 15端分别接入Q2、Q3、Q4端可转变计数器的模,从而掌握节拍数,可用三档开关控 制；IC3<555）在 IC-1、IC-2输出波形的作用下输出不同频率的声音信号,经功放放大后喇叭发出强弱的节拍声音,调剂电位器R4可转变音量；红灯显示节拍速度,即 IC-1输出的脉冲信号；绿的显示节拍的高音 <重音）,由 IC-1、IC-2输出波形共同打算；图 2.1 电子节拍器电路名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用2.2 单元模块电路设计2.2.1 脉冲产生电路脉冲产生电路是后级电路的基础,可用 连续脉冲信号,其电路图如图 2.2 ；555 组成多谐振荡器实现,以产生图2.2 脉冲产生电路555多谐振荡器的基本原理：当输出端<3端）低电平常, VCC经过R1、R2、R3给C1充电,当电容两端电压充电至 Vc2/3Vcc<触发器电平 Vt+）时,电路立即发生翻转 , 使得 3端输出变为低电平,即 V0=0；此时,电容 C1便又通过电阻R1、R2和电路内的导通管至地间放电,当电容放电至两端电压 Vc1/3Vcc 时,电路发生翻转,使得输出变为高电平,即 成了振荡,在 3端产生脉冲信号；V0=1；电路不断重复上述过程,便形多谐振荡器的振荡周期为两个暂稳态的连续时间之和为： T=T1+T2 式2.1> 电容充电时间为：T1=0.7R1+R2+R3>C1 < 式2.2 ）电容放电时间为：名师归纳总结 T2=0.7<R2+R3）C1 <式2.3 ）第 8 页,共 18 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用 振荡周期为 : T=0.7R1+2RW1>C1 < 式2.4 ）其2<6）端、 3端的工作波形如图 2.3 所示：图2.3 工作波形图其振荡频率打算拍速,调剂R3可以转变振荡器的振荡频率, 为使节拍速度不至太快或太慢 , 挑选050K的可变电阻以及 33uF的电容 , 使得振荡器 IC1的振 荡周期在 0.5S到1.6S内可变；2.2.2 节拍信号产生电路CD4017,是一种用途特别广泛的十进制计数分频器；有 3 个输入端 <MR、CP0 和CP1）,和 11 个输出端 <Q0Q9 及 1 个进位端 Q5-9）；CD4017 有 3 个输<MR 、CP0和CP1）, MR 为清零端,当在 MR 端上加高电平或正脉冲时其输出Q0 为高电平,其余输出端 <Q1Q9）均为低电平；CP0和 CPl 是 2 个时钟输入端,如要用上升沿来计数,就信号由 CP0端输入；如要用下降沿来计数,就信号由CPl 端输入；设置 2个时钟输入端,级联时比较便利,可驱动更多二极管发光；CD4017 有 10 个输出端 <Q0Q9）和 1 个进位输出端 Q5-9；每输入 10 个 计数脉冲, Q5-9 就可得到 1 个进位正脉冲,该进位输出信号可作为下一级的时钟信号；由此可见,当CD4017 有连续脉冲输入时,其对应的输出端依次变名师归纳总结 为高电平状态,故可直接用作次序脉冲发生器；波形图如图2.4:第 9 页,共 18 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用图2.4 CD4017波形图CD4017很简洁构成节拍信号掌握电路,产生相应的分频信号,与时钟信号一起掌握发光二极管发光和喇叭发声,电路图如图 2.5所示；图2.5 节拍信号产生电路名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用开关 A、B、C可用一个三档开关代替；14端<CP0）为脉冲输入信号,由脉冲发生电路产生, <Q1）为输出信号；当开关 A闭合时, 4端<Q2）信号反馈 到15端<MR）构成模 2计数器,得到 2/4拍信号；同样,当 B、C开关闭合时,可 分别得到 3/4拍、4/拍信号；其波形图如图 2.6所示；图2.6 输入输出波形2.2.3 光显示电路光显示电路用于显示节拍状态,红灯指示节拍速率,绿灯指示节拍种类,电路图如图 2.7 所示；图2.7 光显示电路名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用二极管的发光状态由 CP和节拍掌握信号共同打算,红灯显示节拍速度,当CP为高电平常发光；绿灯显示节拍种类,当CP和节拍掌握信号同为高电平常发光,与高音同步；晶体管可增大电流,其输入输出波形图如图 2.8所示 <以2/4拍为例）；图2.8 光显示电路波形2.2.4 声显示电路如图 2.9 所示；该发声电路由 555构成的多谐振荡器、放大器及喇叭组成,能发出间歇的高低音,从二显示节拍；555构成的多谐振荡器参考电压为节拍掌握信号,如用 Vo表示,就 VTH=Vo；VTL=1/2 Vo；而振荡器的频率与 VTH、VTL有关,故 Vo的高低电平打算音调的高低；同时,只有 能振动,从而发声,故 CP使喇叭间歇发声；CP为高电平常多谐振荡器才名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用图2.9 