简易电子琴设计数电课程设计.doc

长 沙 学 院数电课程设计说明书题目简易电子琴设计系(部)专业(班级) 姓名学号指导教师起止日期数字电子技术课程设计任务书(16)系（部）： 专业 指导教师：课题名称简易电子琴设计设计内容及要求基本要求1)产生e 调8 个音阶的振荡频率，它分别由1、2、3、4、5、6、7、0 号数字键控制。其频率分别为：1：261.6、2：293.6、3：329.6、4：349.2、5：392.0、6：440.0、7：439.9、0：5232)利用集成功放放大该信号，驱动扬声器3)设计一声调调节电路，改变生成声音的频率主要参考元器74LS148，74LS138，74S04，74LS00，LM386设计工作量1、系统整体设计；2、系统设计及仿真；3、在Multisim或同类型电路设计软件中进行仿真并进行演示；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、调试过程，参考文献、设计总结等。进度安排起止日期（或时间量）设计内容（或预期目标）备注第一天课题介绍，答疑，收集材料第二天设计方案论证第三天进行具体设计第四天进行具体设计第五天编写设计说明书教研室意见年 月 日系（部）主管领导意见年 月 日长沙学院课程设计鉴定表姓名学号班级设计题目指导教师指导教师意见：评定等级： 教师签名： 日期： 答辩小组意见：评定等级：答辩小组长签名：日期：教研室意见：教研室主任签名： 日期： 系（部）意见：系主任签名：日期：说明课程设计成绩分“优秀”、“良好”、“及格”、“不及格”四类；概要5目录一、简易电子琴的简介6 1、电子琴设计的背景6 3、电子琴设计的目标7二、简易电子琴的工作原理电路以及方案选择分析7 1、简易电子琴的工作原理及其电路7 2、方案选择分析8三、用multisim仿真图及仿真数据分析91、仿真图92、仿真数据结合电路分析：12四、设计心得体会13五、参考文献14 概要 随着电子信息社会的进步发展，音乐逐渐成为我们生活中很重要的一部分，电子琴则是一种很常见的键盘乐器，是现代电子科技和音乐结合的产物。在各个领域扮演很重要的角色，早已融入现代人们的日常生活中，成为不可替代的一部分。我们人类的乐器创作非常广泛，几乎在更大软件均有乐器制造，制作乐器也是和我们电子信息工程的专业知识相结合，所以本文就设计了一个简易电子琴。此次试验实现了8个音阶的振荡频率控制的音调，成功实现简易电子琴的基本功能。 本实验着重讲述了如何使用555制作简易电子琴产生8个不同音阶控制电路的设计，当操作者按下8个按键即可产生8种不同的音调，然后通过LM386功率放大器进行音调放大。在multisim软件仿真中，由于没有LM386芯片，本实验通过用TDA2030替代LM386完成了简易电子琴的仿真，其基本的设计思路是采用了模块设计：实现基本要求时只要用555构成多谐振荡电路，通过不同的电阻（用变阻器调节成8个所需电阻）来获得不同的频率，再经过LM386放大所以发出不同的音调。如果要实现提高要求则需要在基本要求上添加一部分电路即可。通过开关控制不同的电阻所对应的振荡电路的通断调节相应频率大小，从而产生不同的音调。此次试验我们在图书馆以及网上查找了大部分资料实验才得以完成，最简易的电子琴工作原理有利于对高端音乐软件产品的研究。由小及大，由浅入深，相信将来音乐软件将更加便利我们的生活。关键词：简易电子琴，NE555，LM386，调频电阻一、简易电子琴的简介 1、电子琴设计的背景随着电子科技的飞速发展，电子技术正在逐渐改善着人们的学习、生活、工作，因此开发本系统希望能够给人们多带来一点生活上的乐趣。 基于当前市场上的玩具市场需求量大，其中电子琴就是一个很好的应用方面。单片机技术使我们可以利用软硬件实现电子琴的功能，从而实现电子琴的微型化，可以用作玩具琴、音乐转盘以及音乐童车等等。并且可以进行一定的功能扩展。鉴于传统电子琴可以用键盘上的“k0”到“k16”键演奏从低So到高DO等16个音，从而可以用来弹奏喜欢的乐曲。 2、电子琴设计的意义 该设计具有以下优点： 1)可以随意弹奏想要表达的音乐； 2)制作简单，成本低。 3)比传统电子琴功能更完善。3、电子琴设计的目标 由于本设计主要用于人们娱乐方面，因此在设计上尽量使其安全以及简单易操作。其次，在这次设计可行性上进行分析如下： 1、经济可行性： 所谓经济可行性，即在这次设计上需要投入资金的多少，由于课程设计是提高我们的动手能力以及资金有限。因此在经济上必须能够承受，比较理想化的对于我们课程设计来说是不可行的。通过分析后，无论是在器件价格或是常见度上均是可行的。 