基于555的简易电子琴的设计

课程设计任务书

学生姓名：专业班级：

指导教师：工作单位：信息学院

题目: 简易电子琴的设计与制作

初始条件：已知条件

简易电子琴一般具有弹奏一个自然大调7声音阶的功能。本课程设计，要求用中、小规模集成电路芯片实现控制功能，芯片型号、数量不限。

要求完成的主要任务:

（1）设计任务

根据已知条件，设计并制作一个简易电子琴。

（2）设计要求

A 基本要求：

①具备8个按键，能够分别较准确地弹奏出1～•

1八个音符。

②选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算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EWB或MULTISIM软件完成仿真，之后制作出相应实物，并按规定格式写出课程设计报告书。

B 扩展要求：（在完成基本要求的前提下，学有余力的同学可完成）

①能够弹奏出至少21个音符（三个音阶）。

②能够较便捷地完成音阶的升降。（用单刀三掷开关实现正常、升8度和降8度的切换）

时间安排：

1、年月日分班集中，作课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明，分发工具与器材。课设答疑问地点：。

2、年月日至年月日完成设计制作与调试。

3、年月日完成课程设计报告与答辩。

指导教师签名：年月日

系主任（或责任教师）签名：年月日

目录

绪论 (3)

简易电子琴的设计 (4)

1．整体电路方框图 (4)

2.波形产生电路方案选择 (4)

2.1方案一 (4)

2.2方案二 (5)

3.单元电路的设计和元件参数的选取 (7)

3.1 C调发音的音阶如表3.1.1所示(频率单位为Hz)： (7)

3.2选频网络确R、C的确定 (7)

4.电路的调试和仿真 (8)

4.1调试 (8)

4.2仿真 (9)

5.实物的制作 (12)

5.1电阻、电容的选择 (12)

5.2 元件的插放和焊接 (12)

5.3 实物 (13)

6.小结和心得与体会 (14)

6.1 小结 (14)

6．2 心得与体会 (14)

7.总电路图 (16)

8.参考文献 (17)

绪论

随着社会的发展进步，音乐逐渐成为我们生活必不可少的一部分，电子琴作为现代电子科技和音乐结合的产物，在现代音乐中扮演着重要的角色。

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。对于固定简单功能的实现，数字电路具有结构简单、实现方便、产生频率稳定、成本低上次保存者：DELL廉等优点。

在数字电路中，可以用施密特多谐振荡器产生频率稳定的方波，该电路结构简单、操作方便，是制做简单电子琴非常不错的方法。

关键字：电子琴、C调、数字电路、施密特多谐振荡器

简易电子琴的设计

1．整体电路方框图

图1 基本方框图

该电路具有原理简单、容易制作、调试方便等特点。能实现二十一种频率的方波且能驱动喇叭C 调的二十一个音阶。其中，稳压电源可以由电脑提供。

2.波形产生电路方案选择

2.1方案一

该电路是一个没有输入信号，依靠自激振荡产生正弦波的电路。正弦波电路由放大电路、正反馈网络和选频网络组成。

电路如图2.1.1所示：在外界电磁波的干扰下，某一特定频率f0的信号形成正反馈。当输出信号较小时，二极管不导通或电阻较大，此时电

图放大倍数很大，信号不断增强， 当输出信号较大时。二极管电阻减

小，电路放大倍数较小，信号逐步趋于稳定。 图2.1.1文氏振荡电路 信号的频率也有多种频率的混合变为单一频率。总之，由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最终达到动态平衡，稳定在一定的幅值。 该电路结构简单，调整频率时只需要同时改变两个电阻R 的值即可。

稳压电源

R 、C 调频网络

555多谐振荡波输出

不足之处是电路有时不易起振，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。

2.2方案二

用555定时器构成的多谐振荡器产生方波

首先对555定时器芯片进行简单介绍：

图2.2.1 555集成电路内部结构图

从图2.2.1所示电路可以看出，555集成电路可以分为以下几个部分组成：（1）由R1、R2、R3构成基准电压电路。在Vo端末加外加信号是，分别为生Vcc/3、2Vcc/3的基准点药。在Vo端外加基准电压时，则基准电压未外

加信号电压值为V REF和V REF/2。

（2）集成运算放大器A1、A2、构成单门限比较器。

（3）G1、G2构成具有置“0”输入端的基本RS触发器；G3、G4为该触发器的缓冲输出级，电路的输出逻辑状态与Q端输出相同。增加缓冲级是为了

提高555集成电路模块的带负载能力。

（4）双极型三极管T构成放电开关电路。当Q端输出低电平时三极管导通；

当Q端输出为高电平时三极管截止。

555集成电路的逻辑功能如表2.2.1所示。

输入信号组合输出及三极管的状态

R D Vi1 Vi2 Vo T的状态

0 X X 低电平导通

1 <2Vcc/3 >Vcc/3 不变不变

1 >2Vcc/3

1 <2Vcc/3

1 >2Vcc/3 >Vcc/3 低电平导通

表2.2.1

用555定时器构成的电路如图2.2.2所示。

当电路与电源接通瞬间，C2两端没有存

储电荷，两端的电压为零，555定时器的2、6

端输入电压为零，即出现6端电压输出小于

（2/3）Vcc，2端的输入电压小于（1/3）Vcc

的情况，输出信号Vo为高电平。是555定时

器内部的晶体管截止，电源Vcc经R1、R2、C2

到公共端对C2充电，这种情况直到维持到C2

的两端电压略超过（2/3）Vcc。

当C2两端电压超过（2/3）Vcc时，出现

6端输入电压大于2Vcc/3，,2端的输入电压大

于1Vcc/3的情况，输出信号Vo为低电平，使

晶体管导通，电容经C2、R2放电到公共端的地，图2.2.2 多谐振荡电路这种情况直到C2两端的电压小于Vcc/3，此后又重新回到上述状态，输出波形如图2.2.2所示。

周期的计算

充电过程方程：2=Vcc/3=Vcc+(Vcc/3-Vcc)*exp(t1/RC2)