555簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì)報(bào)告

1、交通大學(xué)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類的進(jìn)步，電子技術(shù)已經(jīng)成了各種工程技術(shù)的核心，特別是進(jìn)入信息時(shí)代以來(lái)，電子技術(shù)更是成了基本技術(shù)，其具體應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋了通信領(lǐng)域、控制系統(tǒng)、測(cè)試系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)等等各行各業(yè)生活中常使用到許多的電子設(shè)備，它給我們生活上的便利與影響。而電子琴就是一個(gè)很明顯的例子，這些有時(shí)甚至含有建音樂(lè)，有時(shí)又可以千變?nèi)f化，真讓人想動(dòng)手試試看，因此我們對(duì)它產(chǎn)生了許多問(wèn)題與想象。本文就是關(guān)于用555定時(shí)器制作簡(jiǎn)易電子琴的過(guò)程及基本原理。1.方案介紹1.1.總體框圖，12模塊功能該電路包括按鈕開(kāi)關(guān)，定值電阻，555振蕩器和揚(yáng)聲器三部分組成1輸入端： 由八個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)與各自的定值電

2、阻串聯(lián)在并聯(lián)組成輸入端2頻率產(chǎn)生端： 根據(jù)定值電阻的不同輸入，由555產(chǎn)生不同的信號(hào)頻率3揚(yáng)聲器端口: 接受信號(hào)頻率發(fā)出特定的頻率1.3.方案選擇【設(shè)計(jì)方案一】數(shù)字電路電子琴 采用一個(gè)555集成定時(shí)器組成簡(jiǎn)易電子琴。整個(gè)電路由主振蕩器，顫音振蕩器，揚(yáng)聲器和琴鍵按鈕等部分組成。主振蕩器由555定時(shí)器，電阻，按鍵及電容組成。【設(shè)計(jì)方案二】單片機(jī)電子琴程序可分如下： 初始化模塊、判斷按鍵模塊、鍵值處理模塊、音樂(lè)處理模塊、中斷模塊、0處理模塊、表單模塊。初始化模塊：對(duì)8279鍵盤(pán)的部分進(jìn)行初始化和中斷初始化。鍵值處理模塊：用8279的狀態(tài)字來(lái)判斷它是否按鍵（FIFORAM不能清除已處理的數(shù)據(jù)，但827

3、9的狀態(tài)字會(huì)發(fā)生相應(yīng)改變）。輸入的鍵值與1-8的物理值01H-08H進(jìn)行比較，如果與其中某個(gè)數(shù)相等，則跳到1-8的鍵值處理模塊；如果是9或者A，則跳到音樂(lè)處理模塊。如果輸入是0，則跳到0處理模塊。結(jié)尾跳到初始化模塊 。音樂(lè)處理模塊：專門(mén)處理音樂(lè)中的1-8的發(fā)音。它們發(fā)音不同是因?yàn)椴ǖ念l率不同，所以要發(fā)出不同的音，只要實(shí)現(xiàn)發(fā)出的波的頻率不同即可。于是，可通過(guò)定時(shí)的方法來(lái)中斷產(chǎn)生不同的方波?？砂?-8的定時(shí)初值放在一個(gè)表單。中斷模塊：T0中斷是為鍵值處理模塊服務(wù)；T1中斷是為音樂(lè)處理模塊服務(wù)。0處理模塊：在音樂(lè)處理過(guò)程中，按下0則音樂(lè)暫停，此時(shí)可如其他按鍵（包括音樂(lè)按鍵）。當(dāng)再按下0鍵時(shí)，則最近繼

4、續(xù)的音樂(lè)中斷。表單模塊：TAB音符表單存放1-8的ASCII碼值；FREQUENCY音符初值表單存放1-8音符的中斷初值；DAT、DAT1分別存放兩首歌曲相應(yīng)的中斷初值和節(jié)拍等信息。綜上：第一種方案簡(jiǎn)易，易于實(shí)現(xiàn)，所用知識(shí)為數(shù)字電子技術(shù)。接下來(lái)將介紹這種方案。2.1 原理圖：對(duì)不同音階的波形仿真：1音2音3音4音5音6音7音8音2.2最終設(shè)計(jì)電路考慮到通過(guò)揚(yáng)聲器直接播放輸出信號(hào)效果不好，所以在揚(yáng)聲器前把信號(hào)加以放大。最終決定用以下電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。3. 主要元器件介紹3.1. 555芯片介紹及元器件選擇 555定時(shí)器是一種中規(guī)模集成電路，外形為雙列直插8腳結(jié)構(gòu)，體積很小，使用起來(lái)方便。只要在外部配

