电子琴设计

电子系统实验 所在院（系） 电子科学学院 班 级 电信06-4 学生姓名 李立兴 学 号 060901140428 2009年12月22日 简易电子琴的设计 目录 第1章、 实验要求 第2章、 设计 第3章、 电路原理设计 第4章、 系统调试与驱动程序 第5章、 实现的功能 第6章、 缺点及可能的解决方法 第7章、 第8章、 参考资料 第一章．设计要求 设计一个简易电子琴，用喇叭发1、2、3、4、5、6、7、i，八个音节 第二章．设计方案： 本实验采用两个555集成定时器组成简易电子琴。整个电路由主振荡器，颤音振荡器，扬声器和琴键按钮等部分组成。 主振荡器由555定时器，七个琴键按钮S1~S7，外接电容C1、C2，外接电阻R8以及R1~R7等元件组成，颤音振荡器由555定时器，电容C5及R9、R10等元件组成，颤音振荡器振荡频率较低为64Hz，若将其输出电压U连接到主振荡器555定时器复位端4，则主振荡器输出端出现颤音。 第三章．设计原理： 1.555定时器 555定时器是一种中规模集成电路，外形为双列直插8脚结构，体积很小，使用起来方便。只要在外部配上几个适当的阻容元件，就可以构成史密特触发器、单稳态触发器及自激多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。它在波形的产生与变换、测量与控制、定时电路、家用电器、电子玩具、电子乐器等方面有广泛的应用。 1．多谐振荡器的工作原理 　　多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路，由于矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波，故 称为多谐振荡器。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，在自身因素的作用下，电路就在两个暂稳态之 间来回转换，故又称它为无稳态电路。 　　由555定时器构成的多谐振荡器如图1所示，R1，R2和C是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚） 和低电平触发端（2脚）并接后接到R2和C的连接处，将放电端（7脚）接到R1，R2的连接处。 　　由于接通电源瞬间，电容C来不及充电，电容器两端电压uc为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发 端与低电平触发端均为低电平，输出uo为高电平，放电管VT截止。这时，电源经R1，R2对电容C充电，使 电压uc按指数规律上升，当uc上升到（2/3）Vcc时，输出uo为低电平，放电管VT导通，把uc从（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关 。充电时间常数T充=（R1＋R2）C。 　　由于放电管VT导通，电容C通过电阻R2和放电管放电，电路进人第二暂稳态.其维持时间TPL的长短与电 容的放电时间有关，放电时间常数T放＝R2C0随着C的放电，uc下降，当uc下降到（1/3）Vcc时，输出uo。 为高电平，放电管VT截止，Vcc再次对电容c充电，电路又翻转到第一暂稳态。不难理解，接通电源后，电 路就在两个暂稳态之间来回翻转，则输出可得矩形波。电路一旦起振后，uc电压总是在（1/3～2/3）Vcc 之间变化。图1（b）所示为工作波形。 图1 555定时器构成的多谐振荡器电路及工作波形 　      　　 集成555定时器有双极性型和CMOS型两种产品。一般双极性型产品型号的最后三位数都是555，CMOS型产品型号的最后四位数都是7555.它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。器件电源电压推荐为4．5～12V，最大输出电流200mA以内，并能与TTL、CMOS逻辑电平相兼容。其主要参数见表8.1。 555定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列分别如图 引脚功能： Vi1（TH）：高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，标志为TH。 Vi2（）：低电平触发端，简称低触发端，标志为。 VCO：控制电压端。 VO：输出端。 Dis：放电端。 ：复位端。 555定时器内含一个由三个阻值相同的电阻R组成的分压网络，产生VCC和VCC两个基准电压；两个电压比较器C1、C2；一个由与非门G1、G2组成的基本RS触发器（低电平触发）；放电三极管T和输出反相缓冲器G3。 是复位端，低电平有效。复位后, 基本RS触发器的端为1（高电平），经反相缓冲器后，输出为0（低电平）。 图8.1的电路：在555定时器的VCC端和地之间加上电压，并让VCO悬空，则比较器C1的同相输入端接参考电压VCC，比较器C2反相输入端接参考电压VCC ，为了学习方便，我们规定： 当TH端的电压>VCC时，写为VTH=1，当TH端的电压VCC时，写为VTR=1，当端的电压VCC 且Vi1VCC，则VTH=1，比较器C1输出为低电平，无论C2输出何种电平，基本RS触发器因=0，使＝1，经输出反相缓冲器后，VO＝0；T导通。这时称555定时器“高触发”。 555定时器的“低触发”、“高触发”和“保持”三种基本状态和进入状态的条件（即VTH、VTR的“0”、“1”）必须牢牢掌握。 