电子节拍器数电课程设计

长沙学院

数电课程设计说明书

题目电子节拍器

系(部) 电子与通信工程系

专业(班级)

姓名

学号

指导教师

起止日期

数字电子技术课程设计任务书(15)系（部）专业：指导教师：

长沙学院课程设计鉴定表

目录

一、电子节拍器简介 (5)

二、电子节拍器的组成 (5)

三、电子节拍器的工作原理 (5)

四、设计电路及分析 (6)

1、设计电路图 (6)

2、脉冲产生电路 (6)

3、节拍信号产生电路 (6)

4、声光显示电路 (7)

5、仿真示波器图 (7)

6、分析 (8)

五、课程设计的心得体会 (8)

六、参考文献 (8)

一、电子节拍器简介

电子节拍器，英文名：digital metronome。一种能在各种速度中发出一种稳定的节拍的电动或电子装置，作为一种节奏性乐器使用.1696年巴黎人E.卢列创制第一架节拍器后，这种装置的种类很多，最普遍使用的是1816年由奥地利人J.N.梅尔策尔发明的节拍器。梅尔策尔的节拍器外形呈金字塔形，内部为时钟结构，有齿轮及发条，带动一摆杆，摆杆每次摆动结束时发出尖锐的“滴哒”声，这些滴哒声的速度可根据刻在摆杆上的游尺刻度上下移动摆锤，进行调整，其速度每分钟40～210拍。约在1945年瑞士钟表业生产有袖珍节拍器，形如挂表。

电子节拍器是一种新颖的节拍器，它具有应用范围广、节拍可调，声音悦耳、成本低、容易自制、调试简单等优点。构成电子节拍器的电子线路很多。

现代半导体和集成电路的节拍器小巧灵便，具有多种功能。现在音乐的发展以及音乐对人们生活的重要影响，使得乐器发展变得更加迅猛。人们希望乐器的发展能够实现智能化及人性化，而节拍器则是乐器当中必不可少的元器件。匈牙利作曲家G.利盖蒂在《交响诗》中用过100个节拍器以不同速度鸣响。

二、电子节拍器的组成

本设计电路主要由四部分组成，分别是：脉冲产生电路、节拍信号产生电路、灯光显示电路和发声电路。节拍信号产生电路：以脉冲信号作为输入信号产生节拍信号。灯光显示电路：灯光使用节拍信号控制。发声电路：利用功率较大的放大电路来驱动发生器，继而通过蜂鸣器产生声音。

首先由振荡电路产生一系列的脉冲信号，传至脉冲信号接收电路，通过接收脉冲信号电路对这一脉冲进行一系列的转换，使其能够产生不同的节拍，再将这些转换的脉冲信号传至蜂鸣器，使其能够发出不同的节拍来，同时连接四个发光二极管，以达到有灯光随节拍闪亮的效果。

三、电子节拍器的工作原理

脉冲产生电路，用来产生矩形脉冲信号作为节拍信号产生电路的控制信号；节拍信号产生电路，以脉冲信号作为输入信号产生节拍信号；显示电路,灯光使用节拍信号控制；发声电路，利用功率较大的放大电路来驱动发生器。

以555芯片和CD4017芯片组成振荡电路,驱动发光二极管发光和蜂鸣器发出声音，达到声音和发光同步。CD4017组成的节拍选择控制电路。当开关与不同的管脚接通时。就会有不同的节拍。该节拍器的设计采用模块化结构，有3个模块即节拍脉冲模块、节拍选择控制模块、以及声光同步显示模块组成。此电路是以555及CD4017构成振荡器产生节拍脉冲，并将脉冲输入到CD4017构成的节拍选择控制开关，此电路是以555构成自激振荡器产生脉冲，并将脉冲输入到蜂鸣器产生节拍的声音,及驱动发光二级管,达到声光同步显示效果。