5、上幾個(gè)適當(dāng)?shù)淖枞菰涂梢詷?gòu)成史密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及自激多諧振蕩器等脈沖信號(hào)產(chǎn)生與變換電路。它在波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制、定時(shí)電路、家用電器、電子玩具、電子樂(lè)器等方面有廣泛的應(yīng)用。多諧振蕩器的工作原理：多諧振蕩器是能產(chǎn)生矩形波的一種自激振蕩器電路，由于矩形波中除基波外還含有豐富的高次諧波，故 稱為多諧振蕩器。多諧振蕩器沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，在自身因素的作用下，電路就在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之 間來(lái)回轉(zhuǎn)換，故又稱它為無(wú)穩(wěn)態(tài)電路。由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖1所示，R1，R2和C是外接定時(shí)元件，電路中將高電平觸發(fā)端（6腳） 和低電平觸發(fā)端（2腳）并接后接到R2和C的連接處，將放電端（7腳

6、）接到R1，R2的連接處。由于接通電源瞬間，電容C來(lái)不及充電，電容器兩端電壓uc為低電平，小于（1/3）Vcc，故高電平觸發(fā) 端與低電平觸發(fā)端均為低電平，輸出uo為高電平，放電管VT截止。這時(shí)，電源經(jīng)R1，R2對(duì)電容C充電，使 電壓uc按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)uc上升到（2/3）Vcc時(shí)，輸出uo為低電平，放電管VT導(dǎo)通，把uc從（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc這段時(shí)間電路的狀態(tài)稱為第一暫穩(wěn)態(tài)，其維持時(shí)間TPH的長(zhǎng)短與電容的充電時(shí)間有關(guān) 。充電時(shí)間常數(shù)T充=（R1R2）C。由于放電管VT導(dǎo)通，電容C通過(guò)電阻R2和放電管放電，電路進(jìn)人第二暫穩(wěn)態(tài).其維持時(shí)間TPL的長(zhǎng)短與電 容的放電時(shí)間有關(guān)，放

7、電時(shí)間常數(shù)T放R2C0隨著C的放電，uc下降，當(dāng)uc下降到（1/3）Vcc時(shí)，輸出uo。 為高電平，放電管VT截止，Vcc再次對(duì)電容c充電，電路又翻轉(zhuǎn)到第一暫穩(wěn)態(tài)。不難理解，接通電源后，電 路就在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間來(lái)回翻轉(zhuǎn)，則輸出可得矩形波。電路一旦起振后，uc電壓總是在（1/32/3）Vcc 之間變化。圖1（b）所示為工作波形。圖1 555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器電路及工作波形      集成555定時(shí)器有雙極性型和CMOS型兩種產(chǎn)品。一般雙極性型產(chǎn)品型號(hào)的最后三位數(shù)都是555，CMOS型產(chǎn)品型號(hào)的最后四位數(shù)都是7555.它們的邏輯功能和外部引線排

8、列完全相同。器件電源電壓推薦為4512V，最大輸出電流200mA以，并能與TTL、CMOS邏輯電平相兼容。其主要參數(shù)見(jiàn)表8.1。555定時(shí)器的部電路框圖及邏輯符號(hào)和管腳排列分別如下：【邏輯符號(hào)】 【部原理圖】Vi1（TH）：高電平觸發(fā)端，簡(jiǎn)稱高觸發(fā)端，又稱閾值端，標(biāo)志為T(mén)H。Vi2（TR）：低電平觸發(fā)端，簡(jiǎn)稱低觸發(fā)端，標(biāo)志為T(mén)R。VCO：控制電壓端。VO：輸出端。Dis：放電端。Rd：復(fù)位端。555定時(shí)器含一個(gè)由三個(gè)阻值相同的電阻R組成的分壓網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生VCC和VCC兩個(gè)基準(zhǔn)電壓；兩個(gè)電壓比較器C1、C2；一個(gè)由與非門(mén)G1、G2組成的基本RS觸發(fā)器（低電平觸發(fā)）；放電三極管T和輸出反相緩沖器G3

9、。Rd是復(fù)位端，低電平有效。復(fù)位后, 基本RS觸發(fā)器高端為1（高電平），經(jīng)反相緩沖器后，輸出為0（低電平）。【邏輯功能】RSTTHTROUT0XX01>2/3VCC>1/3VCC01<2/3VCC>1/3VCC不變1<2/3VCC<1/3VCC11>2/3VCC<1/3VCC1在555定時(shí)器的VCC端1/3和地之間加上電壓，并讓VCO懸空，則比較器C1的同相輸入端接參考電壓1/3VCC，比較器C2反相輸入端接參考電壓2/3VCC ，為了學(xué)習(xí)方便，我們規(guī)定：當(dāng)TH端的電壓>1/3VCC時(shí)，寫(xiě)為VTH=1，當(dāng)TH端的電壓<2/3VCC時(shí)，

