數字電子技術課程設計實習報告

1、長沙學院數 電 課 程 設 計 說 明 書題目電子節(jié)拍器設計系(部) 電子與通信工程系專 業(yè) ( 班 級 ) 電氣 2 班姓名李凱學號2011032121 指導教師陳希起止日期6 月 17 日 21 日數字電子技術課程設計任務書(15)系（部） ：電子與通信工程系專業(yè)：電氣工程及其自動化指導教師：陳希課題名稱電子節(jié)拍器設計設計內容及要求基本要求設計一個電子節(jié)拍器，要求本節(jié)拍器具有聲光顯示功能；設有2/4，3/4，4/4 三檔節(jié)拍轉換開關，音響有強弱之分。節(jié)拍速度連續(xù)可調。主要參考元器件 555：cd4017，8050，lm386設計工作量1、系統(tǒng)整體設計；2、系統(tǒng)設計及仿真；3、在 multi

2、sim 或同類型電路設計軟件中進行仿真并進行演示；4、提交一份完整的課程設計說明書，包括設計原理、 仿真分析、調試過程，參考文獻、設計總結等。進度安排起止日期（或時間量）設計內容（或預期目標）備注第一天課題介紹，答疑，收集材料第二天設計方案論證第三天進行具體設計第四天進行具體設計第五天編寫設計說明書教研室意見年月日系（部）主管領導意見年月日長沙學院課程設計鑒定表姓名李凱學號2011032121 專業(yè)電氣工程及其自動化班級電氣 2 班設計題目電子節(jié)拍器設計指導教師陳希指導教師意見：評定等級：教師簽名：日期：答辯小組意見：評定等級：答辯小組長簽名：日期：教研室意見：教研室主任簽名：日期：系（部）意

3、見：系主任簽名：日期：說明課程設計成績分“優(yōu)秀” 、 “良好” 、 “及格” 、 “不及格”四類；目錄前言. . 5 一 、設計要求及系統(tǒng)的組成. . 5 1.1 基本要求 . 5 1.2 系統(tǒng)結構組成. 6 二 、電路設計 . . 7 2.1 系統(tǒng)電路的組成及工作原理. 7 2.2 單元模塊電路設計. 8 2.2.1 脈沖產生電路 . . 8 2.2.2 節(jié)拍信號產生電路 . . 9 2.2.3 光顯示電路 . . 11 2.2.4 聲顯示電路 . . 13 三、電路焊接與調試 . . 14 3.1 實驗儀器 . 14 3.2 電路焊接 . 14 3.3 調試 . 14 3.4 實驗結果 .

4、 14 四、實驗結論及心得體會. . 15 4.1 實驗結論 . 15 4.2 心得體會 . 15 參考文獻 . . 16 前言節(jié)拍器在學習音樂中起著重要作用。主要有：1、確定樂曲的速度，有的曲子要求用某一速度進行練習，通過節(jié)拍器可以找到該速度；2、幫助對于節(jié)奏感較差的學生，改善拖拍、搶拍、節(jié)奏不穩(wěn)等現象。節(jié)拍器不僅在音樂方面起著重要的作用，而且在醫(yī)療、航空等領域都有著廣泛的應用。隨著社會文明的進步和科學技術的發(fā)展，先進的電子技術在各個近代學科門類和技術領域占有不可或缺的核心地位。在我國現代化建設的發(fā)展進程中，數字電子技術在國民經濟和科學研究各個領域的應用也越來越廣泛。因此，可以通過所學的知識

5、設計一種比較簡單及成本較低的音樂節(jié)拍器。該節(jié)拍器雖然功能有限，限制了其實用性，但其設計及制作過程的意義卻是極其重要的。通過節(jié)拍器的制作，不僅熟悉了節(jié)拍器的設計及制作過程、培養(yǎng)了我對電子的興趣，還將電子技術基礎理論與實際操作有機地聯系起來，加深了對所學理論課程的理解。同時，還提高了實際操作能力、獨立分析和解決問題的能力及創(chuàng)新能力，養(yǎng)成了嚴謹細致的工作作風和團結協(xié)作的工作態(tài)度。該方案雖然實現了課題的絕大部分內容和要求，但還有些地方不夠完善、錯誤和不妥之處，敬望讀者批評和指正。一 、設計要求及系統(tǒng)的組成1.1 基本要求要求本節(jié)拍器具有聲光顯示功能：設有2/4，3/4，4/4 三檔節(jié)拍轉換開關。音響有

6、強弱之分，節(jié)拍速度連續(xù)可調。主要參考元器件： 555，cd4017， lm386 1.2 系統(tǒng)結構組成原理框圖如圖 1.1 所示。該電子節(jié)拍器主要由節(jié)拍脈沖產生電路、節(jié)拍信號產生電路、聲音顯示電路及燈光顯示電路等組成。節(jié)拍脈沖產生電路產生周期性的脈沖信號，節(jié)拍信號產生電路產生2/4 拍、3/4 拍、4/4 拍的控制信號。發(fā)聲電路和顯示電路同步顯示節(jié)拍。圖1.1 原理框圖二 、電路設計2.1 系統(tǒng)電路的組成及工作原理總電路圖如圖 2.1 示。其工作原理為： ic1（555）接成多諧振蕩器， r12用來改變脈沖周期，即節(jié)拍速度。ic2（cd4017）為1-10循環(huán)記數器， 15端分別接入q2、q3

