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1、摘要随着社会的发展，人们不仅仅要求物质生活，更需要精神上的满足。从古代的打击乐到现在的流行乐，音乐已成为人们生活中不可缺少的一部分。一直以来，电子琴收到广大青少年的喜爱。本设计介绍由RC构成多谐振荡电路，用NE555定时器和一些电阻、电容、开关串并联来制作简易电子琴，通过NE555产生方波信号，再用LM386将信号放大，最终驱动喇叭发出乐音。当人们分别按下每个开关时能听到八种不同频率的乐音，不仅加深了同学们对知识的了解，还提高了同学的动手能力。关键字：NE555、LM386、频率目录前 言1第一章 系统组成与工作原理21.1 方案比较与选择21.2 工作原理2第二章 电路方案设计32.1 单元
2、电路设计32.2 参数计算42.3 器件选择42.3.1电阻的选择42.3.2 功放电路的选择5第三章 调试与测试结果分析63.1 单元电路调试73.2 实际测试结果73.3 结果分析11结论12参考文献13前 言 现代城市生活越来越繁忙，人们的工作压力也非常大，美好的音乐不但能给人带来放松，还能陶冶情操，增加生活乐趣，可以说音乐是人必不可少的东西。对于数量庞大的音乐爱好者，能弹奏一曲音乐更是一种享受。而传统的琴虽然有着古典气息和优美的音色，但其昂贵的价格，庞大的体积，和对环境苛刻的要求，让多数人望而止步。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，相对于传统乐器，它体积小，功
3、能稳定，适应性强，维修简便，成本低廉。通过对一个简易的八音符电子琴的设计，可以巩固和运用所学课程，理论联系实际，提高分析、解决实际问题的独立工作的能力，进一步加深对所学知识的的了解与认识，进一步熟悉各元器件的作用以及制作与调试的方法和步骤，而且还可以熟悉有关仪器的使用。国内本课题的研究主要有以下几个方案：（1）用可控硅制作电子琴，将220V交流电压经变压器降压，再经过整流、滤波，获得+13.5V直流电压。将单向可控硅SCR和电阻、电容组成弛张振荡器电路，但该设计方案制作成本高且复杂；（2）采用AT89C51单片机进行控制，由于AT89C51不具备ISP功能，因此一般不采用；（3）采用AT89S
4、52单片机进行控制，由于其性价比高，因此受到很多人的采用。第一章 系统组成与工作原理1.1 方案比较与选择方案一：通过NE555与电阻、电容等组成可控多谐振荡器，NE555产生方波信号，信号再经LM386放大，再驱动喇叭播放乐音。方案二：用可控硅制作电子琴。将220V交流电经变压器降压，再经过整流、滤波，获得+13.5V直流电压。将单向可控硅SCR和电阻、电容组成驰张振荡器电路。但该设计方案制作成本高且复杂。方案三： 采用AT89C51单片机进行控制，由于AT89C51不具备ISP功能，因此Atmel公司已经停产在市面上已经不常见，况且其ROM只有4K在系统将来升级方面没有潜力。方案四：采用A
5、T89S52单片机进行控制，由于其性价比高，完全满足了本作品智能化的要求，它的内部程序存储空间达到8K，使软件设计有足够的内部使用空间并且方便日后系统升级，使用方便，抗干扰性能提高。选择方案：通过对上述四种方案的比较以及根据自己所学的知识，本设计采用方案一。1.2 工作原理简易电子琴NE555定时器、RC振荡电路构成。NE555产生方波信号，信号经LM386放大，再驱动喇叭播放乐音。其框图如2-1所示。NE555LM386喇叭信号图1.1 工作原理图其核心是集成运算放大器构成RC 正弦波振荡器，实验板上提供了8 个音节电阻和电容(C 串=C 并=0.068F 固定) 构成RC 串并联选频网络,
6、分别取不同的电阻值（通过琴键开关接通RC 串并联网络的8 对电阻）使振荡器产生八个音阶信号。最后，通过喇叭发出乐音。第二章 电路方案设计2.1 单元电路设计NE555与电阻、电容等组成可控多谐振荡器，振荡频率取决与Ra 、R16、C3 的值公式如下：f=1.44/（(Ra+R16)C3） 式中 Ra 是对应图中的R1- R8 不同的组合值，这取决与开关K1-K8 的通断情况。在进行音符调试时可用定位器对其进行调试 并确定其每个音阶所对应的阻值。用电阻来控制频率频率来控制音阶（如图1-2），若555 输出波形要驱动更大功率的喇叭的话，可用LM386 对其音频进行功放使功率增大从而使其声音发生增大
7、（如图1-3 为改进原理图）。 图2-1 初始设计原理图 图2-2改进的原理图2.2 参数计算根据公式：f=1.44/（(Ra+R16)C3）取R16=36K，C3=0.022uF表2.1 电阻的计算值与相对应的电位器f/Hz261.6293.6329.6349.2392.0440.0493.9523电阻/k27.224.411.120.518.216.323.589.1电位器/k505050505050501002.3 器件选择2.3.1电阻的选择由于实际测到的频率与给的频率有一定误差，因此采用电位器来代替。如表2.1所示。2.3.2 功放电路的选择LM386典型应用电路中，有电压增益为20
