555简易电子琴数字逻辑课程设计报告

555简易电子琴数字逻辑课程设计 目 录 第一章 系统概述 ................................................... 1 1.1 系统开发背景 ............................................. 1 1.2 系统开发意义 ............................................. 1 1.3 EWB在数字电子电路综合课程设计中的应用 ..................... 1 第二章 555简易电子琴设计 ......................................... 2 2.1 设计题目 ................................................. 3 2.2 设计的目的与要求 ......................................... 3 2.3 任务................................................. 3 2.3.1设计总开关模块 ........................................ 3 2.3.2设计控制模块 .......................................... 3 2.3.3设计琴键模块 .......................................... 3 2.3.4设计扬声器模块 ........................................ 3 2.4 需用器件的选择........................................... 3 2.4.1 555定时器 ............................................ 3 2.4.2 电容.................................................. 6 2.4.3 电阻.................................................. 6 2.5 总体说明 ................................................. 6 2.6 单元模块................................................. 6 第三章 555简易电子琴的实现 ....................................... 8 3.1 单元模块的实现 ........................................... 8 3.2 电子琴的完整电路设计 ..................................... 9 3.3 参考文献 ................................................ 17 - I - 555简易电子琴数字逻辑课程设计报告 第一章 系统概述 1.1 系统开发背景 随着电子技术的不断发展，模拟电子技术的缺点和局限性越发明显，模拟电子技术的不稳定性、易干扰性等大大限制了其应用，且有阻碍电子技术发展的趋势。19世纪兴起的数字电路以其先天的便捷、稳定的优点在现代电子技术电路中占有越来越重要的地位。 数字电路与模拟电路相比有显而易见的稳定性。近年来，数字电路又有了巨大的发展。可编程逻辑器件(PAL、GAL等)的发展和普及最终使IC的设计面向了用户(这是模拟电路无法做到的)，而这毫无疑问会给用户带来巨大的便捷，从而奠定它在电子电路中的对位。 随着集成技术的进一步提高，各种新技术的出现和应用，人类历史横跨数码时代向更进一步发展已出现在各大型相关企业的宏伟蓝图中。新世纪里谁掌握了新技术谁就得到了获胜的资本，也仅仅是资本而矣。新世纪里电子行业的发展速度令人窒息，闻名的摩尔定律更把许多人威吓在门外。 可以展望，由数字构成的新世界即将出现。将是人类文明的又一飞跃。 1.2 系统开发意义 555简易电子琴是一种用数字电路技术实现数字显示装置，与机械式数字显示装置相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。555简易电子琴从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。 因此，我们此次设计与制做555简易电子琴就是为了了解555定时器的原理，从而学会制作555简易电子琴，而且通过555简易电子琴的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法。 1.3 EWB在数字电子电路综合课程设计中的应用 - 1 - 555简易电子琴数字逻辑课程设计报告 长期以来，综合课程设计是以理论课教学、课程实验和课程设计等教学环节构成的。我们在教学实践的过程中，结合理论教学的进程，利用计算机的电子设计自动化软件Electronics Workbench(虚拟电子工作台-EWB)在计算机上进行基础验证模拟仿真实验，作为教学的补充。使学生增强对电路的感性认识，掌握各种仪器的基本使用、电路参数的测试方法。我们采用工作在Windows XP平台上的EWB 5(12(虚拟电子工作台)软件。通过人机对话的方式，能使我们每个人都能亲自动手搭接电路，进行元件接线，参数设定。边连线，边测试，边修改，边分析，并与理论计算结果进行对照。通过EWB软件的"Component Properties"(元件属性)可随时调整和修改元器件参数，分析各元件参数对电路的作用与影响。调试和测量过程就是最好的学习过程。在这样的实验中，把实验与理论有机的结合起来，加深了我们对理论的认识。 