11电子节拍器课程设计报告

电子课程设计报告

课程设计名称： 数字逻辑课程设计

课程设计题目： 电子节拍器

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评分： 教师：

日期 2011 年 月 日

摘要

音乐能能够陶冶人的情操，进化人的灵魂，在贝多芬昏暗的世界里音乐奏响了他的第二次生命曲，随着音乐节奏的改变会带给人不一样的享受，而对节奏频率的改变进行检测会更容易让人理解。

本次设计电子节拍器采用了CD4017，555,8050，CD4069芯片等其他元器件组成完整数字电路，具有较好的声光显示功能。并设有2/4，3/4，4/4，三档开关，它将RC振荡经过非门产生的脉冲通过分频器对指示灯LED亮暗的控制从而观察音律节奏的变化，分频器又输出脉冲经过三极管达到对电阻开关的控制以及改变555的振荡的频率，通过喇叭发出的声音可以明确的辨别节拍发生了改变。

设计实现的频率范围是1000KHZ左右，电源是5v，采用的技术方法还可以用在其他的领域，例如学音乐、学舞蹈、学唱歌节拍器都是初学者的良师益友。 关键字：节拍器 频率 分频器

目录

前言·············································3 第一章 设计内容及要求························4 第二章 系统的组成及工作原理·····················5 第三章 电路方案设计·····························6

设计电路图···································6

第四章 实验调试及测试结果与分析··················9 总结·············································10 参考文献·········································11 电路原理图·······································12 元件清单·········································13

前言

电子节拍器是一种能在各种速度中发出一种稳定的节拍的电动或电子装置，作为一种节奏性乐器使用。1696年巴黎人E.卢列创制第一架节拍器后，这种装置的种类很多，最普遍使用的是1816年由奥地利人J.N.梅尔策尔发明的节拍器。梅尔策尔的节拍器外形呈现金字塔形，内部为时钟结构，有齿轮及发条，带动一摆杆，摆杆每次摆动结束时发出尖锐的“滴答”声，这些滴答声的速度可根据刻在摆杆上的游尺度上下移动摆锤，进行调整，其速度每分钟40~210拍。约在1945年瑞士钟表业生产袖珍节拍器，形如挂表。匈牙利作曲家G利盖蒂在《交响诗》中用过100个节拍器以不同的速度鸣响。

节拍器最早时期是机械式的利用的是机械发车节拍，随着科学技术的发展现今的节拍器都是电子式的，现代半导体和集成电路底节拍器不但功能强性能好而且还小巧灵便，携带起来很方便。在不久的将来还会出现只能化的电子节拍器。 电子节拍器对初学者来说是最好的指导老师，是钢琴学习者的铺助工具，合理地运用它,可使学琴者克服练习中的障碍,清楚每首乐曲所需的基本速度,并且对初级学琴者建立一定的心理节奏感,养成良好的节拍习惯具有积极的帮助作用，同时也起到速度的参照作用、纠正速度的作用。

第一章 设计内容及要求

【基本要求】

要求本节拍器具有声光显示功能：设有2/4，3/4，4/4三档节拍转换开关，音响有强弱之分。节拍速度连续可调。

第二章 系统的组成及工作原理

本设计电路主要由四部分组成，分别是：脉冲产生电路、节拍信号产生电路、灯光显示电路和发声电路。

节拍信号产生电路：以脉冲信号作为输入信号产生节拍信号。 灯光显示电路：灯光使用节拍信号控制。

发声电路：利用功率较大的放大电路来驱动发生器，继而通过蜂鸣器产 声音。

设计参考原理框图如图2-1所示：

图2-1 系统组成框图

首先由振荡电路产生一系列的脉冲信号，传至脉冲信号接收电路，通过接收脉冲信号电路对这一脉冲进行一系列的转换，使其能够产生不同的节拍，再将这些转换的脉冲信号传至蜂鸣器，使其能够发出不同的节拍来，同时连接四个发光二极管，以达到有灯光随节拍闪亮的效果。

