電子節(jié)拍器論文

課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書課程設(shè)計(jì)名稱：數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目電子節(jié)拍器學(xué)院名稱：專業(yè)：班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：評(píng)分：教師：20年月日電子節(jié)拍器摘要電子節(jié)拍器，英文名：digitalmetronome,是一種能在各種速度中發(fā)出一種穩(wěn)定節(jié)拍的電動(dòng)或電子裝置，作為一種節(jié)奏性樂(lè)器使用.隨著科技的進(jìn)步由現(xiàn)代半導(dǎo)體和集成電路組成的節(jié)拍器小巧靈便，具有應(yīng)用范圍廣、節(jié)拍可調(diào)、聲音悅耳、成本低、容易自制、調(diào)試簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。本次課題設(shè)計(jì)的目的是：設(shè)計(jì)一個(gè)電子節(jié)拍器的邏輯電路，要求該節(jié)拍器具有聲光顯示功能：設(shè)有2/4,3/4,4/4三檔節(jié)拍轉(zhuǎn)換開關(guān)，音響有強(qiáng)弱之分，節(jié)拍速度連續(xù)可調(diào)。該邏輯電路是用555做一個(gè)音頻振蕩器產(chǎn)生信號(hào)傳至CD4017，后連接發(fā)光二極管、二極管以及電阻，其中電阻的阻值不同，由二極管控制電阻接入。555產(chǎn)生的信號(hào)給CD4017做時(shí)鐘，CD4017輸出用電容耦合到前一個(gè)555的控制端4端，這個(gè)電容大小要使555產(chǎn)生短時(shí)振蕩，也就是“嗒”的一聲。CD4017輸出在2、3、4各接一個(gè)開關(guān)，選擇2/4、3/4、4/4的轉(zhuǎn)換到CD4017復(fù)位端，同時(shí)對(duì)前555的電阻接入控制。使在2、3、4拍時(shí)555頻率發(fā)生變化，產(chǎn)生“啪”的聲音。關(guān)鍵字:脈沖信號(hào)、節(jié)拍、CD4017電子節(jié)拍器目錄TOC\o"1-5"\h\z前言3\o"CurrentDocument"第一章設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求4\o"CurrentDocument"第二章系統(tǒng)的組成及工作原理…4\o"CurrentDocument"2.1系統(tǒng)的組成42.2工作原理4\o"CurrentDocument"第三章電路方案設(shè)計(jì)5\o"CurrentDocument"3.1方案一5\o"CurrentDocument"3.2方案二83.3方案比較\o"CurrentDocument"第四章實(shí)驗(yàn)調(diào)試及測(cè)試結(jié)果與分析12結(jié)論14參考文獻(xiàn)16附錄一17附錄二18、3、?

刖言隨著社會(huì)的發(fā)展科學(xué)技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)踐領(lǐng)域中發(fā)揮著日趨重要的作用。尤其是二戰(zhàn)以后,科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)為社會(huì)的加速發(fā)展注入了強(qiáng)勁的動(dòng)力.隨著科學(xué)技術(shù)在世界范圍內(nèi)的快速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)在社會(huì)發(fā)展中的作用日益明顯。作為二十一世紀(jì)的大學(xué)生，要堅(jiān)持代表先進(jìn)社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展要求，不僅要熟練的掌握科技理論知識(shí)而且要巧妙的將理論與實(shí)踐結(jié)合起來(lái)應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活中。