CAD课程设计模板.docx

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1、设计成绩课程设计说明书题 目： 简易电子琴的设计 姓 名学 号专业年级2014级电子科学与技术1班指导教师张 涛2016年1月10日I摘 要本论文要设计的为基于单片机的简易电子琴，基本要求为能够发出1、2、3、4、5、6、7等七个音符即可。众所周知，由于一首音乐是由许多不同的音阶组合而成的，而每个音阶则对应着不同的频率，因此我们可以利用不同的频率来进行音阶的组合，即可产生美妙的音乐了。对于单片机来说，产生不同的频率非常方便，只要算出某一音频的周期，然后将此周期除以2，即为半周期的时间，利用定时器计时这个半周期时间，每当计时到后，就将输出脉冲的I/O反相，然后重复计时，此半周期再对I/O反相，即

2、可在I/O脚上得到此频率的脉冲。因此我们可以利用单片机的定时器，使其工作在计数器模式MODE1下，改变计数值TH0及TL0来产生不同频率的信号。从而产生不同的音符1。关键词：音阶，频率，单片机AbstractThis thesis designed for simple keyboard, the basic requirement is to send 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 seven notes. Well-known, the music is made up by many different scales, and each scale corresponds to

3、 different frequency, so we can use different frequency to make combination of scales, and then produce wonderful music. As for single-chip microcomputer, it is very convenient to produce different frequency, we just calculate an audio cycle, then this cycle divided by 2, namely half cycle time, usi

4、ng timer to time the half cycle time. Whenever timing, it will output pulse I/O reverse phase, and repeat the timing, the half cycle again to the I/O reversed-phase, then can get this frequency pulse from the I/O feet. So we can use microcontroller timer to make it work in the counter mode and gener

5、ate different frequency signal. Thus produce different notes. Keywords: scales,frequency, single-chip microcomputer 目 录摘 要IAbstractI目 录21 设计目的12 设计要求13 设计分析23.1 元器件的种类23.2 AT89C5122.3 四运放集成电路LM38634 硬件电路34.1 硬件电路图44.2 电路各部分简要分析44.3 元件参数54.4 单片机音符与单片机频率的关系54 电路图绘制流程64.1 绘制器件原理图符号64.2 绘制系统原理图64.3 绘制器件

6、封装64.4 绘制系统PCB65 电路板制作与调试65.1 打印电路图65.2 制作电路板65.3 焊接调试76 总 结7参考文献81 设计目的专业课的课程设计是本专业在知识结构、技能培养、综合应用等各方面培养锻炼学生的一项十分重要的工作。根据本专业的特点和培养目标，希望学生能在学习专业课程的同时将知识应用于实践，在校内实习基地通过剖析电子产品的电路原理，绘制其电路图并最终制作出印制电路板，领取相关元件后将其焊接与全面调试，从而将理论、实践紧密结合，为学生今后从事本专业的技术工作奠定坚实的基础。本课程是在前导验证性认知实验基础上，进行更高层次的命题设计实验，是在教师指导下独立查阅资料、设计、安

7、装和调试特定功能的电子电路。电子技术课程设计对于提高学生的电子工程素质和科学实验能力非常重要，是电子技术人才培养成长的必由之路。由学生自行设计、自行制作和自行调试的综合性试验。旨在培养学生综合模拟、数字电路知识，解决电子信息方面常见实际问题的能力，并了解一般电子电路构成简单系统的方法。促使学生积累实际电子制作经验，准备走向更复杂更实用的应用领域，目的在于巩固基础、注重设计、培养技能、追求创新、走向实用。根据所学电子线路CAD课程的特点，培养学生综合运用课本知识的能力，锻炼其在制作实际电子产品电路图、PCB过程中，学会自己应用理论解决实际中遇到的问题的能力。本次课程设计通过对现场制作电路板的学习

8、，进一步巩固专业知识，掌握绘制修改印制电路板、焊接、调试基本专业技能，达到能自如应对电子产品的电路图设计、印制电路板设计；切实加强动手能力，提升对理论知识的认识，两者结合，提高理论指导、解决实际问题的能力。2 设计要求(1) 会基本单元电路或系统电路的原理图、PCB绘制；(2) 制作XXXX元器件的原理图库与封装库；(3) 学习手工做板时使用贴片电阻类元器件；(4) 学习使用感光膜制作印制电路板的方法；(5) 学习使用环保腐蚀剂蚀刻电路板的方法；(6) 学习使用高速电钻给印制电路板打孔的方法；(7) 学习使用酒精松香溶液保护印制电路板免氧化的方法。(8) 锻炼系统焊接调试的基本步骤；(9) 提