第三章 电路方案设计

电路图如图3-1所示：

图3-1 系统方案电路图

电路通过555自激振荡产生方波输出，其频率范围为570Hz-2800Hz,调节滑动变阻器可以使拍子在每分钟34至170次的范围内变化。

脉冲产生电路电路如图3-2所示。

图3-2 脉冲产生电路图

节拍控制器由CD4017、C4、R11等组成。其中脉冲分配器CD4Ol7， 其十个输出端QO-Q9 只有一个输出高电平， 复位状态下QO输出高电平，在CP0端输入第一个脉冲后Ql输出高电平，输入第二个脉冲后Q2输出高电平，以此类推。输入十个脉冲后电路又恢复到初始状态。如果把某个输出端接到复位端MR， 则当该输出端为高电平时电路即提前进入复位状态，我们正是利用这一特点通过开关接在不同的输出端上形成不同的节拍输出。C4、R11组成开机复位电路。

节拍控制电路电路如图3-3所示：

声音控制电路电路如图3-8所示，当Q0、Q2、Q4、Q6其中一路输出高电平时，通过与其相连接的发光二极管再过R3连接到地从而同步发光显示，另外通过二极管与电阻相连，由于R7=100Ω与其他R4=R5=R6=51KΩ不相同，所以当Q0输出高电平时，声音控制信号输出的电流将大一些，发出重音，区别于其他低音信号。

声音控制信号输出以后通过三级管放大电路对其进行放大，再输出到蜂鸣器进行发声。 下面以2／4拍为例说明电路的工作原理：在复位状态Q0输出高电平，通过R7电路发出一重音，LED4灯亮，R4、R5、R6中无电流通过。CP0 端输入第一个脉冲后QO输出低电平Q1输出高电平，电路没有输出。输入第二个脉冲后Q2输出高电平，通过R6电路发出一低音，LED3灯亮，R4、R5、R7中无电流通过。输入第三个脉冲后Q3输出高电平，电路没有输出。输入第四个脉冲后，Q4输出高电平，通过开关又使MR 端为高电平，脉冲分配器迅速进入复位状态。如此周而复始，便可发出一强一弱的节拍声， 3／4、4／4 拍的工作原理可以此类推。

第四章 实验调试及测试结果与分析

4.1 调试

（1）设计完电路领到元器件后，开始准备连接电路。由于本次课程设计是两个同学一组，为确保两位同学都动手操作，作者与同组同学分工一人连接一半的电路，各自检查无明显错误后再将两部分电路连接起来 。为了在连线时不发生故障，作者与同组人遵循了以下原则：在接线之前断开所有的电源，检查所需芯片和导线是否完好，参照电路图，先把芯片插座在电路板上进行布局，然后合理、有序的连接电路。

（2）连接完电路后，接通电源，发现节拍的速度非常快以至现象不明显以及蜂鸣器发出的声音太弱。作者先检查了电路的连线以确保接触良好，结果无明显变化。接着调节滑动变阻器，慢慢调大电阻的阻值发现节拍的速度逐渐慢下来，此时现象比较清晰。由此同时也可以得出振动频率与电阻成反比。然后作者更换了靠近二极管的电容的大小，将小电容换成了较大的电容，此时听见了蜂鸣器发出的清晰的声音。 4.2 测试结果与分析

（1）将导线开关连在2/4拍，接通电源开关，蜂鸣器发出“强 弱 强 弱”的节奏声，发光二极管D4和D3也随着节拍声交替发光,发出强音时D4亮，发出弱音时D3亮。 分析：“强 弱 强 弱”的节奏声正是2/4拍的节奏，说明电子节拍器能够正常发声和发光。 （2）将导线开关连在3/4拍，蜂鸣器发出“强 弱 弱 强 弱 弱”的节奏声，发光二极管D4、D3和D2也随着节拍声交替发光，发出强音时D4亮，发出第一声弱音时D3亮，发出第二声弱音时D2亮。

