电子琴设计制作完整实验报告

简易电子琴的设计和制作实验报告

撰写人：

学号：2015210079

指导老师：张君毅

院系：信息与通信工程学院

单位名称：北京邮电大学

撰写时间：二零一七年三月二十七日

目录

一、设计任务与要求

1.1设计任务与要求

1.2选题目的与意义

二、设计和电路

2.1设计思路

2.2 总体结构框图

2.3 分块电路和总体电路的设计

三、实现功能

3.1 已完成的功能

3.2 主要的测试数据必要的测试方法

3.3 必要的测试方法

四、故障及问题分析

五、总结和结论

六、器件清单

七、仿真原理图及波形图

八、参考文献

九、附件

9.1《模拟综合实验过程考核统计表》

9.2《实验频率及功率记录表》

摘要

本实验以设计并制作出简易电子琴为目的，通过对电子琴信号的产生和功率放大方面的研究和实践，可对实际电子琴的音色、音质方面的改进起到一定的探索和促进作用。在这个实验中，我们需要建立系统的概念，培养综合应用电子电路及知识的能力，学习小型电子系统的设计、安装和调试方法。最终需要培养我们的工程实践技能和排除故障的能力。我通过该试验完成了简易电子琴的设计与制作，达到了实验要求的频率和功率，并想法设法改良了音色，最终的实验效果不错。

关键词：简易电子琴、运算放大电路、多谐振荡器、频率

一、设计任务与要求

1.1 设计任务与要求

了解由555定时器构成简易电子琴的电路及原理。设计并利用NE555集成运算电路以及外加电阻，电容在第一级产生不同频率的音乐，再利用LM386功率放大电路对音乐信号进行放大，最后通过扬声器产生21个音符。

基本要求：能演奏两个八度音阶。

提高要求：将音阶扩大到再降八度，进一步提高输出功率到0.5w。

1.2 选题的目的与意义

（1）培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程问题的能力。

（2）学习较复杂的电子系统设计的一般方法，了解和掌握模拟，数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力。

（3）学习调试电子电路的方法，提高实际动手能力。了解由555定时器构成简易电子琴的电路及原理。

二、设计和电路

2.1设计思路

整体电路主要由NE555多谐振荡器产生方波和LM386功率放大器进行功率放大两部分构成。

通过改变振荡电路中的RC元件的数值改变NE555多谐振荡器的振荡频率，从而达到产生不同音阶的目的。我在该电路中使用了21个开关与不同阻值串联，再并入NE555的端口，通过开关控制不同阻值的接入，也便于最终的演奏。将NE555的输出与LM386功率放大器相连，对方波信号进行放大，不改变信号频率的同时提高输出的功率，再与喇叭相连，能提高喇叭的音量并达到实验要求。最后通过扬声器能发出电子琴的不同音阶。

2.2 总体结构框图

2.3分块电路和总体电路的设计

琴键部分电路：

由开关和电阻串联，再全部并列构成。最上方和最下方分别导通，之间并上满足频率要求的电阻，再通过导线将最上方和最下方接入多谐振荡电路中。为提高实验精确度，在有限的电阻中使用电阻并联，大大减小了频率误差。考虑美观，不同组的音阶使用不同颜色的导线，醒目且使用方便。

NE555多谐振荡器电路：

555定时器构成的多谐振荡器，产生方波，如图所示。接通电源瞬间，电容C电压无法突变，电容器两端电压Uc为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发端与低电平触发端均为低电平，输出Uo为高电平，放电管VT截止。这时，电源经R1，R2对电容C充电，使电压Uc按指数规律上升，当Uc上升到（2/3）Vcc 时，输出Uo为低电平，放电管VT导通。充电时间常数T充=（R1＋R2）C。由于放电管VT导通，电容C通过电阻R2和放电管放电，放电时间常数T放＝R2C0

随着C的放电，Uc下降，当Uc下降到（1/3）Vcc时输出Uo为高电平，放电管VT截止，Vcc再次对电容c充电，电路又翻转到第一暂稳态。可得出结论，接通电源后，电路就在两个暂稳态之间来回翻转，则能输出所需要的方波信号。

通过计算，振荡周期T和振荡频率f分别为：

T=tPH+tPL≈0.693×（R1+2R2）×C1 f=1/T≈1/[0.693×（R1+2R2）×C1] 可通过调节琴键部分的电阻大小来改变输出频率，从而达到改变音阶的目的。

LM386功放电路：

该部分电路用于放大功率，使喇叭能正常工作。由LM386内部结构知，电路的电压放大倍数可由内部1.35k电阻及引脚1、8间的外围元件确定。当引脚1、8间不接任何元件时，其电压放大倍数为20倍，当引脚1、8之间外接电容10 uF 电容是，其电压放大倍数为200。此时，内部的1.35k电阻倍交流短路，其电压

放大倍数表示式为: VA=2R2/R1=30k/150。引脚5与地之间外接0.047uF电容和10欧电阻为补偿电路，可提高电路的稳定性，防止电路高频自激。当LM386处于高电压放大倍数时，电源的影响将会增大，为此在引脚7与地之间外接10 uF 的滤波电容。本实验通过该部分电路提高功率，增大喇叭音量，达到功率要求。我另加了一个喇叭，使输出音质更好。

总体电路：

琴键部分并入NE555的DIS和RST接口，从而通过改变阻值改变多谐振荡器的输出频率。多谐振荡器和功率放大器接上12V的外接电压使其正常工作。NE555输出口通过一个滑动变阻器与LM386输入端相连，可以通过改变滑动变阻器的阻值来改变输入功放的功率，以至于改变最终的输出功率。功率放大电路的输出产生满足频率和功率要求的方波，作用与喇叭上便可演奏出所需音阶。

整体布线追求简单美观，工作电路部分导线为蓝色，接地线为黑色，供电导线为红色，琴键部分按组别分配不同颜色的导线。两块面包板可拆开，第一块的琴键和电阻可以用于其他电路的电阻接入。为了提升喇叭音质，我们另加了更好