12级电气工程及其自动化3班 程林云 - 图文(2)

1 课程设计的目的

1.学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，巩固和掌握数字电路设计的综合理论知识、基本方法，掌握元件的特点应用、电路的仿真、典型电路的应用及线路焊接实现设计的要求，锻炼实际动手操作能力，同时培养交流、表达与合作能力；

2.培养实践技能，掌握电子电路安装和调试的方法及和故障排除方法，提高分析和解决实际问题的能力，培养创新能力和创新思维。

3.学会简易电子琴的设计和性能指标测试方法提高电子电路实验技能及仪器使用能力，了解由555定时器构成简易电子琴的电路及原理，一定要掌握对电子测量，焊接，电路的深层次认识；

4.通过老师、同学间的帮助及通过查阅手册和文献资料，感受实际操作中设计和制作的一般操作流程，培养对实践操作的兴趣、以及与搭档合作交流意识，逐步形成良好的工程意识。

2 课程设计的任务与要求

2.1 课程设计的任务

电子琴在丰富人类的精神生活上有着非常重要的作用，电子琴已经进入了家家户户的生活。电子琴是很好的娱乐工具，大人小孩都爱玩，甚至一玩就是几个小时。而我们的设计任务是利用其基本的工作原理设计一个简易电子琴，简易电子琴可以利用模拟电路和数字电路产生不同频率信号

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驱动扬声器来实现，本设计是采用数字电路来产生C调的低、中、高二十一个音阶，达到基本的电子琴的要求，每按下一个琴键，扬声器发出一个声音，演奏时的音量和节拍可以调节，当然也能弹奏出简单的曲目。

2.2 课程设计的要求

1. 使用NE555定时器构成施密特多谐振荡器、RC选通网络、电阻、电容、开关、扬声器等器件设计完成简易电子琴的设计与制作；

2. 用单刀三掷开关实现正常、高音阶和低音阶的切换，能够较便捷地完成音阶的升降；

3. 当单刀三掷开关接不同的电阻、电容时，可以改变选通网络RC选通网络的振荡频率，从而驱动扬声器有节奏地发出已设定的音频信号或音乐，能够弹奏出至少21个音符，其音长由弹奏着自由控制。

4. 选择电路方案，完成对所确定方案电路的设计。计算出电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。用Multisim仿真软件完成仿真，然后在对仿真图进行相应的调试使仿真图得到正确波形和频率。使每个音符的中心频率偏移不能超过5HZ;然后按照仿真图制作出相应实物，然后进行调试，并按规定格式写出课程设计报告书。

3 设计方案和论证

简易电子琴的课程设计方案有很多种，最终要选择那个方案却需要考虑很多因素，考虑它是否容易调试，元器件是否容易买到，经济是否允许，设计方案是否简单易懂，时间上是否允许，在仿真时是否能达到理想效果等因素。不管选那一种方案，简易电子琴一般是由正弦波产生电路，功率

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放大电路和滤波电路组成。简易电子琴是通过RC串并联网络和集成运放产生一个稳定的正弦波。整个电路由NE555定时器构成施密特多谐振荡器、RC选通网络、扬声器和琴键按钮等部分组成。通过Multisim11仿真，我们可以对这三种简易电子琴课程设计方案进行对比，最终得到最佳设计的方案。

方案一：

图3-1 主板电路图

图3-2 键盘电路图

NE555计时器用作振荡器，以生成音符。振荡器的反馈路径是从U1的输出3脚返回到输入感应插脚2和6。

振荡器的频率由反馈电阻和插脚2和6所连接的10nF 的电容器C4所决定。相邻音符总反馈电阻的比例系数几乎都为 1.0595。这意味着音符的频率或音调将按相同的系数或总量上升，这和现代音乐理论音符之间的“十二平均律”是完全吻合的。

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如图3-1和图3-2可以看到，扬声器连接在U1的输出插脚3和负极总线之间，另外还有一个150欧的电阻器R9（起限流作用）和一个470μF的电解电容（隔直），这样的连接方式将使得集成电路的某些输出信号进入扬声器，其结果就是：只要振荡器工作，扬声器就可以按振荡器的频率来产生声音。但是此电路需要30多个的电阻，并且这些电阻有的在市场上买不到，还需要用两个或两个以上的电阻串并联才能实现，这些使得电路显得比较麻烦。

同时，可以对比方案二、方案三总电路图做出比较，选出最佳设计方案。

方案二：

图3-3 电路原理图

如图3-3电路原理图，其设计思想首先采用RC正弦振荡电路产生正弦波，产生正弦波就需要用到运放，而且需用正反馈,调节电位器是放大倍数至少达到三倍。达到起振的要求，然后通过示波器观察波形是否是正弦波，然后接一个功放，最后通过滤波网络输出。方案二的不足之处是电路

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有时不易起振，不能很好的控制电路，还有就是在接通开关的瞬间，不能立刻达到想要的振幅，这对电子琴按键迅速转换时不利。

同时，可以对比方案一、方案三总电路图做出比较，选出最佳设计方案。

方案三：

图3-4 电路原理图

如图3-4所示可以看出，本设计方案主要是由RC选频网络、NE555定时器构成的多谐振荡器组成，由单刀三掷开关来改变电容的参数，使产生不同频率信号来驱动扬声器发出好听的旋律，从而实现简易电子琴的高音阶、中音阶和低音阶三音阶的转换来产生C调的低、中、高二十一个音符。通过与方案一、方案二进行对比发现，更加容易调试、简练、吸引我的是方案三，因为我考虑到时间的紧张，此电路结构简单、操作容易、起振方便，所用的元件也非常的常见，是设计简易电子琴的最佳方案。所以本设计将采用以上电路。

4 电路工作原理及其说明

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