简易电子琴电路的设计仿真与实现学习资料

简易电子琴电路的设计仿真与实现

目录

1.1设计背景 0

1.2 设计目的及意义 (1)

二．Proteus软件简介 (1)

三．简易电子琴基本原理 (2)

3.1 音乐产生原理 (2)

3.2 设计原理 (3)

3.3 方案设计 (7)

四.Proteus原理图绘制 (11)

4.1选取元件 (11)

4.2放置元件及排版 (12)

4.3模拟及仿真 (13)

五.Proteus电路仿真 (14)

六仿真结果分析 (18)

6.1 频率及放大倍数测量 (18)

6.2 理论比较 (18)

6.3 误差分析 (18)

七心得体会 (19)

八. 参考文献 (20)

九.元器件清单 (21)

十.本科生课程设计成绩评定表 (23)

一．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。

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

(4)巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能。

(6)为今后从事电子技术领域的工程设计打好基础基本要求。

二．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），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MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。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。

三．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。

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。

(1)RC桥式振荡电路图

(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：

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号，也可通过改变R，C的取值，选出不同频率的信号。

(3) 振荡条件

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X i，由于反馈信号的补偿作用，仍有信号输出，如图3所示X f=X i，可得自激振荡电路。自激振荡必须满足以下条件：

图1振幅条件与相位条件

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

|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。