簡易電子琴課程設計

簡易電子琴課程設計(總22

頁)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-CompanyOne1-CAL-本頁僅作為文檔封面，使用請直接刪除課程設計任務書學生姓名：專業(yè)班級：指導教師：工作單位： 信息工程學院題目： 簡易電子琴電路的設計仿真與實現(xiàn)初始條件：可選元件：集成運算放大器LM324、電阻、電位器、電容若干，直流電源，或自備元器件?？捎脙x器：示波器，萬用表，直流穩(wěn)壓源，函數(shù)發(fā)生器要求完成的主要任務:（1）設計任務根據(jù)要求，完成對簡易電子琴電路的仿真設計、裝配與調(diào)試，鼓勵自制穩(wěn)壓電源。（2）設計要求①設計一簡易電子琴電路，按下不同琴鍵即改變RC值，能發(fā)出C調(diào)的八個基本音階，采用運算放大器構(gòu)成振蕩電路，用集成功放電路輸出。已知八個基本音階在C調(diào)時所對應的頻率如下表所列C調(diào)1234567f0/HZ264297330352396440495528選擇電路方案，完成對確定方案電路的設計。利用Proteus或Multisim仿真設計電路原理圖，確定電路元件參數(shù)、掌握電路工作原理并仿真實現(xiàn)系統(tǒng)功能。安裝調(diào)試并按規(guī)范要求格式完成課程設計報告書。選做：利用仿真軟件的PCB設計功能進行PCB設計。時間安排：前半周，完成仿真設計調(diào)試；并制作實物。后半周，硬件調(diào)試，撰寫、提交課程設計報告，進行驗收和答辯。指導教師簽名： 年月日系主任（或責任教師）簽名：目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument".模電課設概述 （1）\o"CurrentDocument"設計背景 （1）\o"CurrentDocument"設計目的及意義 （1）\o"CurrentDocument"開發(fā)環(huán)境proteus簡介 （1）\o"CurrentDocument".電路原理 ⑶\o"CurrentDocument"RC橋式振蕩電路及頻率選擇 （3）\o"CurrentDocument"振蕩條件 （4）\o"CurrentDocument".總體方案設計 ⑸\o"CurrentDocument"實驗電路設計思路 （5）\o"CurrentDocument"設計電路圖 （6）\o"CurrentDocument"實驗參數(shù)選擇 （6）\o"CurrentDocument".仿真曲線及結(jié)果分析 ⑺\o"CurrentDocument"仿真操作過程及曲線 （7）仿真結(jié)果分析……………（14）\o"CurrentDocument".實物制作及仿真、實物的差異 （15）實物制作過程和調(diào)試過程………………（15）\o"CurrentDocument"仿真、實物的差異 （16）\o"CurrentDocument".心得體會 （17）\o"CurrentDocument".元件清單 （18）\o"CurrentDocument".參考文獻 （19）1模電課設概述設計背景電子琴是一種鍵盤樂器，采用半導體集成電路，對樂音信號進行放大，通過揚聲器產(chǎn)生音響。簡易電子琴的設計方法：它采用模擬電路中的RC正弦振蕩原理。設計出的電子琴音階頻率滿足國際標準，La調(diào)頻率滿足國際標準音C調(diào)頻率440Hz。給出電路參數(shù)的選取方法和一組參考值。結(jié)果證明，用模擬電路方法制作電子琴結(jié)構(gòu)簡單，而且成本低廉。對于固定的簡單功能的實現(xiàn)，模擬電路具有結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)方便，成本低廉的優(yōu)點。在這方面，模擬電路得到廣泛的應用。模擬電路中的RC正弦波振蕩電路具有一定的選頻特性，樂聲中的各音階頻率也是以固定的聲音頻率為機理的。本文介紹基于RC正弦波振蕩電路的簡易電子琴設計方案。設計目的及意義1、培養(yǎng)學生正確的設計思想，理論聯(lián)系實際的工作作風，嚴肅認真、實事求是的科學態(tài)度和勇于探索的創(chuàng)新精神。2、鍛煉學生自學軟件的能力及分析問題、解決問題的能力。3、通過課程設計，使學生在理論計算、結(jié)構(gòu)設計、工程繪圖、查閱設計資料、標準與規(guī)范的運用和計算機應用方面的能力得到訓練和提高。4、鞏固、深化和擴展學生的理論知識與初步的專業(yè)技能。5、為今后從事電子技術領域的工程設計打好基礎基本要求。開發(fā)環(huán)境proteus簡介Proteus軟件是一款極好的單片機應用開發(fā)平臺，它以其特有的虛擬仿真技術很好地解決了單片機及其外圍電路的設計和協(xié)同仿真問題，可以在沒有單片機實際硬件的條件下，利用PC以虛擬仿真方式實現(xiàn)單片機系統(tǒng)的軟、硬件同步仿真調(diào)試，使單片機應用系統(tǒng)設計變得簡單容易。Proteus軟件涵蓋了PIC、AVR、MCS8051、68HC11、ARM等微處理器模型，以及多種常用電子元器件，包括74系列、CMOS4000系列集成電路、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、鍵盤、LCD顯示器、LED顯示器，還提供示波器、邏輯分析儀、通信終端、電壓/電流表、I2C/SPI終端等各種虛擬儀表，這些都可以直接用于仿真設計，極大地提高了設計效率和設計水平。Proteus由ISIS和ARES兩個軟件構(gòu)成，其中ISIS是一款便捷的電子系統(tǒng)仿真平臺軟件，ARES是一款高級的布線編輯器，它集成了高級原理布線圖、混合模式SPICE電路仿真、PCB設計以及自動布線來實現(xiàn)一個完整的電子設計。PROTEUS有兩種截然不同的仿真方式：交互式仿真和基于圖表的仿真。其中交互式仿真可實時觀測電路的輸出，因此可用于檢驗設計的電路是否能正常工作。而基于圖表的仿真能夠在仿真過程中放大一些特別的部分，進行一些細節(jié)上的分析，因此基于圖表的仿真可用于研究電路的工作狀態(tài)和進行細節(jié)的測量。Proteus提供了豐富的資源 （1）Proteus可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，有30多個元件庫。（2）Proteus可提供的仿真儀表資源：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器、信號發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表。理論上同一種儀器可以在一個電路中隨意的調(diào)用。（3）除了現(xiàn)實存在的儀器外，Proteus還提供了一個圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來，其作用與示波器相似，但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀器對測量結(jié)果的影響。（4）Proteus可提供的調(diào)試手段Proteus提供了比較豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號。2電路原理RC橋式振蕩電路及頻率選擇