7、、q4端可改變計數器的模，從而控制節(jié)拍數，可用三檔開關控制。ic3（555）在ic-1、ic-2輸出波形的作用下輸出不同頻率的聲音信號，經功放放大后喇叭發(fā)出強弱的節(jié)拍聲音， 調節(jié)電位器 r4可改變音量。 紅燈顯示節(jié)拍速度，即ic-1輸出的脈沖信號；綠的顯示節(jié)拍的高音（重音），由ic-1、ic-2輸出波形共同決定。圖 2.1 電子節(jié)拍器電路2.2 單元模塊電路設計2.2.1 脈沖產生電路脈沖產生電路是后級電路的基礎，可用555 組成多諧振蕩器實現，以產生連續(xù)脈沖信號，其電路圖如圖2.2 。圖2.2 脈沖產生電路555多諧振蕩器的基本原理：當輸出端（3端）低電平時， vcc 經過r1 、r2、r3

8、 給c1充電，當電容兩端電壓充電至vc2/3vcc（觸發(fā)器電平 vt+）時，電路立即發(fā)生翻轉 , 使得3端輸出變?yōu)榈碗娖?，?v0=0。此時，電容 c1 便又通過電阻 r1 、r2 和電路內的導通管至地間放電，當電容放電至兩端電壓vc1/3vcc時，電路發(fā)生翻轉，使得輸出變?yōu)楦唠娖剑磛0=1。電路不斷重復上述過程，便形成了振蕩，在 3端產生脈沖信號。多諧振蕩器的振蕩周期為兩個暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間之和為： t=t1+t2 (式2.1) 電容充電時間為：t1=0.7(r1+r2+r3)c1 （式2.2 ）電容放電時間為：t2=0.7（r2+r3 ）c1 （式2.3 ）振蕩周期為 : t=0.7(r1

9、+2rw1)c1 （式2.4 ）其2（6）端、 3端的工作波形如圖 2.3 所示：圖2.3 工作波形圖其振蕩頻率決定拍速， 調節(jié)r3 可以改變振蕩器的振蕩頻率, 為使節(jié)拍速度不至太快或太慢 , 選擇050k的可變電阻以及 33uf的電容 , 使得振蕩器 ic1的振蕩周期在 0.5s到1.6s內可變。2.2.2 節(jié)拍信號產生電路cd4017， 是一種用途非常廣泛的十進制計數分頻器。有 3 個輸入端（mr、cp0和cp1） ，和 11個輸出端（ q0q9 及 1 個進位端 q5-9） 。cd4017 有 3 個輸（ mr、cp0 和cp1） ，mr 為清零端，當在mr 端上加高電平或正脈沖時其輸出

10、q0 為高電平，其余輸出端（ q1q9）均為低電平。cp0和cpl 是 2 個時鐘輸入端，若要用上升沿來計數，則信號由cp0端輸入；若要用下降沿來計數， 則信號由 cpl 端輸入。設置 2 個時鐘輸入端， 級聯時比較方便，可驅動更多二極管發(fā)光。cd4017 有 10 個輸出端（ q0q9）和 1 個進位輸出端 q5-9。每輸入 10個計數脈沖， q5-9 就可得到 1 個進位正脈沖，該進位輸出信號可作為下一級的時鐘信號。由此可見，當cd4017 有連續(xù)脈沖輸入時，其對應的輸出端依次變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài)，故可直接用作順序脈沖發(fā)生器。其功能表見表2.1，波形圖如圖 2.4: 表 2.1 cd4017 功

11、能表由圖2.4 cd4017波形圖cd4017很容易構成節(jié)拍信號控制電路，產生相應的分頻信號，與時鐘信號一起控制發(fā)光二極管發(fā)光和喇叭發(fā)聲，電路圖如圖2.5所示。圖2.5 節(jié)拍信號產生電路開關a、b、c可用一個三檔開關代替。14端（cp0）為脈沖輸入信號，由脈沖發(fā)生電路產生，（q1）為輸出信號。當開關 a閉合時， 4端（q2）信號反饋到15端（mr）構成模 2計數器，得到 2/4拍信號；同樣，當 b、c開關閉合時，可分別得到 3/4拍、4/拍信號。其波形圖如圖 2.6所示。圖2.6 輸入輸出波形2.2.3 光顯示電路光顯示電路用于顯示節(jié)拍狀態(tài)，紅燈指示節(jié)拍速率， 綠燈指示節(jié)拍種類， 電路圖如圖