9、升自我分析、解决问题的能力。3 设计分析这里写清楚你对给定题目的分析与设计思路。后面的小节就是对思路的详细说明或介绍。本论文设计的为电子琴，电子琴又称作电子键盘，属于电子乐器 (区别于电声乐器)，发音音量可以自由调节。音域较宽，和声丰富，甚至可以演奏出一个管弦乐队的效果，表现力极其丰富。它还可模仿多种音色，甚至可以奏出常规乐器所无法发出的声音（如合唱声，风雨声，宇宙声等）。另外，电子琴在独奏时，还可随意配上类似打击乐音响的节拍伴奏，适合于演奏节奏性较强的现代音乐。另外，电子琴还安装有效果器，如混响、回声、延音，震音轮和调制轮等多项功能装置，表达各种情绪时运用自如。本论文设计的电子琴虽是简易电子

10、琴，功能和真正电子琴有不小差距，但本论文设计的电子琴是很多高档电子琴的基础，对进一步研究电子琴有很大的促进作用。本设计易懂、简练，所用器件常见，上网查询资料方便，电路模块具有通用性，非常适合广大电子爱好者制作。本系统主要由硬件电路和软件流程组成。硬件电路主要包括芯片AT89C51、和CM38、喇叭和按键等以及由它们组成的电路图，软件流程主要包括主程序流程图和相关程序。本论文还对本设计用到的芯片AT89C51和LM386等做了一些介绍。3.1 元器件的种类本设计要用到的元器件有芯片AT89C51、CM38、喇叭和按键、电阻、电容等。3.2 AT89C51AT89C51是一种带4K字节FLASH存

11、储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，AT89C51是一种高效微控制器。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图3.1所示图3.1 AT89C51外形管脚图主要特性：与MCS-51 兼容 4K字节可编程FLASH存储器寿

12、命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24MHz2.3 四运放集成电路LM386LM386是四运放集成电路，采用8脚双列直插塑料封装，外形如图3.2所示。图3.2 LM386外形管脚图它的内部包含运算放大器，运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vs”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vs的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vs的信号与该输入端的相位相同。由于LM386运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，

13、价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。正是因为如此，本论文才选用它。4 硬件电路其实这里就是总的原理图，或者是你要完成的任务。4.1 硬件电路图基于AT89C51芯片的简单电子琴的电路图4, 如图4.1。图4.1 硬件电路图4.2 电路各部分简要分析单片机P1口为输入接口，接有一组按键，共8个。这8个按键S1S8分别按顺序与单片机的P2口P1.0P1.7相接。单片机P3.6口与芯片LM386第3各管脚通过电阻R1相连。4.3 元件参数本论文根据实际要求所选定的元件参数如下：电阻R1为10k欧，输入电阻R2为470欧，C1、C3分别为10uf和104。LM386的第五个管脚接一个电解电容C

14、7（47uf）和电阻R3（10欧)、电容C4（473）并联驱动喇叭发声。单片机P3.6接入一个按键和一个分压电阻，组成放歌按键，来控制整个电路运行扩展功能（播放一段音乐）。C6、C5接一个晶振，作为控制反向震荡放大器的输入和输出，并且确定内部时钟的工作频率。单片机RESET端口接入一个复位电路，此部分由电解电容C2（此电容为去耦电容，防止其他信号引起的错位复位）和控制电阻R4共同组成，主要功能是当按下按键时给予芯片RESET端口一个高电平复位信号。4.4 单片机音符与单片机频率的关系本次设计中，单片机晶振为12MHz,那么定时器的技术周期为1 MHz，加入选择工作方式1，那T值便为T=216x

15、（x为THX、TLX的初值）。那么根据不同的频率计算出应赋给定时器的计算值，表4.1列出不同音符与单片机计数T0相关的计数值。表4.1 音符与单片机频率对应表音符 频率 简谱码中 1DO 523 64580中 2RE 587 64684中 3MI 659 64777中 4FA 698 64820中 5SO 784 64898中 6LA 880 64968中 7SI 988 650304 电路图绘制流程4.1 绘制器件原理图符号把如何绘制原理图符号，以及绘制哪些元器件的符号，在这个过程注意哪些事项说清楚即可。4.2 绘制系统原理图把如何绘制原理图，以及绘制的过程说清楚即可。4.3 绘制器件封装把

16、如何绘封装，以及绘制哪些元器件的封装，在这个过程注意哪些事项说清楚即可。4.4 绘制系统PCB把如何绘制PCB（包括规则设置、布局设计、边框、尺寸限制、走线等），以及绘制的过程说清楚即可。5 电路板制作与调试5.1 打印电路图把设置反白打印的方法，注意哪些事项说一下。文字中间应当插入关键步骤的图片。5.2 制作电路板这里把曝光过程、显影过程、腐蚀过程、脱模过程，打孔、涂松香溶液防氧化都写一下。文字中间应当插入关键步骤的图片。5.3 焊接调试如何焊接，以及焊接注意事项，调试步骤与遇到问题如何解决都详细写出来。文字中间应当插入关键步骤的图片。6 总 结把自己的真实体会写清楚就行，别照抄下面的，否则