VCO为控制电压端，在VCO端加入电压，可改变两比较器C1、C2的参考电压。正常工作时，要在VCO和地之间接0．01μF（电容量标记为103）电容。放电管Tl的输出端Dis为集电极开路输出。555定时器的控制功能说明见表8.2。 2音阶频率 本实验采用的是C调音阶，其音阶频率与对应电阻R8值如下表 根据T=0.7（R9+R8）C可计算R8的值。 第四章．驱动程序 实验图如下所示：按图接线后闭合不同开关即可令喇叭发出不同频率的声响，从而模拟出电子琴的工作。 原理图如下： IC555组成自激多谐振荡器，在⑦脚与电源之间加入一组音调电阻R1～R15，即是一架玩具电子琴。未按琴键K1～K5时，时基电路555不振荡，扬声器不发声；按下某一琴键时，扬声器依555的振荡频率，发出相应的声响。 电阻R1～R15的选择调整方法，是用一只60～100kΩ的电位器，先接入电路，从高音（或低音）开始，转动电位器，使扬声器发出一个起始的标准音阶，测出电位器的阻值，并换上相同阻值的固定电阻，这样即可确定各音阶所需的电阻阻值。 原理主要是555的多谐振荡。多谐振荡的频率： f=1.43/((R+2R')C) ，这是个约等于,其中R指7管脚与电源之间的电阻，R’指7管脚与6管脚之间的电阻，C是2管脚与地之间的电容。 实验中通过按键使R的阻值改变，从而改变振荡频率，扬声器就可与发出不同的声音，如果R的阻值取得好，扬声器就可以发出类似电子琴的声音了。 驱动程序： 方案一：产生按键音符   ORG 0000H         LJMP MAIN         ORG 000BH         LJMP BREAK MAIN:  MOV TMOD,#01H       ;设置定时器0的工作方式         SETB EA        SETB ET0               ; 设置定时器0中断        SETB TR0               ; 启动定时器0 WAIT1: LCALL KEY             ; 调用KEY子程序，判断有键按下否？第几个键？        CLR EA                 ;屏蔽中断        CJNE R3,#00H,WAIT1     ;如果R3=0，表示有键按下        MOV A,22H              ;将22H里存放的按键号送给A        RL A                   ; 因为查表里都是字，所以得乘2查得数据        MOV DPTR,#TABLE      ;指向表头        MOVC A,@A+DPTR      ; 查表        MOV TH0,A             ;将数据高位送TH0        MOV 21H,A             ; 将高位备份        MOV A,22H             ;将22H里存放的按键号送给A        RL A                   ;因为查表里都是字，所以得乘2查得数据        INC A                  ;取低位数据        MOVC A,@A+DPTR        MOV TL0,A        MOV 20H,A WAIT2: LCALL KEY        SETB EA        CJNE R3,#00H,WAIT1        JMP WAIT2 KEY:   MOV R3,#00H          ; KEY子程序，判断有键按下否？第几个键？        MOV R1,#0FFH        MOV R0,#00H        MOV A,R1        MOV P2,A        MOV A,P2        CLR C        CPL C               ;利用标志位CY来判断是哪个键按下        MOV R2,#08H WAIT3: RLC A               ;移位判断        JNC STORE        INC R0              DJNZ R2,WAIT3 STORE: MOV 22H,R0        ; 将按键号存22H，R3=0有键按下        MOV R3,#00H        RET BREAK: PUSH ACC          ;  中断产生方波，从P1.0口输出        PUSH PSW        MOV TL0,20H        MOV TH0,21H        CPL P1.0        POP PSW        POP ACC        RETI TABLE: DW 65030,64968,64898,64820,64777,64684,64580 ; 7，6，5，4，3，2，1        END 方案二：产生按键音符        ORG 0000H        SJMP START        ORG 000BH        AJMP INT_0        ORG 0030H START: MOV P1,#00H        SETB EA        SETB ET0                       ;计数器0        MOV TMOD,#02H        MOV TH1,#09CH        MOV TL1,#09CH                 ;定时器初植        CLR TR0                        ;定时器不允许 SCAN:                                 ;键盘扫描        MOV A,P2                   ;判断键盘按下，跳到SCAN_1，若未按，继续扫描        CJNE A,#0FFH,SCAN_1        NOP        SJMP SCAN SCAN_1:ACALL DELAY ;是不是真的要按下？