四、设计电路及分析

1、设计电路图

设计电路图 1

2、脉冲产生电路

电路通过555自激震荡产生方波输出，其频率范围为570-2800Hz,调节滑动变阻器可使节拍在每分钟34至170次范围内变化。

3、节拍信号产生电路

节拍产生器由555、CD4017等组成。其中脉冲分配器CD4Ol7，其十个输出端QO-Q9，只有一个输出高电平，复位状态下QO输出高电平，在CP0端输入第一个脉冲后Ql输出高电平，输入第二个脉冲后Q2输出高电平，以此类推，输入十个脉冲后电路恢复初始状态。如果把某个输出端接到复位端MR，当该输出端为高电平时电路提前进入复位状态，利用这一特点通过开关接在不同的输出端上形成不同的节拍输出。

4、声光显示电路

当Q0、Q2、Q4、Q6其中一路输出高电平时，通过与其相连接的发光二极管再过R3连接到地从而同步发光，另外二极管与四个电阻相连，由于R7的阻值小于R4、R5、R6的阻值,故当Q0输出高电平时，声音控制信号输出的电流大一些，发出强音，区别于其他弱音信号。声音控制信号输出后通过三级管放大，再输出到蜂鸣器进行发声，这样所听到的声音就大。

5、仿真示波器图

设计电路仿真图 2

2/4节拍仿真图 3 3/4节拍仿真图 4

4/4节拍仿真图 5

6、分析

将导线开关连在2/4拍，接通电源开关，蜂鸣器发出“强弱强弱”的节奏声，发光二极管D3和D4也随着节拍声交替发光,发出强音时D4亮，发出弱音时D3亮。分析：“强弱强弱”的节奏声正是2/4拍的节奏，说明电子节拍器能够正常发声和发光。

将导线开关连在3/4拍，蜂鸣器发出“强弱弱强弱弱”的节奏声，发光二极管D2、D3和D4也随着节拍声交替发光，发出强音时D4亮，发出第一声弱音时D3亮，发出第二声弱音时D2亮。分析：“强弱弱强弱弱”的节奏声正是3/4拍的节奏，说明电子节拍器能够正常发声和发光。

将导线开关连在4/4拍，蜂鸣器发出“强弱弱弱强弱弱弱”的节奏声，发光二极管D1、D2、D3和D4也随着节拍声交替发光，发出强音时D1亮，发出第一声弱音时D2亮，发出第二声弱音时D3亮,发出第三声弱音时D4亮。分析：“强弱弱弱强弱弱弱”的节奏声正是4/4拍的节奏，说明电子节拍器能够正常发声和发光。

五、课程设计的心得体会

于2014-6-16我得到了我的课程设计的题目——电子节拍器。看到题目的一瞬间联想到的东西自然是有节奏的东西，比如音乐乐器。这此课程设计，是一次将数字电子技术与实际相结合的实践。其中包括电路的设计，资料的查找，分析问题解决问题的能力。如果不能以一种认真的态度去面对这次实践，而只是简简单单的在书本之中寻找到一个电路，并将其简单的连接起来，那就失去了本次电子课程设计的意义。

在这次的课程设计中，遇到的很多的困难，比如：电阻阻值的大小，不能太大也不能太小，否则容易引起电路的脉冲不协调，导致电路不能运行;在放入电容时，要考虑电容与滑动变阻器阻值的百分比的大小，过小的话，脉冲速率过慢，指示灯的反应没有想要的效果，过大的话，电路运行一会就回停止，不能运行。所以只能一点点的调节，不能操之过急，这次考虑的主要就是细心与耐心。

六、参考文献

【1】康华光.电子技术基础——模拟部分【M】.北京：高等教育出版社，2006；

【2】康华光.电子技术基础——数字部分【M】.北京：高等教育出版社，2006；

【3】豆丁网；

【4】百度文库；

【5】吴汉清.《实用制作——电子节拍器》.电子制作2003年第10期；

【6】赵淑范.《电子技术试验与课程设计》.清华大学出版社.2006.