電子課程設(shè)計(jì)是一個(gè)很好的鍛煉平臺(tái)。本次課程設(shè)計(jì)主要的目的是設(shè)計(jì)一個(gè)電子節(jié)拍器的電路圖，以此檢驗(yàn)學(xué)生的理論結(jié)合實(shí)際的能力以及分析和處理問(wèn)題的能力，是鍛煉自學(xué)能力的一個(gè)重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。通過(guò)這樣的教學(xué)方式，是對(duì)學(xué)生的理論及實(shí)踐水平的一次較為全面的檢查，同時(shí)也增強(qiáng)了學(xué)生各方面的能力，使學(xué)生對(duì)電子的理解不再是停留在紙上談兵，而是真正的從用途、實(shí)際需要、客觀理解的方面更好的體會(huì)電子學(xué)。電子節(jié)拍器廣泛應(yīng)用在電子琴、鋼琴、臨床心電圖等各個(gè)領(lǐng)域中。電子節(jié)拍器的性能越來(lái)越優(yōu)越，如穩(wěn)定的等值性，足夠的速度范圍，速度可變，調(diào)節(jié)方便、準(zhǔn)確。第一章設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求【基本要求】要求本節(jié)拍器具有聲光顯示功能：設(shè)有2/4,3/4,4/4三檔節(jié)拍轉(zhuǎn)換開關(guān)，音響有強(qiáng)弱之分。節(jié)拍速度連續(xù)可調(diào)。第二章系統(tǒng)的組成及工作原理2.1系統(tǒng)的組成本設(shè)計(jì)電路主要由四部分組成，分別是：脈沖產(chǎn)生電路、節(jié)拍信號(hào)產(chǎn)生電路、燈光顯示電路和發(fā)聲電路。節(jié)拍信號(hào)產(chǎn)生電路：以脈沖信號(hào)作為輸入信號(hào)產(chǎn)生節(jié)拍信號(hào)。燈光顯示電路：燈光使用節(jié)拍信號(hào)控制。發(fā)聲電路：利用功率較大的放大電路來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)生器，繼而通過(guò)蜂鳴器產(chǎn)聲音。設(shè)計(jì)參考原理框圖如圖2-1所示:圖2-1系統(tǒng)組成框圖首先由振蕩電路產(chǎn)生一系列的脈沖信號(hào)，傳全脈沖信號(hào)接收電路，通過(guò)接收脈沖信號(hào)電路對(duì)這一脈沖進(jìn)行一系列的轉(zhuǎn)換，使其能夠產(chǎn)生不同的節(jié)拍，再將這些轉(zhuǎn)換的脈沖信號(hào)傳至蜂鳴器，使其能夠發(fā)出不同的節(jié)拍來(lái)，同時(shí)連接四個(gè)發(fā)光二極管，以達(dá)到有燈光隨節(jié)拍閃亮的效果。第三章電路方案設(shè)計(jì)3.1方案一系統(tǒng)方案1電路圖如圖3-1所示：IC2C9圖3-1系統(tǒng)方案1IC2C9圖3-1系統(tǒng)方案1非門IC2A、IC2B、RPl、C3等組成多諧振蕩器作為速度發(fā)生器。其振蕩頻率主要由RPl、R3、C3決定，調(diào)節(jié)RP1可以使拍子在每分鐘3O至240次的范圍內(nèi)變化。速度發(fā)生器的輸出脈沖傳至ICl的時(shí)鐘輸入端CLK作為時(shí)鐘信號(hào)。經(jīng)IC2C反相后傳至C4、R4組成的微分電路輸出負(fù)向尖脈沖，并由IC2D整形反相輸出脈寬約O.1秒的脈沖信號(hào)作為音調(diào)發(fā)生器的門控信號(hào)，同時(shí)經(jīng)IC2E反相后由發(fā)光二極管VD2作節(jié)拍的發(fā)光指示。速度發(fā)生器電路圖如圖3-2所示：

1C2CD4岫圖3-2速度發(fā)生器電路圖音頻發(fā)生器包括高音和低音兩部分，由IC3A、IC3B、R7、C5等組成高音發(fā)聲器輸出頻率約為1000Hz。由IC3C、IC3D、R9、C6等組成低音發(fā)聲器、輸出頻率約為500Hz。兩個(gè)音調(diào)發(fā)生器還受來(lái)自節(jié)拍控制器脈沖信號(hào)的控制，使它們交替工作輸出所需的節(jié)拍，壓電片B作為節(jié)拍信號(hào)的輸出端。音頻發(fā)生器電路如圖3-3所示：圖3-3音頻發(fā)生器電路圖節(jié)拍控制器由ICl、VDl、S2、C2、R1等組成。