如果是，则跳转SU_KEY查询是哪个按下？        MOV A,P2        CJNE A,#0FFH,SU_KEY        NOP        SJMP SCAN SU_KEY:JNB P2.1,MU_1                  ;判断是哪个键按下？        JNB P2.2,MU_2        JNB P2.3,MU_3        JNB P2.4,MU_4        JNB P2.5,MU_5        JNB P2.6,MU_6        JNB P2.7,MU_7        SJMP SCAN                                        ;R1信号周期 MU_1:  MOV R1,#19                ;如果第一个按键按下，则R1=19，同时程序转NEXT        SJMP NEXT MU_2:  MOV R1,#17                    SJMP NEXT MU_3:  MOV R1,#15        SJMP NEXT MU_4:  MOV R1,#14        SJMP NEXT MU_5:  MOV R1,#13        SJMP NEXT MU_6:  MOV R1,#11        SJMP NEXT MU_7:  MOV R1,#10        SJMP NEXT NEXT:  MOV A,R1                       MOV R0,A        SETB TR0                       ;启动定时器0                         NEXT_1:MOV A,P2                     ; 没键按下继续执行，有键按下，返回读引脚        CJNE A,#0FFH,NEXT_1        ACALL DELAY        MOV A,P2                       ;真的没键按下？        CJNE A,#0FFH,NEXT_1        CLR TR0                        ;不响        AJMP SCAN                     ;扫描键盘去 INT_0:                                 ;中断程序       DJNZ R0,RE                      ;R0不等于0时，返回       CPL P1.0       MOV A,R1       MOV R0,A RE:   RETI DELAY:MOV R7,#100                    ;延长时间等待，键盘消抖 D1:   MOV R6,#10 D2:   DJNZ R6,D2       DJNZ R7,D1       RET       END   生日快乐歌：（扩展功能部分程序）         ORG 0000H       JMP MAIN       ORG 000BH       JMP TT0 MAIN: MOV TMOD,#01H               ；设置定时器0工作方式       MOV IE,#82H                    ；设置中断 MAIN0:MOV 30H,#00H NEXT: MOV A,30H       MOV DPTR,#TABLE              ；查表       MOVC A,@A+DPTR       MOV R2,A       JZ STOP       ANL A,0FH       MOV R5,A       MOV A,R2       SWAP A       ANL A,#0FH       JNZ SING       CLR TR0       JMP W1 SING: DEC A       MOV 22H,A       RL A       MOV DPTR,#TABLE1                   ；查表       MOVC A,@A+DPTR       MOV TH0,A       MOV 21H,A       MOV A,22H       RL A       INC A       MOVC A,@A+DPTR       MOV TL0,A       MOV 20H,A       SETB TR0 W1:   CALL DELAY       INC 30H       JMP NEXT STOP: CLR TR0                  JMP