简易电子琴设计及制作实验报告.pdf

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1、 目 录 摘 要 3 前言 3 1.课程设计的要求 4 2.电路的分析 4 3.电路的绘制 6 4.pcb 图绘制 6 5.热转印制版法 7 5.电路焊接与调试 8 7.总结 8 附录 9 参考文献 9 2 CAD 课程设计简易电子琴设计及制作实验报告 摘 要 本次设计在以 STC89C52 单片机为核心的系统板上利用 C 语言设计简易电子琴。该电子琴能定时给电器供电或断电，最大定时时间可以长达六十分钟且可以再一分钟到六十分钟之间任意调节时间长短，操作使用方便。采用STC89C52 单片机控制，5 位共阳数码管显示时间，蜂鸣器提示，继电器作电器电源输出控制。该定时器可预置定时时间，可通过矩阵键

2、盘上的四个按键来选定定时器预定时间和开始和暂停，然后结合继电器对电器进行供电和断电；利用单片机内部的定时器 T0,成功实现了计时器的计时功能；本电子定时器会在定时时间到达零时通过蜂鸣器进行报警，以此提醒用户电器即将断电，方便用户对电器进行其它的操作。本实验过程包括：前期设计：1、原理图的绘制、PCB 图的设计与排版 2、编写程序并下载程序至单片机 实验制作：1、电路板焊接 后期实验工作 1、实验调试 2、实验报告与总结 前 言 我们生活在一个电子产品层出不穷的时代，作为通信专业的一名学生，了解基本的电子产品的工作原理及基本结构是十分必要的，这对于我们以后了解比较复杂的电子产品有非常重要的作用。

3、现在电子仪器发展迅速，而且功能越来越齐全化，体积微型化，仪器智能化；电压，电流要求越来越简单，功耗越来越低。单片机有这体积小，功耗低（STC89C51 功耗在 100MW 左右），功能强，性能价格比高，易于推广应用等显著特点，所以在现代社会中已经占统治地位。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有 1-2 部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。单片机的数量不仅远超过 PC 机和其他计算的综合，甚至比人类的数量更多。而本次课程设计简易电子琴制作，主要

4、的芯片就是单片机。通过此次课程设计让我们对单片机有了有一个更深刻的了解。在此实验设计中，通过自己动手制作，我们可以学到很多东西。能够真正的做到理论与实践相结合，为我们培养自己的动手能力提供一个宝贵的机会。3 1、课程设计的要求 课程设计内容：简易电子琴设计，课程设计目的：1由设计要求选择合适元器件设计并绘制简单或复杂的电路图；2熟练掌握绘制元器件的元件符号库、封装库；3熟练掌握 PCB 设计时的走线、布局技巧；4熟练掌握使用热转印方式制作印制电路板的具体步骤与相关事项；5熟练掌握使用 FeCl3或类似溶液腐蚀电路板的技巧与注意事项；6熟练掌握使用高速电钻对印制电路板打孔的方法与技巧；7熟练掌握

5、元器件的焊接技巧；8熟练掌握使用酒精松香溶液保护电路板防止氧化的方法；2、电路分析 一、具体原理图：如下图（1）由简易电子琴的电路原理图可知，该电子琴电路的具体组成是：14X4 的 16 个按键矩阵，并且每个键对应一个音。2用 STC89C51 将键盘连接设计成为电子琴。（89c51 见右图）二、基本原理：一定频率产生声音，频率高低决定音调。利用单片机输出脉冲信号经放大后送给喇叭，便可发出声音。利用单片机的定时器，让定时器中断一次就对改变喇叭的状态一次，即形成矩形方波，这也是数字电路产生声音的方法。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，可以利用不同的频率的组合，即可构

