简易电子琴电路 正文

1 1 ≈ 2 2 + R4 R
R4≠R，且 R4≤R
(8)
(9)
则由式(8)及起振条件|A·F|>1，可得：
A = 1+ R1 + R 2 ≥2 R3
即
R1 + R 2 ≥ R 3
（10）
选择 R1=800Ω，R2=900Ω，R3=1500Ω
3.3.2 集成功放电路
集成功放电路图如图 7 所示
图7
4.3 模拟及仿真
电路连接无误后，根据实验要求，选定所需信号源及测试仪表，单击仿真键仿真。 示波器：在绘图栏中选择虚拟仪器菜单中的 Oscilloscope（示波器）选项，将其放置到 图形编辑窗口，连接相应导线至测试点。
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3. 简易电子琴基本原理
3.1 音乐产生原理
由于一首音乐是许多不同的音阶组成的，而每个音阶对应着不同的频率，这样我 们就可以利用不同的频率的组合，即可构成我们所想要的音乐了。 音调主要由声音的频率决定，乐音(复音)的音调更复杂些，一般可认为主要由基音 的频率来决定， 也即一定频率的声音对应特定的乐音。 在以 C 调为基准音的八度音阶中， 所对应的频率如表 1 所示。如果能够通过某种电路结构产生特定频率的波形信号，再通 过扬声器转换为声音信号，就能制作出简易的乐音发生器，再结合电子琴的一般结构， 就可实现电子琴的制作了。
图5
LM386 的引脚图
3.3 方案设计
3.3.1 振荡电路
振荡电路图如图 6 所示
图6
振荡电路图
7
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选择 C1=0.1uF，R4=1kΩ，根据公式 f = f 0 =
1 2πC1 R 4 R
，结合表一，即可计算出
八个音阶对应的电阻值， 分别为 R5=9.09KΩ， R6=10.34 KΩ， R7=13.08KΩ， R8=16.15 KΩ， R9=20.44 KΩ，R10= 23.26KΩ，R11=28.72 KΩ，R12=36.34KΩ。 选定 由式 3 推导可得： F=
图9
Proteus 元件选择框
3) 按照此方法完成其它元器件的选取，如果忘记关键词的完整写法， 可以用“*”代替，如“SWITC*”可以找到开关。被选取的元器件 都加入到 ISIS 对象选择器中。如图 10 所示。
图 10
选取的元器件
4.2 放置元件及排版
1) 通过对象选择器窗口单击选择相应元件，在右侧图形编辑窗口中单击左键放置元件。
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从而引入了深度电压串联负反馈，使整个电路具有稳定的 电压增益。 3.2.2.2 LM386的引脚图
LM386 的引脚的排列如右图所示。引脚 2 为反相输入 端，3 为同相输入端；引脚 5 为输出端；引脚 6 和 4 分别 为电源和地；引脚 1 和 8 为电压增益设定端；使用时在引 脚 7 和地之间接旁路电容，通常取 10μF。
1）自激振荡条件 图 2 所示为含外加信号的正弦波振荡电路，其中 A，F 分别为放大器回路和反馈 网络的放大系数。图 2 中若去掉 Xi，由于反馈信号的补偿作用，仍有信号输出，如图 3 所示 Xf=Xi，可得自激振荡电路。自激振荡必须满足以下条件：
2） 起振条件 自激振荡的初始信号一般较小，为了得到较大强度的稳定波形，起振条件需满足 |AF|>1。在输出稳定频率的波形前，信号经过了选频和放大两个阶段。具体来说，是 对于选定的频率进行不断放大，非选定频率的信号进行不断衰减，结果就是得到特定 频率的稳定波形。
3.3.3 整体电路图
图8
整体电路图
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4．Proteus 原理图绘制
4.1 选取元件
1) 进入 Proteus 界面后，单击工具栏上的“新建”按钮 存”按钮 ，新建一个设计文档。单击“保 ，在弹出的对话框中的文件名框中输入“简易电子琴” ，再单击“保存”
集成功放电路图
如图 7 所示为 LM386 外围器件最少的连接方式，其内置电压增益为 20 倍。
