中南大学电工电子课程设计实验报告

中南大学

电工电子技术课程设计报告

题目：可编程乐曲演奏器的设计

学院：信息科学与工程学院

指导老师：陈明义

专业班级：

姓名：

学号：

前言

随着科学技术发展的日新日异，电工电子技术在现代社会生产中占据着非常重要的地位，因此作为二十一世纪的自动化专业的学生而言，掌握电力电子应用技术十分重要。

电工电子课程设计的目的在于进一步巩固和加深所学电工电子基本理论知识。使学生能综合运用相关关课程的基本知识，通过本课程设计，培养我们独立思考的能力，学会和认识查阅学习我们未学会的知识，了解专业工程设计的特点、思路、以及具体的方法和步骤，掌握专业课程设计中的设计计算、软件编制，硬件设计及整体调试。设计过程中还能树立正确的设计思想和严谨的工作作风，达到提高我们的设计能力的目标。

从理论到实践，往往看似简单，实则是有很大的差距的，通过课程设计，可以培养我们学到很多东西，不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正的学到知识，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在次，特别感谢老师给我们以实践动手的机会，让我们对以前的知识以复习，整合，并从理论走向实践，相信我们都会在这次课程设计中学到很多！！！

目录

前言 (2)

正文

第一章系统概述 (4)

系统功能 (4)

系统结构 (4)

实验原理 (4)

整体方案 (5)

第二章单元电路的设计与分析 (5)

2.1 音频发生器的设计 (5)

2.2 节拍发生器的设计 (6)

2.3 读取存储器数据 (7)

2.4 选择存储器地址 (8)

2.5 控制音频电路设计 (8)

第三章电路的安装与调试 (9)

第四章结束语 (9)

元器件明细表 (10)

参考文献 (10)

附录 (11)

第一章系统概述

系统功能

根据要求，我们设计的该可编程电子音乐演奏电路可以通过开关选择预先设定好的音乐曲目，曲目选定后则自动演奏所选曲目。歌曲曲目可以暂停，可以重放，还可以根据情况调节歌曲播放速度。基本达到预计要求，不过最大的缺点就是歌曲播放音调不准！

系统结构

可编程电子音乐自动演奏电路的系统结构要求如图1-1所示。图中K1用于选择预先设置在电路中的乐曲，选中某一乐曲后对应的发光二极管亮，音乐演奏电路反复自动演奏所选的乐曲，经功率放大后由喇叭播出，直至选中下一首为止。

实验原理

电子乐器模仿各种乐器的基本原理是：先将某种乐器的声音转换为电信号，再分析该乐器的电信号的波形和频谱，最后利用电子技术产生与该乐器相仿的电信号。乐曲中的1,2,3,4,5,6,7......对应不同的频率，把对应的频率转化为相应的十六进制数存放在存储器EEPROM28C64B中，通过555定时器构成的多谐振荡器输出CP脉冲读出存储器中的数据，再经74LS74输出，连接蜂鸣器播放出所存储的歌曲。

根据声乐知识，产生音乐的两个因素是音乐频率的持续时间，每个音名的频率如图一所示：

音名频率（Hz）音名频率（Hz）音名频率（Hz）低音1 261.63 中音1 523.25 高音1 1046.50

低音2 293.67 中音2 587.33 高音2 1174.66

低音3 329.63 中音3 659.25 高音3 1381.51

低音4 349.23 中音4 698.46 高音4 1396.92

低音5 391.99 中音5 783.99 高音5 1567.98

低音6 440 中音6 880 高音6 1760

低音7 439.88 中音7 987.76 高音7 1975.52

图一简谱中的音名与频率的关系

整体方案

根据实际需求将整体电路分为“选取电路”，“音乐演奏电路”和“功率放大”3个主要部分。其原理图如下

第二章单元电路设计与分析

2.1 音频发生器的设计

用555定时器来实现8Hz的音频多谐振荡器，如图2-1所示。

图2-1 音频多谐振荡器

图2-1产生的频率为f=1/T=1.43/(RA+2RB)C,而该振荡电路应能产生一个时钟信号CP。选择CP的频率时，由图一可知各音节对应的频率从261.63——1975.52Hz，再乘以256(两级74161级联后的计数器模值)，这样就得到了应该产生的振荡器的基频为260*256Hz=66560Hz，所以可选取RA=1K，RB=0.1K，Ｃ＝0．0１ｕＦ。

2.2 节拍发生器的设计

用555定时器来实现21拍/min到540拍/min的节拍发生器，如图2-2所示。

图2-2 节拍发生器

如果乐曲中的音全为4分音符，则节拍发生器产生的频率应为f=V拍/1 min=V 拍/ 60 s ,但考虑到一首乐曲中最短的音为16分音符，故f=V拍/60s *4。实验中

滑动电阻器我们使用的是100K的，所以f=1/[(RA+2*RB)*c*ln2]=（1.4Hz，36Hz），所以V=0.25*f*60拍/min=（21拍/min,540拍/min），即该电路中乐曲调节速度为21拍/min到540拍/min。

2.3 读取存储器数据

根据从EEPROM中独处的数据，利用74LS161级联分频出相对应的音节的频率，从而传到后续电路中放出相应的音调，两块读取存储器数据的74LS161接线图如图2-3

图2-3读取存储器数据

74161分频使用置数法，根据X=f/Fi=（16-n1）（16-n2）（Fi为各个音节对应的频率，n1、n2分别为两个74161置数值）分别计算相应音节所需分频数即74161的分频数，并根据图中对应关系（n1=Q3Q2Q1Q0=D4D5D6D7，n2=Q3Q2Q1Q0=D0D1D2D3）写出各个音节对应在EEPROM中存入的16进制数值如下表：

音调分频数置数n1 置数n2 EEPROM中16进制数据低音1 256 0 0 00

2 226 1 1 88

3 202 2 2 44

4 190 2 1 48

5 169 3 3 CC

6 151 1 6 86