MAIN0 TT0:  PUSH ACC                            ；中断服务程序       PUSH PSW       MOV TL0,20H       MOV TH0,21H       CPL P1.0       POP PSW       POP ACC       RETI DELAY:MOV R7,#2                      ；延时187ms  W2:  MOV R4,#187  W3:  MOV R3,#248       DJNZ R3,$       DJNZ R4,W3       DJNZ R7,W2       DJNZ R5,DELAY       RET TABLE1:DW 64260,64400,64524,64580        ；音符计数植        DW 64684,64777,64820,64898        DW 64968,65030,65058,65110 DW 65157,65178,65217    TABLE:DB 82H,01H,81H,94H,84H           ；节拍表        DB 0B4H,0A4H,04H        DB 82H,01H,81H,94H,84H DB 0C4H,0B4H,04H            DB 82H,01H,81H,0F4H,0D4H        DB 0B4H,0A4H,94H        DB 0E2H,01H,0E1H,0D4H,0B4H DB 0C4H,0B4H,04H            DB 82H,01H,81H,94H,84H        DB 0B4H,0A4H,04H        DB 82H,01H,81H,94H,84H DB 0C4H,0B4H,04H            DB 82H,01H,81H,0F4H,0D4H        DB 0B4H,0A4H,94H        DB 0E2H,01H,0E1H,0D4H,0B4H        DB 0C4H,0B4H,04H        DB 00H END 系统调试与结果： 1. 根据电路图组装电路。 2. 检查元件的接。 3. 接通电源，按各键，看是否有结果。 4.：得到了预期的结果。 实验器材： 名称 NE555 按键开关 拨动开关 电阻 电容 电路板 电池 导线 扬声器 数量 1 15 1 16 3 1 1 若干 1 第五章．实现的功能 根据功能需求与电路结构得知，当按钮开关ON时，将可有其连接的输入口读取到低电平，再次制作的一个八键的电子琴，若按k1，则发出中音1,如按k2,则发中2……依次类推。 第六章．缺点及可能解决方法 1、在画PCB时，封装选择不是很好，腐蚀成板子后，在上面焊接元器件大小不是很对。同时，为了避免跳线，电路元件布局不是很好，电路板较大，造成资源浪费。 解决方法：熟练掌握PROTEL软件的运用，这样使用起来才能够得心应手，避免以上的操作失误。 2、产品开始工作后，发现扬声器的声音很小，发出的音乐声也不尽人意，但是在次过程中电压稳定，排除外界干扰。 解决方法：声音小是因为扬声器功率太小，在次基础上，又安装上了喇叭，达到了预期的效果。 3、.电路板连接好之后，发现几个键盘不能发音，通过调试发现电路板在腐蚀过度，致使电路连接出现断点而不能通电，最后通过用焊丝连接致使电路正常工作。 解决方法：在电路板腐蚀过程中注意腐蚀时间，这也是属于操作上的失误，以后经常联系可以避免。 第七章．心得体会 通过对简易电子琴的设计，认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了

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本上的知识，明白了学以致用的真谛。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。在整个设计到电路的焊接以及调试过程中，我个人感觉调试部分是最难的，因为你理论计算的值在实际当中并不一定是最佳参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。而参数的调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，而这个可能也是老师要求我们加以提高的一个重要方面吧！ 第八章．参考资料 1·互联网BAIDU搜索 2·微型计算机原理与接口技术  3·电子系统设计 各音阶对应频率 L1   131     L2   147     L3   165     L4   175     L5   196     L6   220     L7   247     N1   262     N2   296     N3   330     N4   349     N5   392     N6   440     N7   494    H1   523     H2   587     H3   659     H4   698     H5   784     H6   880     H7   988    I1   1047     I2   1175     I3   1319     I4  1397     I5   1568     I6   1760     I7   1976