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C3 取 4.7uF 为退耦电容，所谓退耦即防止前后电路网络电流大小变化时，在供电 电路中所形成的电流冲动对网络的正常工作产生影响。换言之，退耦电容能够有效地 消除电路网络之间的寄生耦合。 退耦滤波电容的取值通常为 4.7-200uF， 退耦压差越大， 电容的取值应该越大。 C4 为旁路电容，它可将混有高频信号和低频信号的交流信号中的高频成分旁路掉 的电容，取 10uF。 C6 为隔直传交电容，取 220uF。
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1. 模电课设概述
1.1 设计背景
电子琴是一种键盘乐器，采用半导体集成电路，对乐音信号进行放大，通过扬声器 产生音响。 现在的电子琴一般使用 PCM 或 AWM 采样音源。所谓采样就是录制乐器的声音， 将其数字化后存入 ROM 里，然后按下键时 CPU 回放该音。甚至有一些高级编曲键盘可 以使用外置采样（比如 Tyros 3 的硬盘音色） 。现代电子琴并非“模仿”乐器音色。它使 用的就是真实乐器音色。当然，现在力度触感在电子琴里是必备的。而且现代电子琴还 加上了老式电子琴的滤波器，振荡器，包络线控制来制造和编辑音色。甚至也带上了老 式电子琴的 FM 合成机构。 本次课程设计主要是通过对电子琴主体部分的电路进行模仿设计，按下不同琴键改 变 RC 值，发出 C 调的八个基本音阶， 采用运算放大器构成振荡电路，用集成功放电 路输出音调，从而达到电子琴固有的基本功能。
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2.Proteus 软件简介
Proteus 软件是由英国 LabCenter Electronics 公司开发的 EDA 工具软件，由 ISIS 和 ARES 两个软件构成，其中 ISIS 是一款便捷的电子系统仿真平台软件，ARES 是一款高 级的布线编辑器，它集成了高级原理布线图、混合模式 SPICE 电路仿真、PCB 设计以及 自动布线来实现一个完整的电子设计。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。 虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单 片机开发应用的科技工作者的青睐。 Proteus 是世界上著名的 EDA 工具(仿真软件 )，从原理图布图、代码调试到单片机 与外围电路协同仿真，一键切换到 PCB 设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是 目前世界上唯一将电路仿真软件、 PCB 设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台， 其处理器模型支持 8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086 和 并持续增加其他系列处理器模 MSP430 等， 2010 年即将增加 Cortex 和 DSP 系列处理器， 型。在编译方面，它也支持 IAR、Keil 和 MPLAB 等多种编译器。 Proteus 软件的模拟仿真直接兼容厂商的 SPICE 模型，采用了扩充的 SPICE3F5 电路 仿真模型，能够记录基于图表的频率特性、直流电的传输特性、参数的扫描、噪声的分 析、傅里叶分析等，具有超过 8000 种的电路仿真模型。 Proteus 软件支持许多通用的微控制器，如 PIC、AVR、HC11 以及 8051；包含强大 的调试工具，可对寄存器、存储器实时监测；具有断点调试功能及单步调试功能；具有 对显示器、 按钮、 键盘等外设进行交互可视化仿真的功能。 此外， Proteus 可对 IAR C-SPY、 KEIL 等开发工具的源程序进行调试。 此外，在 Proteus 中配置了各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、频率计，便于测 量和记录仿真的波形、数据。