声显示电路放大电路可用 LM386构成,电路如图 2.10 ,放大倍数为 Av=200,音量可 通过电位器调剂；图2.10 音频放大电路三、试验调试及测试结果与分析3.1 调试<1）设计完电路领到元器件后,开头预备连接电路；由于本次课程设计是 两个同学一组,为确保两位同学都动手操作,作者与同组同学分工一人连接一 半的电路,各自检查无明显错误后再将两部分电路连接起来；为了在连线时 不发生故障,作者与同组人遵循了以下原就：在接线之前断开全部的电源,检 查所需芯片和导线是否完好,参照电路图,先把芯片插座在电路板上进行布 局,然后合理、有序的连接电路；<2）连接完电路后,接通电源,发觉节拍的速度特别快以至现象不明显以 及蜂鸣器发出的声音太弱；作者先检查了电路的连线以确保接触良好,结果无 明显变化；接着调剂滑动变阻器,渐渐调大电阻的阻值发觉节拍的速度逐步慢 下来,此时现象比较清楚；由此同时也可以得出振动频率与电阻成反比；然后 作者更换了靠近二极管的电容的大小,将小电容换成了较大的电容,此时听见 了蜂鸣器发出的清楚的声音；名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3.2 测试结果与分析个人资料整理仅限学习使用<1）将导线开关连在 2/4 拍,接通电源开关,蜂鸣器发出“ 强 弱 强 弱” 的节奏声,发光二极管 D4和D3也随着节拍声交替发光 , 发出强音时 D4亮,发出弱音时 D3亮；分析：“ 强 弱 强 弱” 的节奏声正是2/4 拍的节奏,说明电子节拍器能够正常发声和发光；<2）将导线开关连在3/4 拍,蜂鸣器发出“ 强 弱 弱 强 弱 弱” 的节奏声,发光二极管 D4、D3和D2也随着节拍声交替发光,发出强音时 出其次声弱音时 D2亮；D4亮,发出第一声弱音时 D3亮,发分析：“ 强弱弱强弱弱” 的节奏声正是 3/4 拍的节奏,说明电子节拍器能够正常发声和发光；<3）将导线开关连在 4/4 拍,蜂鸣器发出“ 强弱弱弱强弱弱弱” 的节奏声,发光二极管D4、D3、D2和D1也随着节拍声交替发光,发出强音时D4亮,发出第一声弱音时 D3亮,发出其次声弱音时 D2亮, 发出第三声弱音时 D1亮；弱” 的节奏声正是 4/4 拍的节分析：“ 强弱弱弱强弱弱奏,说明电子节拍器能够正常发声和发光；<4）调剂滑动变阻器可以转变节拍声节奏的快慢和发光二极管闪耀节奏的快慢,所以判定制作的电子节拍器的节拍速度连续可调；以上测试结果说明该设计电路符合设计要求；四、试验结论及心得体会4.1 试验结论通过查阅资料,确定设计方案, Multisim仿真和调试电路,基本达到了预期成效,满意课程设计要求；但由于没有体会,仍有一些需改进的地方；比如在试验时,没有三档开关,而挑选三个单键开关简洁代替,导致必需长按开关才能工作,降低了有用性,简洁的解决方法是给开关加一锁存器；名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 以下是总结的设计中的优缺点: 个人资料整理仅限学习使用优点：1、脉冲发生电路相对555 多谐振荡电路焊接比较简洁、外观清楚,振荡实现起来简洁,而且排除问题,检查便利；2、只需要一个555 音频信号发生器驱动扬声器发声,不需要什么外接电路来驱动,而且只需要一个三极管来开关电阻；3、整个电路采纳的是模块化设计,模块化焊接,彼此之间联系不紧密,相互影响不大,只要有一个显现问题都能很快被排查出来；劣点：1、脉冲不稳固,或多或少的会闪耀,而且频率转变不是很大,振幅几乎 不变；2、LED灯循环点亮随振荡频率转变后变化很不明显；3、音频信号发声器的三极管起到的开关作用不是很大,当三极管开,关 时音频几乎是没有转变；4、依靠性很大,扬声器的发声频率不仅依靠音频发生电路,仍依靠振荡 器发声电路,顾此实际操作很难有理论试验的成效显现4.2 心得体会通过本次课程设计,将把握的理论学问学以致用,才算真正的将学问掌 握了；在仿真与调试电路过程中深刻意识到了理论与实际是有相当的差距的,仍需更多的学问来丰富自己,这样才能做的更好；做完这课设试验,对上学期 所学的学问内容进行了巩固和加深,更好的懂得了一些书中的内容；名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用参考文献1 华成英 . 模拟电子技术基础 <第四版） . 高等训练出版社 .2006. 2阎石 . 数字电子技术基础 <第五版） . 高等训练出版社 .2005. 3 郁汉琪 . 数字电子技术试验及课题设计. 高等训练出版社 .1995. 4 吕思忠 . 数子电路试验与课程设计 . 哈尔滨工业高校出版社 .2001. 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 个人资料整理仅限学习使用第 17 页,共 18 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 个人资料整理仅限学习使用第 18 页,共 18 页- - - - - - -