8、倍、50倍、200倍的放大电路。由于电路中的电阻很大，而电源电压只有5V，若我们采用电压增益为20或者是为50的放大电路，导致电路中的电流很小，信号经过NE555产生方波信号，但电路中所用的喇叭的功率为0.5W,因此我们尽量地放大信号，使效果更加明显，因此采用电压增益为200倍的放大电路。 第三章 调试与测试结果分析 图3-1 电路实物图正面 图3-2 电路实物图反面3.1 单元电路调试在不接LM386时，把NE555定时器的3引脚接到示波器的表笔上，观察示波器上显示的波形，此时波形在不断的跳动，通过调节示波器上的按钮使波形稳定，再观察频率，发现频率与实际给的频率对不上，我们可以调节电位器的电
9、阻来使频率发生变化，进而与给定的频率达到吻合。在调试的过程中不能一直调节电阻，这样很有可能烧坏芯片。要一边调节电阻，一边观察示波器上的波形和频率，再用万用表测量电位器的电阻的大小。3.2 实际测试结果（1）频率为262Hz（只闭合K1）图3-3 音阶1仿真曲线e 调低音dou 的仿真曲线如上图所示。点击“运行”,再闭合开关K1 将所有电阻串联进电路然后将调节示波器扫描频率到0.4ms 档,在示波器上就得到上图中的曲线其频率约等于262Hz。（2）频率为294Hz（只闭合K2） 图3-4 音阶2仿真曲线e 调ruai 音的仿真曲线如上图所示。点击“运行”，
10、再闭合开关K2，保持示波器的扫描频率在0.4ms 档，在示波器上就得到上图中的曲线，其频率约等于294Hz。（3）频率为330Hz（只闭合K3） 图3-5 音阶3仿真曲线e 调mi 音的仿真曲线如上图所示。点击“运行”，再闭合开关K3，保持示波器的扫描频率在0.4ms 档，在示波器上就得到上图中的曲线，其频率约等于330Hz。（4）频率为349Hz（只接通R4）图3-6 音阶4仿真曲线e 调fa 音的仿真曲线如上图所示。点击“运行”，再闭合开关K4，保持示波器的扫描频率在0.4ms 档，在示波器上就得到上图中的曲线，其频率约等于349Hz。（5）频率为392Hz（只闭合K5）图3-7 音阶5仿
11、真曲线e 调sou 音的仿真曲线如上图所示。点击“运行”，再合上开关K5，保持示波器的扫描频率在0.4ms 档，在示波器上就得到上图中的曲线，其频率约等于392Hz。（6）频率为440Hz（只闭合K6）图3-8 音阶6的仿真曲线e 调la 音的仿真曲线如上图所示。点击“运行”，再合上开关K6，保持示波器的扫描频率在0.4ms 档，在示波器上就得到上图中的曲线，其频率约等于440Hz。（7）频率为494Hz（只闭合K7）图3-9 音阶7的仿真曲线e 调xi 音的仿真曲线如上图所示。点击“运行”，再合上开关K7，保持示波器的扫描频率在0.4ms 档，在示波器上就得到上图中的曲线，其频率约等于494
12、Hz。（8）频率为523Hz（只闭合K8）图4-0 音阶8的仿真曲线e 调高音dou 的仿真曲线如上图所示。点击“运行”，再合上开关K8，保持示波器的扫描频率在0.4ms 档，在示波器上就得到上图中的曲线，其频率约等于523Hz。3.3 结果分析上述波形为矩形波，占空比依次递减，虽然理论上波形为方波，且方波的占空比为0.5，并且仿真和实物的参数也有一定的不同，本次课程设计所得的实物中用的原理图和仿真的是一样的，但是由于仿真中用到的一些电阻、电容实际上有一定的不同，并且仿真和实际都会存在误差，所以实物和仿真的元件参数也会不一样，但是在误差范围内，符合要求。
13、 结论焊接好电路后，按下开关K1-K8，可以较清晰地听到e 调8 个不同的音阶，该电路应用简单的元器件并用简单的线路连接，看起来非常简洁，整齐。但是频率大小与理论值有一定误差，主要是电阻调整和线路是否接通的问题，应该每焊接一个点最好用万用表的测量一下是否虚焊，还有用万用表测量一下电阻是否达到理论值，这样既可减小误差，也方便以后进行检查和改进。在考虑选用正弦波信号还是方波信号时，因为需要一个检波电路把方波中的各频率相对的信号检出来。一般正弦信号比方波信号好，音质比较好。而且，555产生的方波信号有许多干扰，需要检波。参考文献1. 康华光,电子技术基础（模拟部分第五版）M,北京:高等教育出版社,2006.2.杨宁,昌飞,RC正弦波振荡电路和AT89C52的简易电子琴设计J,上海:上海电机学院学报,20063.孙文,赵万云,邹子春,袁小平,基于RC正弦波振荡电路的电子琴设计J,徐州:现代电子技术,2010.5.14.钟海丽,555定时器在控制电路中的应用J,长沙,长沙电力学院学报,2003