分析：“强 弱 弱 强 弱 弱”的节奏声正是3/4拍的节奏，说明电子节拍器能够正常发声和发光。

（3）将导线开关连在4/4拍，蜂鸣器发出“强 弱 弱 弱 强 弱 弱 弱”的节奏声，发光二极管D4、D3、D2和D1也随着节拍声交替发光，发出强音时D4亮，发出第一声弱音时D3亮，发出第二声弱音时D2亮, 发出第三声弱音时D1亮。

分析：“强 弱 弱 弱 强 弱 弱 弱”的节奏声正是4/4拍的节奏，说明电子节拍器能够正常发声和发光。

（4）调节滑动变阻器可以改变节拍声节奏的快慢和发光二极管闪烁节奏的快慢，所以判定制作的电子节拍器的节拍速度连续可调。

以上测试结果表明该设计电路符合设计要求。

电子节拍器

总结

本次课程设计我们投入了一周的时间，在此过程中我遇到太多的困难，一直是耐着性子坚持把这个实验做完了，其中不乏有人帮忙，从一开始我对节拍的一无所知到现在的马马虎虎，我已经很欣慰了，在选这个课题的时候我压根就不知道我要做什么，知识后来查了资料以后我才有一个大致的思路，我总共用了两种方法，第一种方法在理论上是行得通的，但是并不能达到老师所要的要求，顾此我放弃了，采用第二种方案，一直是摸索着前进，电路已经是千疮百孔了，而且还有部分实验要求现象出现，这大大的激励了我坚持下去决心，可是天不遂人愿终于在最后失败了。

下面总结一下设计中的优劣点： 优点： 1、 2、 3、

脉冲发生电路相对555多谐振荡电路焊接比较简单、外观清晰，振荡实现起来容易，而且排除问题，检查方便。

只需要一个555音频信号发生器驱动扬声器发声，不需要什么外接电路来驱动，而且只需要一个三极管来开关电阻。

整个电路采用的是模块化设计，模块化焊接，彼此之间联系不紧密，互相影响不大，只要有一个出现问题都能很快被排查出来。

劣点：

1、脉冲不稳定，或多或少的会闪烁，而且频率改变不是很大，振幅几乎不变。 2、LED灯循环点亮随振荡频率改变后变化很不明显。

3、音频信号发声器的三极管起到的开关作用不是很大，当三极管开，关时音频几乎是没有改变。

4、依赖性很大，扬声器的发声频率不仅依赖音频发生电路，还依赖振荡器发声电路，顾此实际操作很难有理论实验的效果出现。 失败后才发现我真的很在乎我自己的作品，起初是做着玩的，当我投入了大量的精力以后我认真了，在制作的过程中我采用的是模块化的焊接电路，然后将所有的电路连接起来，在检查的时候大大的节约了时间，只要有一个部分除了问题我就可以采用排除法很快就能查出问题所在。

我觉得课程设计是靠我们的综合素质，不单要求理论知识，还要求实践能力，通事训练我

们将课本上的知识整合到一块小小的电路板上，浓缩就是精华！

参考文献

[1] 王毓银.《数字电路逻辑设计（脉冲与数字电路 第三版）》.高等教育出版社.1999

[2] 康华光.《电子技术基础 模拟部分（第四版）》.高等教育出版社.1987 [3]吴汉清.《实用制作——电子节拍器》.电子制作2003年第10期 [4]曹汉房.《数字电路与逻辑设计基础》.电子工业出版社.2007年7月 [5][日]汤山俊夫 ，彭 军 （译）《数字电路设计与制作》.科学出版社.2005年4月

[6] 美斯蒂芬.布朗（StephenBrown）.《数字逻辑设计基础（英文版）》.机械工业出版社.2008年9月

附录； 元件清单

电子节拍器

11 12 13 14

三极管 蜂鸣器 LED 二极管

2N1711BUZZER200HZ

2 1 4 5

1BH62

8

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/w7sm.html