简易电子琴设计报告

北京交通大学 电子技术课程设计报告 随着科学技术的发展和人类的进步，电子技术已经成了各种工程技术的核心，特别是进入信息时代以来，电子技术更是成了基本技术，其具体应用领域涵盖了通信领域、控制系统、测试系统、计算机等等各行各业 生活中常使用到许多的电子设备，它给我们生活上的便利与影响。而电子琴就是一个很明显的例子，这些有时甚至含有内建音乐，有时又可以千变万化，真让人想动手试试看，因此我们对它产生了许多问题与想象。本文就是关于用555定时器制作简易电子琴的过程及基本原理。 1.方案介绍 1.1.总体框图 ， 1．2．模块功能 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 1输入端： 由八个按钮开关与各自的定值电阻串联在并联组成输入端 2频率产生端： 根据定值电阻的不同输入，由555产生不同的信号频率 3扬声器端口: 接受信号频率发出特定的频率 1.3.方案选择 【设计方案一】 数字电路电子琴 采用一个555集成定时器组成简易电子琴。整个电路由主振荡器，颤音振荡器，扬声器和琴键按钮等部分组成。 主振荡器由555定时器，电阻，按键及电容组成。 【设计方案二】 单片机电子琴 程序可分如下： 初始化模块、判断按键模块、键值处理模块、音乐处理模块、中断模块、0处理模块、表单模块。 初始化模块：对8279键盘的部分进行初始化和中断初始化。 键值处理模块：用8279的状态字来判断它是否按键（FIFORAM不能清除已处理的数据，但8279的状态字会发生相应改变）。输入的键值与1-8的物理值01H-08H进行比较，如果与其中某个数相等，则跳到1-8的键值处理模块；如果是9或者A，则跳到音乐处理模块。如果输入是0，则跳到0处理模块。结尾跳到初始化模块 。 音乐处理模块：专门处理音乐中的1-8的发音。它们发音不同是因为波的频率不同，所以要发出不同的音，只要实现发出的波的频率不同即可。于是，可通过定时的方法来中断产生不同的方波。可把1-8的定时初值放在一个表单内。 中断模块：T0中断是为键值处理模块服务；T1中断是为音乐处理模块服务。 0处理模块：在音乐处理过程中，按下0则音乐暂停，此时可如其他按键（包括音乐按键）。当再按下0键时，则最近继续的音乐中断。 表单模块：TAB音符表单存放1-8的ASCII码值；FREQUENCY音符初值表单存放1-8音符的中断初值；DAT、DAT1分别存放两首歌曲相应的中断初值和节拍等信息。 综上：第一种方案简易，易于实现，所用知识为数字电子技术。

接下来将介绍这种方案。 2.1 原理图： 对不同音阶的波形仿真：

1音 2音 3音

4音 5音 6音 7音 8音 2.2最终设计电路 考虑到通过扬声器直接播放输出信号效果不好，所以在扬声器前把信号加以放大。最终决定用以下电路进行实验。 3. 主要元器件介绍 3.1. 555芯片介绍及元器件选择 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，就可以构成史密特触发器、单稳态触发器及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。 多谐振荡器的工作原理：多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路，由于矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波，故 称为多谐振荡器。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，在自身因素的作用下，电路就在两个暂稳态之 间来回转换，故又称它为无稳态电路。由555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的长短与电容的充电时间有关 。充电时间常数T充=（R1＋R2）C。

由于放电管VT导通，电容C通过电阻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（1/3～2/3）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 集成555定时器有双极性型和CMOS型两种产品。一般双极性型产品型号的最后三位数都是555，CMOS型产品型号的最后四位数都是7555.它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。器件电源电压推荐为4．5～12V，最大输出电流200mA以内，并能与TTL、CMOS逻辑电平相兼容。其主要参数见表8.1。

555定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列分别如下： 【逻辑符号】 【内部原理图】 Vi1（TH）：高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，标志为TH。 Vi2（TR）：低电平触发端，简称低触发端，标志为TR。 VCO：控制电压端。 VO：输出端。 Dis：放电端。 Rd：复位端。

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触发器（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0（低电平）。

【逻辑功能】 RST TH TR OUT 0 X X 0 1 >2/3VCC >1/3VCC 0 1 <2/3VCC >1/3VCC 不变 1 <2/3VCC <1/3VCC 1 1 >2/3VCC <1/3VCC 1 在555定时器的VCC端1/3和地之间加上电压，并让VCO悬空，则比较器C1的同相输入端接参考电压1/3VCC，比较器C2反相输入端接参考电压2/3VCC ，为了学习方便，我们规定： 当TH端的电压>1/3VCC时，写为VTH=1，当TH端的电压<2/3VCC时，写为VTH=0。 当TR端的电压>2/3VCC时，写为VTR=1，当TR端的电压<1/3VCC时，写为VTR=0。 ① 低触发：当输入电压Vi2低电平，C1输出为高电平，基本RS触发器的输入端TH=0、TR=1，，经输出反相缓冲器后，VO＝1，T截止。这时称555定时器“低触发”； ② 保持：若Vi2>1/3VCC 且Vi1<2/3VCC，则VTR=1，VTH=0，基本RS触发器保持，VO和T状态不变，这时称555定时器“保持”。 ③ 高触发：若Vi1>2/3VCC，则VTH=1，比较器C1输出为低电平，无论C2输出何种电平，基本RS触发器,经输出反相缓冲器后，VO＝0；T导通。这时称555定时器“高触发”。 VCO为控制电压端，在VCO端加入电压，可改变两比较器C1、C2的参考电压。正常工作时，要在VCO和地之间接0．01μF（电容量标记为103）电容。放电管Tl的输出端Dis为集电极开路输出。 元器件选择：

○1根据555多谐震荡的原理选择电阻：由上所述可知：555芯片输出端输出的频率计算公式为f=1.43/((R1+2R2)C) 再由下表所列的八个音阶分别对应的频率可以令R1为一固定阻值，通过开关调节的几个串联的电阻当做R2。分别选用6个2千欧电阻，一个1千欧和一个十三千欧的电阻串联接于引脚6和引脚七。大概电路图1所示。

○2电容选择：通过计算可以得出6引脚所需电容为0.1μF。输出端3接4.7μF电容。 根据以上选择计算实际频率与真实频率对比如下： 音阶 真实频率/Hz 实际频率/Hz 1 261.6 264 2 293.7 297 3 329.6 330 4 349.2 352 5 392.0 396 6 440.0 440 7 493.9 495 i 523.3 528

3.2. 所需元器件清单 1. 万用表，镊子，剪线钳，面包板，5V电源，导线。 2. 集成电路 NE555 1片.LM386 1片。 3. 电阻 2K 6个 ；1 2个 ；13K 1个 4. 电容 0.01uF 1个 ； 0.1uF 1个4.7uF 1 个 5. 按键开关 8个 喇叭（0.5W） 1 个 4.组装电路 在组装电路时因当注意： 1. 面包板的结构，正确使用面包板； 2. 应当注意各个芯片的工作原理和接脚，在连接电路之前查清每个芯片实际接脚； 3. 了解按键开关的工原理图，正确使用按键开关。

5.检验电路

1．检查电路连接是否正确。根据原理检查电路连接是否正确，是否符合工作原理。查看指导书看芯片引脚功能是否理解正确。 2.检验芯片是否已被损坏。换一个芯片检验。 3.给电路通电，检查能否正常工作。

6.结束语：