北京交通大学简易电子琴课程设计报告.docx

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1、北京交通大学简易电子琴课程设计报告 北京交通大学简易电子琴课程设计报 告 一、设计要求与任务： 1.学习调试电子电路的方法，提高实际动手能力。 2.了解由555定时器构成简易电子琴的电路及原理。 二、总体框图： 、 三、预备知识： 1.555定时器的相关知识 555定时器是一种中规模集成电路，外形为双列直插8脚结构，体积很小，使用起来方便。只要在外部配上几个适当的阻容元件，就能够构成单稳态触发器、自激多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。它在波形的产生与变换、测量与控制、定时电路、家用电器、电子玩具、电子乐器等方面有广泛的应用。 555定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列分别如图所示： 由5

2、55定时器构成的多谐振荡器如图1所示，R1，R2和C是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚）和低电平触发端（2脚）并接后接到R2和C的连接处，将放电端（7脚）接到 R1，R2的连接处。 由于接通电源瞬间，电容C来不及充电，电容器两端电压uc 为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发端与低电平触发端均为低电平，输出uo为高电平，放电管VT截止。这时，电源经 R1，R2对电容C充电，使电压uc按指数规律上升，当uc上升到（2/3）Vcc时，输出uo为低电平，放电管VT导通，把uc从 （1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间TPH的长短与电容的充

3、电时间有关。充电时间常数 T充=（R1R2）C。 由于放电管VT导通，电容C经过电阻R2和放电管放电，电路进人第二暂稳态.其维持时间TPL的长短与电容的放电时间有关，放电时间常数T放R2C0随着C的放电，uc下降，当uc下降到（1/3）Vcc时，输出uo。为高电平，放电管VT截止，Vcc再次对电容c充电，电路又翻转到第一暂稳态。不难理解，接通电源后，电路就在两个暂稳态之间来回翻转，则输出可得矩形波。电路一旦起振后，uc电压总是在（1/32/3）Vcc 之间变化。图1（b）所示为工作波形。 图1 555定时器构成的多谐振荡器电路及工作波形 RST TH TR OUT 0 X X 0 1 2/3V

4、CC 1/3VCC 0 2、简易电子琴各音阶对应频率： 8个音阶的振荡频率分别由1、2、3、4、5、6、7、8号数字键控制，其频率分别是：1 - 261.6HZ ； 2 - 293.6HZ；3 - 329.6HZ； 4 - 349.2HZ； 5 - 392HZ； 6 - 440HZ； 7 - 493.8HZ ；8-523HZ。能够经过改变R的阻值来调节出各个频率，从而产生相对应的音阶。 四、设计： 1.各个模块及其功能： （1）按键模块： 该电路包括按钮开关，定值电阻，555振荡器和扬声器三部分组成，在电路板上安装八个按键开关，分别接入对应的电路中来控制输出频率。采用一个单刀单掷开关，从左到右

5、依次闭合开关，能够获得所需的频率。 （2）音调发声模块： 整个电路设计的关键，由一个555芯片和几个电容以及电阻组成多谐振荡器，经过可调电阻输出设计所需对应的频率。 （3）音响模块： 在输出端接一喇叭组成音响，将输出的电信号转化成音频信号。 2.设计方案： 初步方案仿真图： 所需器件列表： 元件元器件的值个数NE555芯片无 1 开关无8 电源12V 1 电阻R9 50K 1 8 电阻(R1-R8) R1-R8：148K，127K ,95K ,86K,66K,48K,32K,25K。 电容C1 10nF 2 电容C2 4.7nF 1 电容C3 22nF 1 扬声器8 1 3、仿真结果： （1）开关1闭合 （2）开关2闭合 （3）开关3闭合 （4）开关4闭合 （5）开关5闭合 （7）开关7闭合 上述方案为我们最初的简易电子琴设计电路图及仿真结果。为了使制作出的实物发声效果更好，我们又对原方案进行了一些补充和修改。方案如下：在输出端加上放大器，放大振荡器产生的信号，然后再输出。 五、改进方案：