可编辑音乐发生器 数电课程设计

电子课程设计题目：可编辑音乐发生器

系别：电气与电子工程系

专业：自动化

姓名：

学号：

指导教师：杨帆

河南城建学院

2011年6月23日

可编辑音乐发生器

一、指导教师评语（根据学生设计报告质量、答辩情况及其平时表现综合评定）。

课程设计成绩评定

可编辑音乐发生器

一、设计目的

本课程设计是在前导验证性认知实验基础上，进行更高层次的命题设计实验，要求学生在教师指导下独立查阅资料、设计、安装和调试特定功能的电子电路。培养学生利用模拟、数字电路知识，解决电子线路中常见实际问题的能力，使学生积累实际电子制作经验，目的在于巩固基础、注重设计、培养技能、追求创新、走向实用。

二、设计要求与方案

1、设计要求

1.以电子技术基础的基本理论为指导，将设计实验分为基础型和系统型两个层次，基础型指基本单元电路设计与调试，系统型指若干个模拟、数字基本单元电路组成并完成特定功能的电子电路的设计、调试；

2.熟悉常用电子仪器操作使用和测试方法；

3.学习计算机软件辅助电路设计方法，能熟练应用电子线路CAD进行电路设计和印刷电路板的设计制作；

4.学习电子系统电路的安装调试技术；

5.拓展电子电路的应用领域，能设计、制作出满足一定性能指标或特定功能的电子电路设计任务。

2、设计方案

技术指标与要求：

1) 可产生5

6

7

1 2 3 4 5 6 7 1 2 等12个音调。

2) 可循环重复播放某一乐曲。

3) 要求使用555定时器、计数器。

进行本例的设计之前，首先需要了解音乐的一些相关知识。

2.1 音乐相关知识

不同音高的乐音是用C,D,E,F,G,A,G来表示的，这7个字母就是乐音的音名，他们一般唱成DO,RE,MI,FA,SO,LA,SI，即唱成简谱的1,2,3,4,5,6,7，相当于汉字“多来米发梭拉西”的读音，这是唱曲时乐音的发音，所以叫唱名，把C,D,E,F,G,A,B这一组音的距离分成12个等份，每一个等份叫一个“半音”。两个音之间的距离有两个“半音”的，就叫“全音”。在钢琴等键盘乐器上，

C-D,D-E,F-G,G-A,A-B两音之间隔着一个黑键，他们之间的距离就是全音；E-F，B-C两音之间没有黑键相隔，他们之间的距离就叫半音。

音持续时间的长短叫时值，一般用拍数表示。休止符表示暂停发音。

一首音乐是由许多不同的音符组成的，每个音符对应着不同的频率，这样就

可以利用不同的频率的组合，加以与拍数对应的延时，构成音乐。

2.2、555定时器组成的多谐振荡器

由555 电路组成的多谐振荡器，它的振荡频率可以通过改变振荡电路中RC 元件的数值进行改变。根据这一原理，通过设定一些不同的RC 数值并通过控制电路，按照一定的速度依次将不同值的RC 组件接入振荡电路，就可以使振荡电路按照设定的要求，有节奏地发阳已设定的音频信号或音乐。图2-26 所示电路就是根据这一原理设计的一例音乐音阶发生器，它能以均匀的节奏循环地发出l 、2 、3 、4 、5 、6 、7 七个音乐音阶。

电路工作原理分析全电路由三部分组成:以lC3 为主组成的音乐音阶振荡器、由十进制计数/脉冲分配器CD4017 (I C2) 组成的切换控制电路和由lC1 组成的为IC2 提供时钟脉冲的时钟脉冲发生电路。

在由lC3 组成的音阶振荡器中，电阻Rll 、R12 和电容Cx 是决定电路振荡频率的元件，在本电路中将Rll 、R12 固定，通过改变Cx 的数值来改变振荡频率。电路中，按照音乐的七个基本音阶，将Cx 分成七组，即C4~C lO，每一个电容可以组成七个音阶中的一个音阶，七个电容组成振荡电路的1 、2 、3 、4 、5 、6 、7 。根据音乐音阶信号的分析测量，已知七个基本音阶的频率分别为:

1-261. 63Hz ,2-293.66hz ， 3-329.63Hz, 4-349.23hz ， 5-392.00Hz, 6-440.00Hz, 7-493.88Hz 。C4~ClO 的容量即可按照上述音阶对应的频率来计算确定。根据555 振荡电路的工作原理，音阶振荡器的振荡频率可由下式决定:

1 1.43

(2)f t t R R C

=

≈

++

通过计算，各音阶振荡频率对应的Cx 的容量数值分别为: 1 一(C4 )0.083μF ， 2-(C5)0.074μF ， 3→ (C6)0.066μF ， 4一(C7)0.062μF ， 5-(C8)0.056μF ， 6二(C9)0.049μF ， 7(C10)0.044μF 。

上述电容的容量大部分与元件的国家标准数值不符，在实际制作中可通过不同电容的串、并联取得。

音阶振荡电容切换控制电路由IC2 与VT1~VT7 组成。IC2 (CD4017) 是-只十进制计数/脉冲分配器集成电路，它的⑩脚为时钟脉冲输入端.每输入一个时钟脉冲，它的输出端前移一位并输出高电平。CD4017 共有10 个输出端，分别为QO (寻|脚③)、Q1 (引脚②)、Q2 (引脚④)、Q3 (引脚⑦)、Q4 (引脚⑩)、Q5 (引脚①)、Q6 (引脚⑤)、Q7 (引脚⑥)、Q8 (引脚⑨)、Q9 (引脚@)。本电路只用了其中7 个引脚，即Q1~Q7 。由于Q 。在接通电源后就输出高电平，所以不能用。

C3 、R2 组成微分电路，产生复位脉冲。每当接通电源之后，微分电路产生一个复位脉冲，通过IC2 的@脚加至电路内的复位端使电路复位， QO 输出高电平。每当输入一个时钟脉冲， IC2 的输出端就输出高电平，它所连接的晶体管开关电路就接通。例如当Q1 输出高电平时，通过R4 使VTl 导通。这时电容C4 通过VTl 接地，振荡电路发出"1" 音。当连续的时钟脉冲从输入端输入时， IC2 的输出端就依次连续输出高电平，晶体管VT2~VT7 依次连续导通，电容C5~CIO 依次被接地，振荡电路依次发出"2" 、"3" 、"4" 、"5" 、"6" 、·'7" 。 当Q8~QO 输出高电平时，振荡电路停止一段时间，然后继续按"1" -....., "7" 发出音阶。ICl 与R1 、RP 、C1 及VDl 、VD2 组成时钟脉冲发生电路，它是-个振荡频率和占空比可调的振荡电路.调节RP 可以调节脉冲的振荡频率和占空比。由ICl 输出的时钟脉冲经⑩脚输人IC2 的时钟脉冲输入端。

2.3如何用单片机产生音频脉冲

由于要实现可编辑音乐发生器，需要用到单片机。