第二章 555简易电子琴设计 - 2 - 555简易电子琴数字逻辑课程设计报告 2.1 设计题目 555简易电子琴设计 2.2 设计的目的与要求 用555定时器以及外加电阻、电容组成，此电路能够发出1、2、3、4、 5、6、7、i，这8个音符，且8个音符对应的频率依次为264Hz、297 Hz 、 330 Hz、 352 Hz、 396 Hz 、440 Hz 、495 Hz 、528 Hz。 2.3 分析任务 由提出的任务的要求可以知道，本任务可以分为四个模块 2.3.1设计总开关模块 2.3.2设计控制模块 根据设计题目要求，要实现555简易电子琴的设计就要选择555定时 器构成多弦振荡电路。 2.3.3设计琴键模块 要发出不同的频率，就需要几个开关的闭合和断开来控制，可看 作琴键。 2.3.4设计扬声器模块 通过喇叭来发出不同频率的声音。 2.4 需用器件的选择 2.4.1 555定时器 国产双极型定时器CB555电路是由比较器C和C，基本RS触发器和 12 集电极开路的放电三极管T三部分组成。 D V是比较器C1的输入端，v是比较器C的输入端。C和C的参考电压H12212 V和V由V经三个五千欧电阻分压给出。在控制电压输入端V悬空时，R1R2CCCO V=2/3V,V=1/3V。如果V外接固定电压，则V=V,V=1/2V. R1CCR2CCCOR1COR2CO R是置零输入端。只要在R端加上低电平，输出端v便立即被置成低电DD0 - 3 - 555简易电子琴数字逻辑课程设计报告 平，不受其他输入端状态的影响。正常工作时必须使R处于高电平。如图2.1D 为器件引脚的编号。 1、电路组成 如图 2.2所示 2、功能 如表2—1所示 - 4 - 555简易电子琴数字逻辑课程设计报告 如图2.3所示 - 5 - 555简易电子琴数字逻辑课程设计报告 3、 基本功能 当时，，输出电压为低电平，VT饱和导通。 R,0V,VQ,1oOL 21当时，时，时，C1输出低电平，C2输出高电平，V,VV,VR,1THCCCCTR33 ，Q,0，，饱和导通。 v,VTQ,1oOLD 21当、V,V、V,V时，C1、C2输出均为高电平，基本RS触发R,1THCCCCTR33 器保持原来状态不变，因此、VT也保持原来状态不变。 vo 12当、V,V、V,V时，C1输出高电平，C2输出低电平，，R,1Q,0THCCCCTR33 Q,1，，VT截止。 v,VoOH 2.4.2 电容 C1=4.7u C2=0.01u C3=0.022u 2.4.3 电阻 R1 = 27.6K R2 = 22.08K R3 = 12.42K R4 = 20.7K R5 = 16.6K R6 = 16.6K R7 = 8.28K R8 = 52.2K R9 = 36K 2.5 总体说明 如图2.4所示 2.6 单元模块 - 6 - 555简易电子琴数字逻辑课程设计报告 多谐振荡电路:多谐振荡器是一种自激振荡器，在接通电源以后，不需要外加触发信号，便能自动产生矩形脉冲。555定时器构成的多谐振荡器通过调整滑动变阻器即可实现频率调整，调节方便快捷。 如图2.5所示 取电源电压为12V，C1为0.01uF，C2为0.022uF，R1为36K，R2为200K - 7 - 555简易电子琴数字逻辑课程设计报告 第三章 555简易电子琴的实现 3.1 单元模块的实现 如图3.1所示: - 8 - 555简易电子琴数字逻辑课程设计报告 3.2 电子琴的完整电路设计 1、如图3.2所示 2、依照设计要求，可得出: 如表3-1所示 f(Hz) 264 297 330 352 T(ms) 3.7878788 3.367003 3.030303 2.840909 f(Hz) 396 440 495 528 T(ms) 2.5252525 2.272727 2.020202 1.893939 表3-1 3、根据555多谐振荡电路中的振荡周期公式T=T1+T2=(R1+2R2)Cln2得到: R1+ … +R8= 176397.9065 R2+ … +R8= 148798.1391 R3+ … +R8= 126718.3252 R4+ … +R8= 114298.4299 R5+ … +R8= 93598.6043 - 9 - 555简易电子琴数字逻辑课程设计报告 R6+ … +R8= 77038.74389 R7 + R8= 60478.8835 R8 = 52198.9532 由上可得:R1 = 27.6K R2 = 22.08K R3 = 12.42K R4 = 20.7K R5 = 16.6K R6 = 16.6K R7 = 8.28K R8 = 52.2K 4、Multism2001仿真 仿真结果如下图及表所示， 如表3-2所示 T(ms) 3.827 3.418 3.061 2.2857 T(ms) 2.551 2.296 2.041 1.939 表3-2 如图3.3所示 - 10 - 555简易电子琴数字逻辑课程设计报告 如图3.4所示 - 11 - 555简易电子琴数字逻辑课程设计报告 如图3.5所示 - 12 - 555简易电子琴数字逻辑课程设计报告 如图3.6所示 如图3.7所示 - 13 - 555简易电子琴数字逻辑课程设计报告 如图3.8所示 - 14 - 555简易电子琴数字逻辑课程设计报告 如图3.9所示 如图3.10所示 - 15 - 555简易电子琴数字逻辑课程设计报告 如图3.11所示 5、在模拟、数字实验箱上验证 - 16 - 555简易电子琴数字逻辑课程设计报告 经过实验，用频率计测得如下数据: 如表3-3所示 f(要求值) 264 297 330 352 f (测量值) 268 301 335 356 f(要求值) 396 440 495 528 f (测量值) 400 443 497 529 表3-3 由于实验箱电阻限制，所测结果与设计要求值相差几分，但基本达到了设计目的。 3.3 参考文献 [1] 《现代电子学及应用》童诗白等主编，高教出版社，1994年 [2]《数字逻辑与数字系统》王永军、李景华编写，电子工业出版社，2007年 [3]《电子技术实验与课程设计》毕满清主编，机械工业出版社，2005年 内部资 料 仅供参 - 17 - 555简易电子琴数字逻辑课程设计报告 考 - 18 -