6、成我们所想要的音乐了，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 T0 来产生这样方波频率信号，因此，只要把一首歌曲的音阶对应频率关系弄正确即可。三、对应元器件及其封装 STC89C51 DIP40 C6 104(自己绘制)LM386 DIP8 Y1 11 (自己绘制)S1-S16 KG3 C1 10UF(自己绘制)J1 SIP8 C5 10UF(自己绘制)LS1 SIP2 C7 10UF(自己绘制)JP2 SIP2 R1 1206(贴片)4 C2 30uf(自己绘制)R2 1206(贴片)C3 30uf(自己绘制)R3 1206(贴片)C4 30uf(自己绘制)R4

7、 1206(贴片)C6 104(自己绘制)图 1 3、电路图绘制 1、打开绘图软件 protel 99 根据给出的电路原理图创建一个项目，穿件原理图文件，绘出原理图。2、设置图纸规格，设置原理图编辑参数。3、加载元件库，放置元器件，原理图的编辑与调整。4、绘制好电路图后，要检查每个元器件的封装是否合理。5、对原理图使用“电气规则检查”，如果有错误就改掉错误，没有错误，就可以进行下一步工作了。6、原理图的输出。5 TitleNumberRevisionSizeBDate:18-Dec-2011Sheet of File:F:学 习用 的protel zuoyeMyDesign.ddbDrawn

8、By:12345678J1CON8S16SW-PBS15SW-PBS7SW-PBS11SW-PBS8SW-PBS14SW-PBS1SW-PBS2SW-PBS13SW-PBS6SW-PBS4SW-PBS3SW-PBS5SW-PBS12SW-PBS10SW-PBS9SW-PBC110u fR410kR247kR110kC747u fC510u FC4CAPC6CAP12345678LM358LM386R310kVCCC330p f30p fC2Y112MHzP1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0(RXD)10P3.1(TXD)11P3.2(

9、INTT0)12P3.3(INTT1)13P3.4(14P3.5(15P3.6(WR)16P3.7(RD)17X218X119GND20P2.021P2.122P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728EA31P2.223P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC40PSEN29ALE30IC1AT89C51 412LS1HEADER 2RR1RR2RR3RR4CR1CR2CR3CR4CR1 CR2 CR3 CR4RR1RR2RR3RR4GNDGNDVCC12JP2HEADER 2VCCGNDCR4CR3CR2CR1

10、RR1RR2RR3RR4 图 2 4、PCB 绘制 1、承接上面电路图绘制的最后一步，在原理图中直接用“更新 pcb”命令。2、加载 pcb 库文件，并在“转入注释网络表”对话框中检查原理图的封装有没有错误，确保封装没有错，并在原理图连线正确的前提下，一般检查是不会报错的，当对话框没有报错的时候就可以，再选择“执行”命令。3、根据电路原理图对 PCB 版进行排版。4、对照电子琴需要的元器件看 PCB 中的封装是否符合要求，如不符合要求的就在封装库中找到相应的封装编辑改变直至符合要求。（设置每个元器件的焊盘 x 为 2.5mm，y为 2.0mm，这样是为了确保在打孔的时候不会将焊盘打坏，且有利于

11、焊接。）5、连线（设置线宽不小于 0.8mm）6、敷铜 7、pcb 图基本上就绘制完成了。6 图三 5、热转印制版法 1、将会好的 pcb 图打印出出来，在一张 A4 纸上粘贴好大小合适的相纸，然后将它放入打印机，并确保将 pcb 图全部打印在相纸上。2、用砂纸将电路板有铜的一面在水中按一个方向摩擦干净，再用吹风机将电路板吹干，参照 PCB 版的大小，裁好电路板，将相纸粘在电路板上，加热直至相纸上的墨都转移到电路板上，检查，如果电路板上的墨不够黑，则用油墨笔将电路板涂黑。3、将已经印有 pcb 图的电路板放入腐蚀液中腐蚀，并不断地观察 pcb 板的腐蚀程度，以确保制作出的 pcb 板该有的线路