17、计0分！通过本次论文设计，使我加深了对单片机的认识，并且熟悉了单片机系统的设计流程，收获丰硕。功能上达标，硬件设施基本合乎要求，软件设计可以配合硬件实现其功能，达到设计预期。此次PCB板的制作给了我难忘的回忆，虽然以前也自己制作过一些板子，但本次却是我第一次从头到尾完成最认真的一次。在制作过程中出现了很多问题同时也掌握了一些技巧。以下是我在此次制作过中得到的一些技巧和方法：在绘制原理图是，元器件一定要选对，有些原理图看似和要求的原理图很像，但稍微一个管脚不同制出来的板子就会出错。同时在连线的时候有很多同学由于不熟练，使得其中有很多的交叉线，出现一些节点，但他们就只是单单的把节点删掉，在元器件检

18、查的时候出现了很多的错，甚至都找不出原因，不得不重新再绘制。在绘制PCB图时首先要摆放好器件，尽量使pcb图摆放紧凑，美观以及跳线尽量少，摆放过程中可以结合原理图及元器件的原理来放置，这样走线是就没那么复杂。对于本设计，在PCB走线时可以相应的对按键和89C51的连线顺序做一些该变，这样PCB连线看着没那么复杂同时连线时可以少掉很多不必要的跳线，看起来更清晰、明了。由于89C51的那些管脚都是输入管脚，功能是一样的，所以对其改变对实验结果不会有什么影响。在布线时，一定要选择好板层，此次我们制作的是单层板，应选择底层布线。很多同学对于密密麻麻的线不知从何下手，可以把原理图分成几个小部分，然后先把

19、每个小部分连接好，再放到一起来连接，这样不仅更容易连接、用时也更少。同时电源线和接地线一定要粗，其他线路也是越粗越好，但一般连线的宽度是0.8mm，线太细在腐蚀的时候就会断线，热转印时也会很难转印到板子上，难度更大。在跳线处要放置焊盘。每个元器件的焊盘应该也要重新改过，一般x为2.5mm，y为2.0mm，不然在打孔的时候会将焊盘全部打坏，不利于焊接。在热转印时，一定要仔细，最好一次就全部转印上，否则印上去的线会不清晰甚至断线、移位。当然如果不熟练可以使用热转印机自动转印。这样用FeCl3腐蚀后的板子会更加漂亮、清晰，同时也不容易出错。在打孔的时候，要是电钻的针对准孔，打齐，特别是对芯片的焊盘打

20、孔时尤其要注意，如果孔没打齐在插芯片时会插不进甚至会把管脚弄断。同时，最重要的时注意安全，在打孔时很容易把针弄断伤到自己，所以一定要注意安全不要把眼睛对着针。在焊接元器件时，首先，要把元器件插好，对别是二极管，正负极一定不能插反，同时芯片也是，芯片最好先插底座，不要直接把芯片焊在板子上，这样即使是插错了也可以改。用电烙铁焊接时应对准焊盘，快速准确的焊上锡丝，不要出现虚焊、漏焊的情况，由于电烙铁温度很高，所以也要注意安全，不要伤到自己。焊好器件后，最好在重新检查一下电路，用万用表先检查一下各线路是否接通，没接好的地方可以使用锡丝使其连接上。最后使用酒精松香溶液保护电路板防止氧化。在本次实验过程中

21、，遇到了很多困难，特别是在绘制PCB图的时候，为了使板子尽量漂亮，跳线尽量少板子尽量小，我把原理图修改了好几次，同时PCB板也绘制了好几个，一直到最后绘制出相对来说还比较满意的一个。大家都知道对PCB走线时一个很繁琐的过程，看着密密麻麻的线不知从何下手，我也一样，有好几次我都想放弃随便画一个算了，但最后还是坚持了下来。当看到板子很完美很成功的制出来时，当受到老师和同学赞扬时，我才知道我所做的一切都是值得的，同时也更加明白坚持是最重要的。总之，这次课程设计对于大部分同学来说是受益匪浅的，也是很成功的，真正意义的让我们得到了一次实践锻炼的机会。当然以后也应该多做一些这方面的实验，提高自己的动手能力。参考文献1 潘永雄、沙河. 电子线路CAD实用教程.西安电子科技大学出版社，2007.7（3）,186230.2 刘 原、高吉祥. 电路分析基础，电子工业出版社，2007.7（2），150.3 高吉祥、唐朝京. 模拟电子技术，电子工业出版社，2009.6（4），128.8