10、寫(xiě)為VTH=0。當(dāng)TR端的電壓>2/3VCC時(shí)，寫(xiě)為VTR=1，當(dāng)TR端的電壓<1/3VCC時(shí)，寫(xiě)為VTR=0。 低觸發(fā)：當(dāng)輸入電壓Vi2<VCC2/3 且Vi1<1/3VCC時(shí)，VTR=0，VTH=0，比較器C2輸出為低電平，C1輸出為高電平，基本RS觸發(fā)器的輸入端TH=0、TR=1，經(jīng)輸出反相緩沖器后，VO1，T截止。這時(shí)稱555定時(shí)器“低觸發(fā)”； 保持：若Vi2>1/3VCC 且Vi1<2/3VCC，則VTR=1，VTH=0，基本RS觸發(fā)器保持，VO和T狀態(tài)不變，這時(shí)稱555定時(shí)器“保持”。 高觸發(fā)：若Vi1>2/3VCC，則VTH=1，比較器C

11、1輸出為低電平，無(wú)論C2輸出何種電平，基本RS觸發(fā)器,經(jīng)輸出反相緩沖器后，VO0；T導(dǎo)通。這時(shí)稱555定時(shí)器“高觸發(fā)”。VCO為控制電壓端，在VCO端加入電壓，可改變兩比較器C1、C2的參考電壓。正常工作時(shí)，要在VCO和地之間接001F（電容量標(biāo)記為103）電容。放電管Tl的輸出端Dis為集電極開(kāi)路輸出。元器件選擇：根據(jù)555多諧震蕩的原理選擇電阻：由上所述可知：555芯片輸出端輸出的頻率計(jì)算公式為f=1.43/(R1+2R2)C)再由下表所列的八個(gè)音階分別對(duì)應(yīng)的頻率可以令R1為一固定阻值，通過(guò)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)的幾個(gè)串聯(lián)的電阻當(dāng)做R2。分別選用6個(gè)2千歐電阻，一個(gè)1千歐和一個(gè)十三千歐的電阻串聯(lián)接于引腳

12、6和引腳七。大概電路圖1所示。電容選擇：通過(guò)計(jì)算可以得出6引腳所需電容為0.1F。輸出端3接4.7F電容。根據(jù)以上選擇計(jì)算實(shí)際頻率與真實(shí)頻率對(duì)比如下：音階真實(shí)頻率/Hz實(shí)際頻率/Hz1261.62642293.72973329.63304349.23525392.03966440.04407493.9495i523.35283.2. 所需元器件清單1. 萬(wàn)用表，鑷子，剪線鉗，面包板，5V電源，導(dǎo)線。2. 集成電路 NE555 1片.LM386 1片。3. 電阻 2K 6個(gè) ；1 2個(gè) ；13K 1個(gè)4. 電容 0.01uF 1個(gè) ； 0.1uF 1個(gè)4.7uF 1 個(gè) 5. 按鍵開(kāi)關(guān) 8個(gè)喇叭

13、（0.5W） 1 個(gè)4.組裝電路在組裝電路時(shí)因當(dāng)注意：1. 面包板的結(jié)構(gòu)，正確使用面包板；2. 應(yīng)當(dāng)注意各個(gè)芯片的工作原理和接腳，在連接電路之前查清每個(gè)芯片實(shí)際接腳；3. 了解按鍵開(kāi)關(guān)的工原理圖，正確使用按鍵開(kāi)關(guān)。5.檢驗(yàn)電路1 檢查電路連接是否正確。根據(jù)原理檢查電路連接是否正確，是否符合工作原理。查看指導(dǎo)書(shū)看芯片引腳功能是否理解正確。2.檢驗(yàn)芯片是否已被損壞。換一個(gè)芯片檢驗(yàn)。3.給電路通電，檢查能否正常工作。6.結(jié)束語(yǔ)：課程設(shè)計(jì)的幾天過(guò)去的很快，我們過(guò)的很累，但是我們過(guò)的很高興，很興奮。因?yàn)槲覀兠刻於歼^(guò)得很充實(shí)，每天都有收獲。通過(guò)對(duì)簡(jiǎn)易電子琴的設(shè)計(jì)，我深刻認(rèn)識(shí)到了“理論聯(lián)系實(shí)際”的這句話的重要性與真實(shí)性。最重要的是在實(shí)踐中理解了書(shū)本上的知識(shí)，明白了學(xué)以致用的真諦，也明白課程設(shè)計(jì)的意義所在，它教會(huì)我們?nèi)绾芜\(yùn)用所學(xué)的知識(shí)去解決實(shí)際的問(wèn)題，提