12、完好，大概 20 分钟后取出电路板。4、将腐蚀好后的电路板用流水冲洗干净，并用砂纸将油墨和蜡轻轻按一个方向擦试干净。5、打孔。确保打孔针的大小和焊盘的大小相宜，垂直安装好。6、电路焊接与调试 一般焊接的顺序是：先小后大、先轻轻重、先里后外、先低后高、先普通后特殊的次序焊装。1、先将元器件按照 pcb 图的元器件摆放插入对应的焊盘中。2、注意二极管以及电容等具有正负级的元器件的插放正确。7 3、用电烙铁将所有元器件焊接到电路板上，在这个过程中必须要很熟练焊接的步骤，熟练焊接的过程。4、特殊元件的焊接：如贴片电阻的焊接，就必须很小心。5、并检查有没有错焊、虚焊、漏焊、有没有连焊、焊点是否有拉尖现象

13、、。6、全部焊接完后就是对硬件进行调试。在焊接的过程中，也要检查焊接是否有错，看接地的部分是否相通。及芯片各管角的电压值是否正确。7、总 结 都说纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。通过本次课程设计，我充分了解了我们本学期所学习的电原理图的编辑，电路功能仿真、工作环境模拟、印制板设计（包括自动布局、手动布局，自动布线，手动布线）与检测（包括布线、布局规则的检测和信号完整性的分析）等一些知识点。从上课时老师讲课时的一知半解到自己动手后才真正的了解。也发现了上课时自己的知识漏洞，一些细节上的小问题。通过这次的简易电子琴的设计，我感觉对我熟悉protel 99 的操作有很大的帮助，虽然以前在上课时也有做

14、实验，但是总是感觉了解的不是很透彻。通过这次课程设计，从开头的电路原理图的绘制，到 PCB 版的绘制再到电路板的制作、元器件的焊接，程序的下载及最后的调试。自己亲力亲为动手发现了自己的一些问题同时也学会了很多在上课时学不到的知识，如热转印制版法，给电路板打孔等。在这过程中，了解到了实验室的同学的辛苦。觉得自己和他们相比在动手能力方面还有很大的差距，以后应该多陪养自己的动手能力。通过对相关元器件的了解，我也很好地巩固了的基础概念、专业理论知识还对各个芯片内部结构及功能有了一个很系统的了解，这是在上课是学不到的，如果不是自己要用到这些芯片，肯定也不会去了解它，更重要的是增长了我们的实践经验，并提高

15、了认知水平，促进了自学能力。这次我主要的设计是一个游戏型的电子琴，采用 16 个键分别代表 16 个音，通过对按键的随意按击从而产生不同的音乐，主要是通过每个按键所产生的频率不同来使得发出的各个音不同，从而产一音乐，虽然显得单一，但是至少很简单。这次主要参考了网上的一个实例，再加上了一些自己的补充。我主要针对了这个设计的原理和程序的编写，从而来更好的会习设计的方法和创新。突然说要自己亲手设计一个应用系统，一下子感觉实在难啊，根本不知道从何下手。后来实在没办法，只有去网上查找相关的设计或者到书上去找例子，从而来让自己有个如何去做的思路。通过在网上和书上很多例子的参考，基本了解了设计报告的结构和写

16、法，同时也让我知道了单片机的功能真的是如此的大，几乎应用于我们身边的每时每刻。最后，通过这次的课程设计，虽说不是自己独立完成的(当然要感谢那些帮助过我的可爱的同学们），让我学会了如何使用 protel 99，如何去完成一个设计报告，让我更进一步了解了单片机，也让我感受到做出一个设计的开心，喜悦与担心。相信这对以后的毕业设计也会有很大的帮助。8 附件 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）,186-230；【2】阎石，数字电子技术基本教程，清华大学出版社；【3】刘 原、高吉祥，电路分析基础，电子工业出版社，2000；7.7（2），1-50；【4】高吉祥、唐朝京，模拟电子技术，电子工业出版社，2009.6（4），1-28；【5】高吉祥、唐朝京，数字电子技术，电子工业出版社，2009.6（3），100-15；