2、技术可行性： 技术可行性主要是分析技术条件上是否能够顺利开展并完成课程设计的主要问题，硬件、软件能否满足设计者的需要等。通过分析各种软件环境，硬件仿真环境等均已经具备。 综上所述，本系统设计目标已经明确，在经济与技术上均可行，因此本系统的开发是完全可行的。二、简易电子琴的工作原理电路以及方案选择分析1、简易电子琴的工作原理及其电路 简易电子琴乐音实际上是有固定周期的信号。我们可以用AT89C51的一个定时器（如T1）控制,在P34脚上输出方波周期信号,产生乐音。根据不同的按键,调节T1的溢出时间,可输出不同频率的乐音,这样就做出了一台微型电子琴。 每个乐音的音高（频率）是固定的,表1列出了一个8度以及其上下共16个音的音名、频率及定时器T1初值对照（设晶体频率为6MHz） 音乐产生原理及硬件设计由于一首音乐是许多不同的音阶组成的，而每个音阶对应着不同的频率，这样我们就可以利用不同的频率的组合，即可构成我们所想要的音乐了，当然对于单片机来产生不同的频率非常方便，我们可以利用单片机的定时/计数器来产生这样方波频率信号，因此，我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系弄正确即可。本次设计中单片机晶振为12MHZ，那么定时器的计数周期为1MHZ，假如选择工作方式1，那T值便为T= 216-5105/相应的频率 ，那么根据不同的频率计算出应该赋给定时器的计数值，电子琴的具体工作原理图如下图所示。 简易电子琴工作原理图2、方案选择分析方案一：是用两个555芯片组成。主要核心是555芯片，前一个555芯片是用来产生振荡信号，接入不同阻值的电阻Rw*产生不同的音阶频率信号，发出锯齿波形。然后通过第二个555芯片，该555芯片接成施密特触发器，用来将锯齿波形转变为方波波形，从而得到1、2、3、4、5、6、7、0八个音频音阶所对应的频率，再经LM386集成功率放大器将信号放大，驱动扬声器发出对应的音频。方案二：主要用一个555芯片以及LM386芯片来实现电子琴功能。555芯片是用来产生振荡信号，再经LM386集成功率放大器将信号放大，用八个电阻来实现1、2、3、4、5、6、7、0八个不同的音频音阶。 与方案一相比方案二选择的元器件也不是很多，再加上电路比较简单，所以在后续实验操作时不会造成很大的困难，更重要的是，它得到的音阶较准，声音较大，基本符合设计的要求，所以选用的是此方案。三、 用multisim仿真图及仿真数据分析1、仿真图（1）用multisim对方案二进行仿真（由于multisim中没有LM386功率放大器就用TDA2030芯片替代仿真）（2） 关闭开关J1，得到如下图频率的仿真：（3） 关闭J2,得到如下图：（4） 关闭J3，得到如下图（5） 关闭J4,得到如下图（6） 关闭J9,得到如下图（7） 关闭J5,得到如下图(8) 关闭J6，得到如下(10) 关闭J7，得到如下2、仿真数据结合电路分析： 实验任务参数1)产生e 调8 个音阶的振荡频率，它分别由1、2、3、4、5、6、7、0 号数字键控制。其频率分别为：1：261.6、2：293.6、3：329.6、4：349.2、5：392.0、6：440.0、7：439.9、0：523 我所设计的实验电路基本符合了实验参数，基本上能实现产生e 调8 个音阶的振荡频率的简易电子琴的设计。四、设计心得体会在为期一周的课程设计中，从我知道我的课设题简易电子琴设计到在网上、图书馆 查阅资料，从熟悉芯片原理到在multisim中进行仿真，从无从下手到对整个实验设计的脉络渐渐清晰，为期虽然不长，却也增长了很多知识。 首先是了解并分析555和LM386元件原理及各管脚功能。在刚开始设计这个课题时，有很多的地方感到很生疏，例如，如何确定方案。后来经过一段时间的学习，基本了解了一些，明白了电子琴的一些功能以及实现这些功能的一些方法，在设计中也遇到了很多问题。我用了很多种方案进行仿真最终选择出了最佳方案。在设计中，我发现了我的很多不足之处，首先，发现自己以前所学的知识不够扎实，当发现仿真中没有所需芯片时心就有点发慌，后来经老师的指导后顺利的找到了替代的芯片，实验才的以成功完成。这次实验我学到了很多，希望学校能多提供我们这种实践的机会，进一步锻炼好自己的能力。五、参考文献【1】康华光.电子技术基础模拟部分【M】.北京：高等教育出版社，2006.【2】康华光.电子技术基础数字部分【M】.北京：高等教育出版社，2006.【3】【4】【5】【6】彭介华.电子技术课程设计指导【M】.北京：高等教育出版社，1997；