简易电子琴课程设计报告

摘要

电子琴是现代电子科技与音乐结合的产物，是一种新型的键盘乐器，它在音奏中已成为不可缺少的一部分。本文主要介绍运用555定时器制作简易电子琴的设计方法。该方法利用555定时器构成多谐振荡器，通过按键控制不同的RC组合应用多谐振荡器产生不同频率八个基本音阶的脉冲信号波，然后连到扬声器上，即可发出八音阶的音乐。在该设计中，利用了555定时器构成的多谐振荡器产生各音阶不同频率的脉冲，不仅仅使其频率调节更加方便，而且发出的声音稳定、饱满。

关键词：简易电子琴，555定时器，多谐振荡器，八个基本音阶

目录

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目录

前言·······························································1 第一章 设计内容及要求··········································2 1.1 设计的基本原理··············································2 1.2 设计要求···················································2 第二章 系统组成及工作原理·····································3

2.1 系统组成···················································3 2.1.1 按键模块··················································3 2.1.2音调发生模块··············································3 2.1.3音响模块··················································4 2.2 工作原理···················································4 2.2.1 NE555多谐振荡器··········································5 2.2.2 LM386集成功率放大器······································7 第三章 方案比较·················································8 3.1 方案一······················································8

3.2 方案二······················································9 3.3方案三·····················································10 3.4方案分析与比较·············································11 第四章 参数计算、器件选择····································12 4.1 参数计算···················································12 4.2 器件选择···················································12 第五章 系统调试及测试结果分析······························14

5.1 系统调试···················································18 5.2 硬件调试···················································19

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5.3 测试结果与分析·············································19 5.4 误差分析···················································19 实验小结及心得体会················································20 结论······························································21 参考文献·························································22 附录一····························································23 附录二····························································24

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前 言

随着当代科学设计的发展，电子产品在人们的日常生活中占据着越来越多重要的地位。电子琴作为其中的一个典型代表，引领着许多孩子进入音乐的殿堂。因此，我们选择了简易电子琴这个题目来制作，因为它不仅能过提高实际动手能力，还与实际生活有着紧密的联系。

模拟电子技术基本教程是一门实践性很强的课程，而此次课程设计依据的理论基础是模拟电子技术基本教程，其主要目的是通过本课程的培养，启发学生的创造性思维，进一步探究书本知识。本课程设计是设计出一个电子产品，先焊接好，再进行检验。

在电子课程设计的过程中，系统的概念十分重要，熟悉从系统的层次分析问题、解决问题的方式。基本方法除了实验课中要求掌握的功能测试、故障排除等各种一般方法以外、要特别注重使用“电路拼装”的方法。课程设计的一般步骤如下：（1）、选择一个课题；（2）、查阅有关资料；（3）、进行可行论证；（4）、通过设计方案的比较，定出最优的设计方案；（5）、分解为多个模块；（6）、分别设计各个功能模块电路，并完成调试；（7）、组装成完整的数字系统；(8)、编写设计、安装、调试报告。

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第一章设计原理及要求

1.1 设计的原理

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，体积小，使用起来方便。只要在外部配上几个适当的阻容元件，就可以构成施密特触发器、单稳态触发器及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。

由555定时器电路组成的多谐振荡器，它的振荡频率可以通过改变振荡电路中的RC原件的数值进行改变。根据这一原理，通过设定一些不同的RC数值并通过控制电路，按照一定的速度依次将不同的RC组件接入振荡电路，就可以使振荡电路按照设定的要求，有节奏的发射已设定的音频信号与音乐。

下图为电子琴总框图：

图1.1简易电子琴总框图

1.2设计要求

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：1：261.6HZ、2：293.6HZ、3：329.6HZ、4：349.2HZ、5：392.0HZ、6：440.0HZ、7：493.9HZ、0：523HZ。 2）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，改变滑动变阻器，生成不同的频率声音

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第二章 系统组成及工作原理

2.1 系统组成

2.1.1 按键模块

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。如图2.1.1所示。

图2.1.1

图2.1.1示电路实现频率的控制，采用一个单刀单掷开关来代替按键开关，从左到右依次闭合开关，即可以获得所需的频率。 2.1.2 音调发声模块

图2.1.2

图2.1.2所示是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。

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2.1.3 音响模块

由一个LM386芯片和一个喇叭组成音响，LM386将系统产生的信号放大，经过喇叭发出声音。模块设计图如图2.1.3所示

图2.1.3 音响模块

2.2 工作原理

音乐产生原理及硬件设计由于一首音乐是由许多不同的音阶组成的，而每个音阶对应着不同的频率，例如本次实验所需频率如下：1：261.6HZ、2：293.6HZ、3：329.6HZ、4：349.2HZ、5：392.0HZ、6：440.0HZ、7：493.9HZ、0：523HZ。由此，我们就可以利用不同的频率的组合，奏出不同的音调，即可构成我们所想要的音乐了。工作原理图如图2.2所示

图2.2简易电子琴的工作原理图

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2.2.1 NE555多谐振荡器：

NE555的内部结构可等效成23个晶体三极管、17个电阻、两个二极管，组成了比较器、RS触发器、等多组单元电路。特别是由三只精度较高5k电阻构成了一个电阻分压器，为上、下比较器提供基准电压。 NE555属于CMOS工艺制造。 NE555引脚介绍如图2.2.1.1：

图2.2.1.1NE555管脚图

1地 GND；

2 触发端； 3 OUT输出端；

4 复位 R接低电平时及电路不工作，不用时应接高电平；

5 CO或VC为 控制电压端。若此端外接电压，则可以改变内部两个比较器的、基准电压，当改端不用时，应将该端传入串入一只电容接地，以防引入干扰； 6 触发端；

7 D放电端。该端与放电管集电极相连，用作定时器式电容的放电； 8 VCC（或VDD）外接电源VCC，双极性是基电路VCC的范围是4.5—16V,一般 5V。

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【内部原理图】如图2.2.1.2所示

图2.2.1.2 内部原理图

图2.2.1.3555定时器构成的多谐振荡器电路及工作波形

555定时器内含一个由三个阻值相同的电阻R组成的分压网络，产生VCC和VCC两个基准电压；两个电压比较器C1、C2；一个由与非门G1、G2组成的基本RS触器（低电平触发）；放电三极管T和输出反相缓冲器G3。Rd是复位端，低电平有效。复位后, 基本RS触发器高端为1（高电平），经反相缓冲器后，输出为（低电平）。

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2.2.2 LM386集成功率放大器：

2.2.2.1 外形、管脚排列及内电路

LM 386是一种低电压通用型音频集成功率放大器，广泛应用于收音机、对讲机和信号发生器中； LM 386引脚图如图2.2.2.1所示，它采用8脚双列直插式塑料封装。

图2.2.2.1 LM386引脚

LM386有两个信号输入端，②脚为反相输入端，③脚为同相输入端；每个输入端的输入阻抗均为50 kΩ，而且输入端对地的直流电位接近于零，即使输入端对地短路，输出端直流电平也不会产生大的偏离。 2.2.2 2 LM386主要性能指标

LM386的电源电压范围为5~18v。当电源电压为6V时，静态工作电流为4mA。当Vcc=16V，RL=32Ω时输出功率为1W。①、⑧脚开路时带宽300kHZ，总谐波失真为0.2%,输入阻抗为50KΩ。本实验采用的是C调音阶，其音阶频率与对应电阻R8值，根据T=0.7（R9+R8）C可计算R8的值。

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