简易电子琴课程设计报告超详细

广州大学机械与电气工程学院

电子信息工程系

课

程

设

计

报

告

课程名称：电子技术课程设计

设计题目：简易电子琴

专业班级：电子信息工程 2 班

设计者：苏伟强

学号：

指导教师：秦剑彭绍湖

设计所在学期：2016~2017学年第 2 学期

设计所在时间：2014年7月6日-12日

地点: 电子信息实验楼314 315

目录

一课程设计题目 (3)

1 题目分析理解

二设计任务及要求 (3)

1 要求

2 任务安排

3 进度安排

三电路设计 (4)

1 方案论证

2 单元电路设计与数据分析

2.1 文氏桥正弦波震荡电路

2.2 LM386组成的功率放大电路

3 确认理论参数

四电路仿真 (13)

1 multisim仿真图

2 仿真结果

3 误差分析及总结

五元器件的选择 (19)

1 元件分析

1 元件清单

六PCB设计 0

1 原理图设计

2 选择封装

3 生成PCB

七制作与调试 (22)

1 电路板的热转印，焊接元器件

2 故障排除并且接通电源

3 调试过程

4 数据记录和分析

八试验中遇到的问题 (25)

1 仿真过程遇到的问题

2 制作PCB遇到的问题

3 电路调试的时候遇到的问题

九心得体会 (26)

十参考文献 (27)

附录：1实物图

附录：2 元件清单

一课程设计题目

1 题目分析理解

在众多的题目里面我们选择“简易电子琴”作为我们课程设计的课题。?

现在的电子琴一般使用PCM或AWM采样音源，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。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。甚至老式电子琴的FM合成机构。??

但是这显然不是这次课程设计的方向和内容，根据课程设计的要求“融会贯通其所学的“模拟电子技术”、“数字电子技术”和“电子技术实验”等课程的基本原理和基本

分析方法”说明本次实验需要运用模拟电路还有数字电路的知识进行电路设计，所以，方案的设计就必须绕开单片机等大型的MCU，尽量选用市场上可以提供的中、大规模

集成电路芯片和各种分立元件等电子器件，并通过应用性设计来实现各功能单元的要求以及各功能单元之间的协调关系。

二设计任务及要求

1 要求

我们选择的题目是简易电子琴，顾名思义，要求就是可以通过操作按键产生

dou,re,mi,fa,so,la,si,do(高音)，声音要求音色相同，界限分明。

2 任务安排

本次进行该课程设计，我们组有两个同学，分别是苏伟强，周宇恒，苏伟强担任组长，负责电路的设计，仿真，原理图及PCB绘制，调试过程的技术支持，数据分析等，周宇恒负责元器件的采购，电路板的腐蚀及焊接，故障排除，电路调试，数据测量等。

3 进度安排

相关知识的回温，电路的初步构想，并进行

仿真

画出PCB，购买元器件，并制出PCB板

实物调试

数据测量，数据分析，书写报告

三电路设计

1 方案论证

方案一：LM324与电阻电容构成文氏桥正弦波振荡器，正弦波的频率可通过电阻修改，输出的正弦波再通过LM386组成的功放，提高带载能力，驱动喇叭发声。

方案二：利用单片机的定时计数器产生CTC模式产生频率可调的方波，驱动蜂鸣器发声

方案三：利用NE555与电阻，电容等组成可控多谐振荡器，NE555产生方波信号，再经LM386进行功率放大，驱动喇叭发声。

选择方案：方案二使用单片机实现，虽然是最简单的方法，但是不符合本课程设计的要求，相关单片机课程设计是接下来的课程，方案三，设计难度也不大，但是由于需要用到3个芯片，成本身高，555集成性较高，对了解实验原理不是有很大的帮助，不是非常符合本实验的要求，不予考虑，方案二仅仅使用一片集成运放，和LM386组成功放即可实现全部功能，设计底层的相关计算比较难，但是对了解电路运行原理基本理论，提高自身能力非常有帮助，所以，该课程设计，我们选择了方案二作为最终方案。

2 单元电路设计与数据分析

整体实现电路包括，文氏桥正弦波震荡电路还有LM386组成的功率放大电路，整体的框图如图1所示：

图1

现在对每部分进行分析：

2.1文氏桥正弦波震荡电路

所谓的正弦波震荡电路其实就是对电路电扰动（如合闸通电，还有幅度很小频率丰富的输出量）进行选频，并且对所选的频率输出量进行放大，其他频率的输出量进行衰减的电路。

在文氏桥震荡正弦波震荡电路中，选频网络为文氏桥电路，放大电路是同相比例放大电路（负反馈），为了保证对特定频率的输出量的放大能不断进行，引入了正反馈环节，文氏桥电路也接正反馈回路，但是这样的放大不能无限放大，所以，必须同相比

例放大电路的放大倍数要随着时间非线性减小，使得电路能尽快达到正弦平衡，引入所谓的非线性环节，通过二极管在导通电阻无穷小，不导通电阻无穷大的特性，使放大电路的比例系数，在满足起震条件（后面会分析起震条件）后，随着时间的推移迅速下降，能尽快达到动态平衡，输出一定频率的正弦波如图2。

图2

所以： o f X F A X A X ==o 于是：1=F A

为了合闸通电之后能经过尽可能短的时间放大，然后尽快达到平衡，有起震条件：

1>F A

综上所述，正弦波震荡电路必须由一下四部分组成（1）放大电路（2）选频网络（3）正反馈电路（4）非线性环节。

下面对文氏桥正弦波震荡电路各部分进行分析： 图3 文氏桥电路

如图3所示的文氏桥电路充当的是正反馈电路和选频网络电路，下面讨论起选频特性

电路的传递函数sC R sC R C

R s U

s U

s G o

f 1

//

1s 1

//

)()()(212++=

= （1）

替换 s j =ω得：

C R C R C

R j G ωωωωj 1//

j 1j 1//

)(212++=

（2）

进一步化简得到：

11//

11)(21++

=

C

j R C

j R j G ωωω （3） 替换C

j ωλ1

=

,化简得到： )

(21

211))((1)(212122

121221R R R R R R R R R R R j G λλλ

λλλλλω+++=+++=+++= （4）