555简易电子琴设计报告

北京交通大学电子技术课程设计报告随着科学技术的发展和人类的进步，电子技术已经成了各种工程技术的核心，特别是进入信息时代以来，电子技术更是成了基本技术，其具体应用领域涵盖了通信领域、控制系统、测试系统、计算机等等各行各业生活中常使用到许多的电子设备，它给我们生活上的便利与影响。而电子琴就是一个很明显的例子，这些有时甚至含有内建音乐，有时又可以千变万化，真让人想动手试试看，因此我们对它产生了许多问与想象。本文就是关于用555定时器制作简易电子琴的过程及基本原理。1.介绍1.1.总体框图，1．2．模块功能该电路包括按钮开关，定值电阻，555振荡器和扬声器三部分组成1输入端：由八个按钮开关与各自的定值电阻串联在并联组成输入端2频率产生端：根据定值电阻的不同输入，由555产生不同的信号频率3扬声器端口:接受信号频率发出特定的频率1.3.方案选择【设计方案一】数字电路电子琴采用一个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，电阻，按键及电容组成。【设计方案二】单片机电子琴程序可分如下：初始化模块、判断按键模块、键值处理模块、音乐处理模块、中断模块、0处理模块、表单模块。初始化模块：对8279键盘的部分进行初始化和中断初始化。键值处理模块：用8279的状态字来判断它是否按键（FIFORAM不能清除已处理的数据，但8279的状态字会发生相应改变）。输入的键值与1-8的物理值01H-08H进行比较，如果与其中某个数相等，则跳到1-8的键值处理模块；如果是9或者A，则跳到音乐处理模块。如果输入是0，则跳到0处理模块。结尾跳到初始化模块。音乐处理模块：专门处理音乐中的1-8的发音。它们发音不同是因为波的频率不同，所以要发出不同的音，只要实现发出的波的频率不同即可。于是，可通过定时的方法来中断产生不同的方波。可把1-8的定时初值放在一个表单内。中断模块：T0中断是为键值处理模块服务；T1中断是为音乐处理模块服务。0处理模块：在音乐处理过程中，按下0则音乐暂停，此时可如其他按键（包括音乐按键）。当再按下0键时，则最近继续的音乐中断。表单模块：TAB音符表单存放1-8的ASCII码值；FREQUENCY音符初值表单存放1-8音符的中断初值；DAT、DAT1分别存放两首歌曲相应的中断初值和节拍等信息。综上：第一种方案简易，易于实现，所用知识为数字电子技术。接下来将介绍这种方案。2.1原理图：对不同音阶的波形仿真：1音2音3音4音5音6音7音8音2.2最终设计电路考虑到通过扬声器直接播放输出信号效果不好，所以在扬声器前把信号加以放大。最终决定用以下电路进行实验。3.主要元器件介绍3.1.555芯片介绍及元器件选择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。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1555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下：【逻辑符号】【内部原理图】Vi1（TH）：高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，标志为TH。Vi2（TR）：低电平触发端，简称低触发端，标志为TR。VCO：控制电压端。VO：输出端。Dis：放电端。Rd：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。Rd是复位端，低电平有效。复位后,基本RS触发器高端为1（高电平），经反相缓冲器后，输出为0（低电平）。【逻辑功能】 RST TH TR OUT 0 X X 0 1 >2/3VCC >1/3VCC 0 1 <2/3VCC >1/3VCC 不变 1 <2/3VCC <1/3VCC 1 1 >2/3VCC <1/3VCC 1在555定时器的VCC端1/3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1/3VCC，比较器C2反相输入端接参考电压2/3VCC，为了学习方便，我们规定：当TH端的电压>1/3VCC时，写为VTH=1，当TH端的电压<2/3VCC时，写为VTH=0。当TR端的电压>2/3VCC时，写为VTR=1，当TR端的电压<1/3VCC时，写为VTR=0。①低触发：当输入电压Vi2<VCC2/3且Vi1<1/3VCC时，VTR=0，VTH=0，比较器C2输出为低电平，C1输出为高电平，基本RS触发器的输入端TH=0、TR=1，，经输出反相缓冲器后，VO＝1，T截止。这时称555定时器“低触发”；②保持：若Vi2>1/3VCC且Vi1<2/3VCC，则VTR=1，VTH=0，基本RS触发器保持，VO和T状态不变，这时称555定时器“保持”。③高触发：若Vi1>2/3VCC，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,经输出反相缓冲器后，VO＝0；T导通。这时称555定时器“高触发”。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。元器件选择：eq\o\ac(○,1)根据555多谐震荡的原理选择电阻：由上所述可知：555芯片输出端输出的频率计算公式为f=1.43/((R1+2R2)C)再由下表所列的八个音阶分别对应的频率可以令R1为一固定阻值，通过开关调节的几个串联的电阻当做R2。分别选用6个2千欧电阻，一个1千欧和一个十三千欧的电阻串联接于引脚6和引脚七。大概电路图1所示。eq\o\ac(○,2)电容选择：通过计算可以得出6引脚所需电容为0.1μF。输出端3接4.7μF电容。根据以上选择计算实际频率与真实频率对比如下： 音阶 真实频率/Hz 实际频率/Hz 1 261.6 264 2 293.7 297 3 329.6 330 4 349.2 352 5 392.0 396 6 440.0 440 7 493.9 495 i 523.3 5283.2.所需元器件清单1.万用表，镊子，剪线钳，面包板，5V电源，导线。2.集成电路NE5551片.LM3861片。3.电阻2K6个；12个；13K1个4.电容0.01uF1个；0.1uF1个4.7uF1个5.按键开关8个喇叭（0.5W）1个4.组装电路在组装电路时因当注意：1.面包板的结构，正确使用面包板；2.应当注意各个芯片的工作原理和接脚，在连接电路之前查清每个芯片实际接脚；3.了解按键开关的工原理图，正确使用按键开关。5.检验电路1．检查电路连接是否正确。根据原理检查电路连接是否正确，是否符合工作原理。查看指导书看芯片引脚功能是否理解正确。2.检验芯片是否已被损坏。换一个芯片检验。3.给电路通电，检查能否正常工作。6.结束语：课程设计的几天过去的很快，我们过的很累，但是我们过的很高兴，很兴奋。因为我们每天都过得很充实，每天都有收获。通过对简易电子琴的设计，我深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛，也明白课程设计的意义所在，它教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的分析能力、动手能力及处理问题的能力，还增强了我们的团结互助精神。在整个设计到电路设计仿真、电路的组装以及调试过程中，我们用心做好每一步，虽然总做的电子琴原理简单，电路连接不是很困难，但是每一份付出背后的成功都是值得开心的。当然，我从实训中也发现了自身的许多缺点及不足，比如做事不仔细，动手能力欠缺。此次实训中，在我没有领全器件时，芯片落在实验室时，遇到问题需要帮助时，受到了很多老师同学的帮助，在此我要感谢他们。