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元件的移动：用鼠标左键按住元件拖曳。 元件的旋转：选定所需旋转元件，单击绘图工具栏左右旋转按钮完成旋转。 元件的删除：通过鼠标左键选定要删除的元件，点击键盘上的 delete 键即可完成对应 元器件的删除。 2) 将鼠标移至元件引脚处待出现红色方框单击鼠标左键将鼠标移至所需连接的另一元件 管脚处待出现红色方框后再次单击鼠标左键完成单根导线的连接。以此类推，按照实 验原理图放置元件并布线。 引出节点：在所需引出节点导线处单击鼠标右键，移动鼠标即可在该点设置节点并引 出导线。 3) 完成电路布线后，为使电路更加紧凑有逻辑性，各功能区域明显，应对相应元件或导 线位置进行相应调整。 元件位置调整：单击相应元件按住鼠标左键并将元件拖曳至相应位置后放开即可。 导线间距的调整：将鼠标移至要调整导线所连接的元器件，单击该器件，相应导线及 元器件将变为选定状态，将鼠标移至该导线处出现左右（上下）调节标志，按住鼠标左键 拖曳相应导线到预定位置后放开，即可移动导线。
图4
LM386内部电路原理图
与通用型集成运放相类似，它是一个三级放大电路。 第一级为差分放大电路，V1 和 V3、V2 和 V4 分别构成复合管，作为差分放大电路的 放大管；V5 和 V6 组成镜像电流源作为 V1 和 V2 的有源负载；V3 和 V4 信号从管的基极输 入，从 V2 管的集电极输出，为双端输入单端输出差分电路。使用镜像电流源作为差分放 大电路有源负载，可使单端输出电路的增益近似等于双端输出电容的增益。 第二级为共射放大电路，V7 为放大管，恒流源作有源负载，以增大放大倍数。 第三级中的 V8和 V9管复合成 PNP 型管，与 NPN 型管 V10构成准互补输出级。二极 管 D1和 D2为输出级提供合适的偏置电压，可以消除交越失真。 引脚2为反相输入端，引脚3为同相输入端。电路由单电源供电，故为 OTL 电路。输 出端（引脚5）应外接输出电容后再接负载。 电阻 R7从输出端连接到 V2的发射极，形成反馈通路，并与 R5和 R6构成反馈网络，
3.2 设计原理
3.2.1 振荡电路原理
由于 RC 振荡电路，一般用来产生 1HZ~1MHZ 范围内的低频信号；而 LC 振荡电 路一般用来产生 1MHZ 以上的高频信号，由上表我们可以知道选择 RC 振荡电路。其 基本电路为 RC 文氏电桥振荡电路。 3.2.1.1 RC 桥式振荡电路图
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3.2.2 音频集成功率放大器原理
LM386 是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围 大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。 3.2.2.1 LM386 内部电路
LM386内部电路原理图如图4所示。
按钮，完成新建设计文件操作，其后缀名自动为.DSN。 2) 单击绘图工具栏中的元件模式中的 “P” 按钮 ， 弹出如图 9 所示的选取元器件对话框， 在此对话框左上角“keywords(关键词)”一栏中输入元器件名称，如“LM324” ，系统 在对象库中进行搜索查找， 并将与关键词匹配的元器件显示在 “Results” 中。 在 “Results” 栏中的列表项中，双击“LM324” ，则可将其添加至对象选择器窗口。
3.2.1.2
RC 串并联选频网络
RC 桥式振荡电路可以选出特定频率的信号。 具体实现过程的关键是 RC 串并联选频网 络，其理论推导如下：
可得选频特性：
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即当 f0=1／(2πRC)时，输出电压的幅值最大，并且输出电压是输入电压的 1／3， 同时输出电压与输出电压同相。通过该 RC 串并联选频网络，可以选出频率稳定的正 弦波信号，也可通过改变 R，C 的取值，选出不同频率的信号。 3.2.1.3 振荡条件
1.2 设计目的及意义
1）培养学生正确的设计思想，理论联系实际的工作作风，严肃认真、实事求是的科 学态度和勇于探索的创新精神。 2）锻炼学生自学软件的能力及分析问题、解决问题的能力。 3）通过课程设计，使学生在理论计算、结构设计、工程绘图、查阅设计资料、标准 与规范的运用和计算机应用方面的能力得到训练和提高。 4）巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能。 5）为今后从事电子技术领域的工程设计打好基础基本要求。