节拍器

电子课程设计

-------节拍器

学院：电子信息工程学院

班级：

姓名：

学号：

指导教师：***

2013年12月23日

一、设计任务与要求 (2)

二、总体框图 (2)

三、选择器件 (3)

四、功能模块 (8)

五、总体设计电路图 (13)

一、设计要求

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，节拍速度连续可调

二、总体框图

节拍器总框图如图2.1所示。

图2.1 节拍器总体框图

方案一：

采用多个CMOS 反相器构成速度发生器，产生在每分钟30至240次的范围内变化的拍子，此脉冲作为CD4017的CLK 信号，用以控制节拍产生的速度。CD4017产生的节拍信号一部分送至发声端，另一部分送至节拍转换开关，节拍转换开关有2/4，3/4，4/4三档可以选择。发声端采用两个555芯片分别产生重音和弱音，这样获得的两个声音会比较清晰，并且差异明显、易于分辨。此外，利用门控信号对音频信号进行控制，这样做的好处是当改变节拍的速度时，扬声器发出的声音不会变长，而是以固定宽度的脉冲进行输出发出声音。该方案虽然比较稳定，声音清晰，节奏感强，效果相对较好，但使用的元器件较多。其工作波形图如图2.1所示。

图2.2 工作波形图

节拍控制

发光显示

脉冲产生

方案二：

考虑到实际制作中，方案一使用门的个数较多，驱动能力可能不够，电路较复杂不如方案二制作简便，以及库房可用元件等综合因素，通过综合分析，可行性不如方案二，所以采用555自激震荡电路构成脉冲发生器，产生在每分钟30至240次的范围内变化的拍子。同样是利用CD4017获得节拍信号，所不同的是这里通过电阻控制音量来获得重音与弱音，即利用电流的大小来区分高音与低音。该方案的重音与弱音效果比方案一略差，但电路比较简单，使用的元器件较少且均为常用器件，在实验室库房容易获得，整个电路制作起来比较方便。

最后决定使用方案二进行制作。

三、选择器件

选择元器件如表3.1

表3.1 选择的元器件

1. 555芯片

电路通过555自激震荡产生方波输出，其频率要求范围为0.5Hz-4Hz,调节两个电位器可以使拍子在每分钟30至240次的范围内变化。

555输出的矩形方波周期T和占空比q基本计算如下：

T=(R

1+2R

2

)Cln2 （1）

q=( R

1+R

2

)/ (R

1

+2R

2

) （2）

（1）555引脚图

555的内部结构可等效成23个晶体三极管.17个电阻.两个二极管.组成了比较器.RS触发器.等多组单元电路.特别是由三只精度较高5k电阻构成了一个电阻分压器.为上.下比较器提供基准电压.所以称之为555.

555属于cmos工艺制造.

555引脚图介绍如下

1地 GND

2触发

3输出

4复位

5控制电压

6门限(阈值）

7放电

8电源电压Vcc

555引脚图如图3.2所示。

图3.2 555引脚图如图

（1）555的结构图

555的结构图如图3.3所示。

图3.3 555结构图

555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器A1 的反相输入端的电压为2VCC /3，A2 的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端TR 的电压小于VCC /3，则比较器A2 的输出为1，可使RS 触发器置1，使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH 的电压大于2VCC/3，同时TR 端的电压大于VCC /3，则A1 的输出为1，A2 的输出为0，可将RS 触发器置0，使输出为0 电平。

2. CD4017芯片

CD4Ol7是十进制计数器／脉冲分配器，如图1所示，它有16个引脚，其输入电压范围为3-15V。其十个数据输出引脚QO-Q9只有一个输出高电平，在CLK 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；Reset为复位引脚，复位状态下QO输出高电平，Q1至Q9均输出低电平；Carry-out为进位脚，当计数10个脉冲之后，输出进位信号；clock-enable为时钟使能端，当此脚为低电平时，在时钟脉冲的上升沿进位，当此脚为高电平时，时钟被禁止。

（1）时序逻辑图

CD4017时序逻辑图如图3.4所示。

图3.4 CD4017时序逻辑图CD4017真值表如表3.5所示

表3.5CD4017真值表

（2）CD4017结构图

CD4017结构图如图3.6所示。

图3.6 CD4017结构图

（3）管脚图

CD4017管脚图如图3.7所示。

图3.7 CD4017管脚图

CD4017引出端功能符号

CO：进位脉冲输渊

CP：时钟输入端

CR：清除端

INH：禁止端

Q0-Q9 计数脉冲输出端

VDD：正电源

VSS：地

四、功能模块

1.脉冲产生电路

改变R1，R2，C2的值，可以改变OUT输出脉冲信号的周期。脉冲产生电路如图4.1所示。

图4.1脉冲产生电路

脉冲产生波形如图4.2所示。