其中ICl為十進(jìn)制計(jì)數(shù)器/脈沖分配器CD4017,其十個(gè)輸出端QO-Q9只有一個(gè)輸出高電平，復(fù)位狀態(tài)下QO輸出高電平，在CLK端輸入第一個(gè)脈沖后Q1輸出高電平，輸入第二個(gè)脈沖后Q2輸出高電平，以此類推。輸入十個(gè)脈沖后電路又恢復(fù)到初始狀態(tài)。如果把某個(gè)輸出端通過(guò)二極管VD1接到復(fù)位端RST，則當(dāng)該輸出端為高電平時(shí)電路即提前進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，我們正是利用這一特點(diǎn)把VD1通過(guò)開關(guān)S2接在不同的輸出端上形成不同的節(jié)拍輸出。C2、R1組成開機(jī)復(fù)位電路。節(jié)拍控制器電路如圖3-4所示。下面以3/4拍為例說(shuō)明電路的工作原理：以Q0輸出作為重音控制。在復(fù)位狀態(tài)Q0輸出高電平，與門IC3B打開、高音發(fā)生器在IC2D輸出的閘門信號(hào)控制下發(fā)出一聲重音；而此時(shí)Q0輸出的高電平被IC2F反相后輸出低電平使與門IC3D關(guān)閉，低音發(fā)聲器不工作。CLK端輸入第一個(gè)脈沖后Q0輸出低電平，這時(shí)與門IC3B關(guān)閉、IC3D打開，高音發(fā)聲器不工作、低音發(fā)聲器發(fā)出一聲弱音，同樣當(dāng)輸入第二個(gè)脈沖后也只有低音發(fā)聲器工作發(fā)出一聲弱音。輸入第四個(gè)脈沖后Q3輸出高電平、通過(guò)VDl又使IC1的RST端為高電平，ICl迅速進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。如此周而復(fù)始，便可發(fā)出一強(qiáng)兩弱的節(jié)拍聲。2/4、4/4拍的工作原理可以此類推。圖3-4節(jié)拍控制器電路圖3.2方案二系統(tǒng)方案2電路圖如圖3-5所示:系統(tǒng)方案2電路圖圖3-5系統(tǒng)方案2電路圖如圖3-5所示:系統(tǒng)方案2電路圖圖3-5電路通過(guò)555自激振蕩產(chǎn)生方波輸出，其頻率范圍為570Hz-2800Hz,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器可以使拍子在每分鐘34至170次的范圍內(nèi)變化。脈沖產(chǎn)生電路電路如圖3-6所示。

電路通過(guò)555自激振蕩產(chǎn)生方波輸出，圖3-6脈沖產(chǎn)生電路圖節(jié)拍控制器由CD4017、C4、R11等組成。其中脈沖分配器CD4O17，其十個(gè)輸出端QO-Q9只有一個(gè)輸出高電平，復(fù)位狀態(tài)下QO輸出高電平，在CP0端輸入第一個(gè)脈沖后Q1輸出高電平，輸入第二個(gè)脈沖后Q2輸出高電平，以此類推。輸入十個(gè)脈沖后電路又恢復(fù)到初始狀態(tài)。如果把某個(gè)輸出端接到復(fù)位端MR，則當(dāng)該輸出端為高電平時(shí)電路即提前進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，我們正是利用這一特點(diǎn)通過(guò)開關(guān)接在不同的輸出端上形成不同的節(jié)拍輸出。C4、R11組成開機(jī)復(fù)位電路。節(jié)拍控制電路電路如圖3-7所示：圖3-7節(jié)拍控制電路電子節(jié)拍器聲音控制電路電路如圖3-8所示，當(dāng)Q0、Q2、Q4、Q6其中一路輸出高電平時(shí)，通過(guò)與其相連接的發(fā)光二極管再過(guò)R3連接到地從而同步發(fā)光顯示，另外通過(guò)二極管與電阻相連，由于R7=100。與其他R4=R5=R6=51K。不相同，所以當(dāng)Q0輸出高電平時(shí)，聲音控制信號(hào)輸出的電流將大一些，發(fā)出重音，區(qū)別于其他低音信號(hào)。聲音控制信號(hào)輸出以后通過(guò)三級(jí)管放大電路對(duì)其進(jìn)行放大，再輸出到蜂鳴器進(jìn)行發(fā)聲。下面以2/4拍為例說(shuō)明電路的工作原理：在復(fù)位狀態(tài)Q0輸出高電平，通過(guò)R7電路發(fā)出一重音，LED4燈亮，R4、R5、R6中無(wú)電流通過(guò)。CP0端輸入第一個(gè)脈沖后QO輸出低電平Q1輸出高電平，電路沒有輸出。