12、2.7 所示。圖2.7 光顯示電路二極管的發(fā)光狀態(tài)由 cp和節(jié)拍控制信號共同決定，紅燈顯示節(jié)拍速度，當cp為高電平時發(fā)光；綠燈顯示節(jié)拍種類，當cp和節(jié)拍控制信號同為高電平時發(fā)光，與高音同步。晶體管可增大電流，其輸入輸出波形圖如圖2.8所示（以 2/4拍為例） 。圖2.8 光顯示電路波形2.2.4 聲顯示電路如圖2.9 所示。該發(fā)聲電路由 555構成的多諧振蕩器、 放大器及喇叭組成， 能發(fā)出間歇的高低音，從二顯示節(jié)拍。555構成的多諧振蕩器參考電壓為節(jié)拍控制信號，若用 vo表示，則 vth=vo；vtl=1/2vo。而振蕩器的頻率與 vth 、vtl 有關，故vo的高低電平決定音調的高低。同時，

13、只有cp為高電平時多諧振蕩器才能振動，從而發(fā)聲，故 cp 使喇叭間歇發(fā)聲。圖2.9 聲顯示電路放大電路可用 lm386構成，電路如圖 2.10 ，放大倍數為 av=200，音量可通過電位器調節(jié)。圖2.10 音頻放大電路三、電路焊接與調試3.1 實驗儀器直流穩(wěn)壓電源 1臺電子示波器 1臺電烙鐵 1只萬用表 1只3.2 電路焊接參照電路圖，將元件在萬能板上進行合理布局，要求美觀且方便焊接，做到心中有數。然后按照安裝原則進行合理、有序的焊接，防止虛焊、漏焊、短路以及燒壞元器件， 注意二極管及晶體管的極性， 需用導線的地方可最后連接，但需要細心，否則會加重調試的負擔?？捎萌f用表的蜂鳴或電阻檔檢查虛焊及

14、短路，方法為： 選用r1歐姆檔 （或蜂鳴檔） ，檢測虛焊故障時表筆分別觸及焊點和元件腳，若測試電阻為零（或蜂鳴器發(fā)聲），元件末虛焊；測試電阻為（或蜂鳴器不發(fā)聲），元件虛焊。檢測短路故障時表筆分別觸及二焊點，若測試電阻不為（或蜂鳴器不發(fā)聲），焊點短路；否則，焊點未短路。3.3 調試接通5v電源，發(fā)現兩發(fā)光二級管均不工作，喇叭也只發(fā)出很小且連續(xù)的聲音。用萬用表測試 ic-1 的3端電壓，發(fā)現電壓無變化，再測2（6）端，電壓也無變化，可以判定 ic-1 焊接出錯。仔細檢查發(fā)現電位器接線錯誤。修改電路后，發(fā)光二級管工作正常，但喇叭仍無好轉，調節(jié)放大器接入的電位器，結果無變化。用萬用表測 ic-3 的3

15、端，電壓有變化，可以判定是放大器焊接出錯。用萬用表檢查發(fā)現放大器電源未連接。經修改，喇叭發(fā)出嗒噠的間歇聲響，而不發(fā)出滴的聲音，加大電壓到 69v，喇叭正常發(fā)聲。最后，用示波器測示各點波形，與仿真結果相符合。3.4 實驗結果電路實物圖如圖 3.1 所示。接通 7v電源，紅燈間歇閃爍，喇叭同步發(fā)出滴嗒的聲音。當開關 a閉合時，喇叭發(fā)出滴嗒滴嗒的聲音， 當發(fā)滴的聲音時， 綠燈亮；當開關 b閉合時，喇叭發(fā)出滴嗒滴嗒的聲音，當發(fā)滴的聲音時，綠燈亮；當開關b閉合時，喇叭發(fā)出滴噠嗒滴噠嗒的聲音，當發(fā)滴的聲音時，綠燈亮；當開關c閉合時，喇叭發(fā)出滴噠嗒嗒滴噠嗒嗒的聲音，當發(fā)滴的聲音時，綠燈亮。調節(jié)脈沖產生電路的

16、電位器，節(jié)拍相應改變；調節(jié)放大電路的電位器，可改變音量大小。四、實驗結論及心得體會4.1 實驗結論通過查閱資料，確定設計方案， multisim仿真及焊接和調試電路，基本達到了預期效果，滿足課程設計要求。但由于沒有經驗，仍有一些需改進的地方。比如在實驗時，沒有三檔開關，而選擇三個單鍵開關簡單代替，導致必須長按開關才能工作，降低了實用性，簡單的解決辦法是給開關加一鎖存器。4.2 心得體會本次課程設計讓我體會到了電子在實踐中的應用，增強了對電子的熱愛，同時還加強了對所學理論的理解和應用，培養(yǎng)了團結協(xié)作、認真細致的工作精神，為今后的進一步學習和工作打下了堅實的基礎。萬能板焊接比較麻煩，只能焊接簡單的電路，可以作為焊接練習用，而不能用在實際生產中，我深刻體會到了protel制板的優(yōu)越性，應該在今后加強對制板的學習和應用。調試相比焊接更是考驗，能充分檢驗對原理的掌握情況，如果不清楚原理，將無從下手，知道原理后用萬用表甚至更簡單的工具就能排除各種故障，這需要不斷學習和不斷積累經驗。對于本次課程設計，我感覺相對比較輕松，但也發(fā)現一些同學覺得吃力，有的甚至不會用萬用表檢查電路。這說明基礎非常重要，在今后的學習中更要加強理論學習，