輸入第二個(gè)脈沖后Q2輸出高電平，通過(guò)R6電路發(fā)出一低音，LED3燈亮，R4、R5、R7中無(wú)電流通過(guò)。輸入第三個(gè)脈沖后Q3輸出高電平，電路沒有輸出。輸入第四個(gè)脈沖后，Q4輸出高電平，通過(guò)開關(guān)又使MR端為高電平，脈沖分配器迅速進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。如此周而復(fù)始，便可發(fā)出一強(qiáng)一弱的節(jié)拍聲，3/4、4/4拍的工作原理可以此位狀態(tài)。如此周而復(fù)始，便可發(fā)出一強(qiáng)一弱的節(jié)拍聲，3/4、4/4拍的工作原理可以此類推。1HH62EWH62D21BHH2D31HH62EWH62D21BHH2D31BH62圖3-8聲音控制電路3.3方案比較通過(guò)仿真軟件Multisim進(jìn)行仿真知，方案一和方案二均可行，都能顯示聲光，音響有強(qiáng)有弱，可轉(zhuǎn)換節(jié)拍且節(jié)拍速度連續(xù)可調(diào)。方案一的特點(diǎn)是：電路比較復(fù)雜，使用多個(gè)與非門及其他芯片，實(shí)際連電路比較繁瑣，過(guò)程中使用的導(dǎo)線比較多。最重要的是該電路蜂鳴器發(fā)出的聲音較小，效果不佳。方案二的特點(diǎn)是：電路比較穩(wěn)定，各部分功能比較明朗化，使用的元器件比較少，效果相對(duì)較好。綜上考慮采用方案二。第四章實(shí)驗(yàn)調(diào)試及測(cè)試結(jié)果與分析4.1調(diào)試（1）設(shè)計(jì)完電路領(lǐng)到元器件后，開始準(zhǔn)備連接電路。由于本次課程設(shè)計(jì)是兩個(gè)同學(xué)一組，為確保兩位同學(xué)都動(dòng)手操作，作者與同組同學(xué)分工一人連接一半的電路，各自檢查無(wú)明顯錯(cuò)誤后再將兩部分電路連接起來(lái)。為了在連線時(shí)不發(fā)生故障，作者與同組人遵循了以下原則：在接線之前斷開所有的電源，檢查所需芯片和導(dǎo)線是否完好，參照電路圖，先把芯片插座在電路板上進(jìn)行布局，然后合理、有序的連接電路。（2）連接完電路后，接通電源，發(fā)現(xiàn)節(jié)拍的速度非常快以全現(xiàn)象不明顯以及蜂鳴器發(fā)出的聲音太弱。作者先檢查了電路的連線以確保接觸良好，結(jié)果無(wú)明顯變化。接著調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，慢慢調(diào)大電阻的阻值發(fā)現(xiàn)節(jié)拍的速度逐漸慢下來(lái)，此時(shí)現(xiàn)象比較清晰。由此同時(shí)也可以得出振動(dòng)頻率與電阻成反比。然后作者更換了靠近二極管的電容的大小，將小電容換成了較大的電容，此時(shí)聽見了蜂鳴器發(fā)出的清晰的聲音。4.2測(cè)試結(jié)果與分析（1）將導(dǎo)線開關(guān)連在2/4拍，接通電源開關(guān)，蜂鳴器發(fā)出“強(qiáng)弱強(qiáng)弱”的節(jié)奏聲，發(fā)光二極管D4和D3也隨著節(jié)拍聲交替發(fā)光，發(fā)出強(qiáng)音時(shí)D4亮，發(fā)出弱音時(shí)D3亮。分析：“強(qiáng)弱強(qiáng)弱”的節(jié)奏聲正是2/4拍的節(jié)奏，說(shuō)明電子節(jié)拍器能夠正常發(fā)聲和發(fā)光。（2）將導(dǎo)線開關(guān)連在3/4拍，蜂鳴器發(fā)出“強(qiáng)弱弱強(qiáng)弱弱”的節(jié)奏聲，發(fā)光二極管D4、D3和D2也隨著節(jié)拍聲交替發(fā)光，發(fā)出強(qiáng)音時(shí)D4亮，發(fā)出第一聲弱音時(shí)D3亮，發(fā)出第二聲弱音時(shí)D2亮。分析：“強(qiáng)弱弱強(qiáng)弱弱”的節(jié)奏聲正是3/4拍的節(jié)奏，說(shuō)明電子節(jié)拍器能夠正常發(fā)聲和發(fā)光。（3）將導(dǎo)線開關(guān)連在4/4拍，蜂鳴器發(fā)出“強(qiáng)弱弱弱強(qiáng)弱弱弱”的節(jié)奏聲，發(fā)光二極管D4、D3、D2和D1也隨著節(jié)拍聲交替發(fā)光，發(fā)出強(qiáng)音時(shí)D4亮，發(fā)出第一聲弱音時(shí)D3亮，發(fā)出第二聲弱音時(shí)D2亮，發(fā)出第三聲弱音時(shí)D1亮。分析：“強(qiáng)弱弱弱強(qiáng)弱弱弱”的節(jié)奏聲正是4/4拍的節(jié)奏，說(shuō)明電子節(jié)拍器能夠正常發(fā)聲和發(fā)光。（4）調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器可以改變節(jié)拍聲節(jié)奏的快慢和發(fā)光二極管閃爍節(jié)奏的快慢，所以判定制作的電子節(jié)拍器的節(jié)拍速度連續(xù)可調(diào)。以上測(cè)試結(jié)果表明該設(shè)計(jì)電路符合設(shè)計(jì)要求。電結(jié)論器數(shù)字邏輯是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的基礎(chǔ)課程，也是一門綜合性的技術(shù)型基礎(chǔ)學(xué)科，它融合了數(shù)學(xué)、物理學(xué)、電子學(xué)等方面的知識(shí)。不僅需要熟練的掌握理論知識(shí)更需要較強(qiáng)的分析能力。絕大部分的理論知識(shí)只有通過(guò)實(shí)際實(shí)踐加以應(yīng)用才能加深理解并真正掌握。實(shí)驗(yàn)就是使學(xué)生加深理解所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，掌握各類元器件的使用方法及操作環(huán)境，熟識(shí)電路的工作原理。不僅增強(qiáng)同學(xué)的理解和分析應(yīng)用能力，同時(shí)可以通過(guò)基本實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練與分析能力的訓(xùn)練增強(qiáng)實(shí)際動(dòng)手操作能力，使同學(xué)具有獨(dú)立分析與完成項(xiàng)目的能力，對(duì)各門知識(shí)得到融會(huì)貫通的認(rèn)識(shí)和掌握，加深對(duì)理論知識(shí)的理解。必須堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)際的思想，以實(shí)踐證實(shí)理論，從實(shí)踐中加深對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握。實(shí)驗(yàn)是我們快速認(rèn)識(shí)和掌握理論知識(shí)的一條重要途徑。本次課程設(shè)計(jì)其目的是：設(shè)計(jì)一個(gè)電子節(jié)拍器的邏輯電路，要求該節(jié)拍器具有聲光顯示功能：設(shè)有2/4,3/4,4/4三檔節(jié)拍轉(zhuǎn)換開關(guān)，音響有強(qiáng)弱之分，節(jié)拍速度連續(xù)可調(diào)。經(jīng)過(guò)綜合分析與實(shí)踐，方案二的邏輯電路符合設(shè)計(jì)要求并且實(shí)驗(yàn)效果比較理想。盡管在調(diào)試時(shí)出現(xiàn)了一些小故障但最終圓滿解決。此次課程設(shè)計(jì)不僅培養(yǎng)了學(xué)生的分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，還加強(qiáng)了動(dòng)手能力。于此同時(shí)增強(qiáng)了同學(xué)的團(tuán)隊(duì)合作精神，對(duì)以后踏入社會(huì)奠定了一定的基礎(chǔ)。王毓銀.《數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)（脈沖與數(shù)字電路第三版）》.高等教育出版社.1999康華光.《電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第四版）》.高等教育出版社.1987吳漢清.《實(shí)用制作一一電子節(jié)拍器》.電子制作2003年第10期曹漢房.《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》.電子工業(yè)出版社.2007年7月[日]湯山俊夫，彭軍（譯）《數(shù)字電路設(shè)計(jì)與制作》.科學(xué)出版