圖圖RC橋式振蕩電路可以選出特定頻率的信號。具體實現(xiàn)過程的關鍵是RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡。經(jīng)過推導可以得到如下結(jié)論：①=-arctgf即當f=時，輸出電壓的幅值最大，并且輸出電壓是輸入電壓的，同時輸出02兀RC 3電壓與輸出電壓同相。通過該RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡，可以選出頻率穩(wěn)定的正弦波信號，也可以通過改變R、C的值，選出不同頻率的信號。本實驗通過改變電阻的值來改變選頻網(wǎng)絡選出的頻率，從而得到不同頻率的信號，進而通過音頻輸出設備輸出不同頻率的聲音。振蕩條件自激振蕩條件

基本旅大器A?反饌網(wǎng)絡基本旅大器A?反饌網(wǎng)絡F?含外加信號的止：弦波振蕩電路圖上圖所示為含外加信號的正弦波振蕩電路，其中A，F(xiàn)分別為放大器回路和反饋網(wǎng)絡的放大系數(shù)。圖中若去施，由于反饋信號的補償作用，仍有信號輸出。菖一，可得自激振蕩電路。自激振蕩必須滿足以下條件:1振幅條件：|A?F\=12.相位調(diào)節(jié)：3+p=2n兀，neZAF起振條件自激振蕩的初始信號一般較小，為了得到較大強度的穩(wěn)定波形，起振條件需滿足|AF|>L在輸出穩(wěn)定頻率的波形前，信號經(jīng)過了選頻和放大兩個階段。具體來說，是對于選定的頻率進行不斷放大，非選定頻率的信號進行不斷衰減，結(jié)果就是得到特定頻率的穩(wěn)定波形。3總體方案設計實驗電路設計思路簡易電子琴由RC選頻網(wǎng)絡、集成運算放大器、節(jié)拍信號發(fā)生器組成。其框圖如圖下所示。

圖實驗設計思路電路其核心是集成運算放大器構(gòu)成RC正弦波振蕩器，實驗板上提供了8個音節(jié)電阻和電容（C串二C并二口f固定）構(gòu)成RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡,分別取不同的電阻值（通過琴鍵開關接通RC串并聯(lián)網(wǎng)絡的8對電阻）使振蕩器產(chǎn)生八個音階信號。最后，通過揚聲器發(fā)出樂音。設計電路圖圖簡易電子琴仿真電路上圖即為簡易電子琴仿真電路圖，8個開關對應著電子琴8個音階琴鍵，使用時閉合不同的開關可以發(fā)出不同的聲音。電路中的運算放大器芯片LM324工作電壓要求是±5V,其中引腳4接+5V,引腳11接-5V。

實驗參數(shù)選擇選頻網(wǎng)絡的頻率推導公式其中R1實驗參數(shù)選擇選頻網(wǎng)絡的頻率推導公式其中R1為圖中的固定電阻電阻。f二 ，02rC〈RR12R4,R2為圖中需要調(diào)節(jié)阻值的8個表1C調(diào)八音階對應的基本頻率唱名douruaimifasoulaxidou(S)頻率264297330352396440495528經(jīng)過推導得到仿真原理圖中R5二，R6=，R7=，R8=，R9=，R10=，R11=，R12=。單位:（千歐）4仿真曲線及結(jié)果分析仿真操作過程及曲線PxjililQnSourcePositiminvBflClhllilielContaiCliaiiiielBChanndDRmi加n杯RraiionACIn^arlA￡[=DGbNU[BCDPxjililQnSourcePositiminvBflClhllilielContaiCliaiiiielBChanndDRmi加n杯RraiionACIn^arlA￡[=DGbNU[BCDOte-5hot^J■CurMFS^|圖低音dou的仿真曲線C調(diào)低音dou的仿真曲線如上圖所示。點擊“運行”，再閉合開關SW0將所有電阻串聯(lián)進電路，然后將調(diào)節(jié)示波器掃描頻率到檔，在示波器上就得到上圖中的曲線，其頻率約等于264Hz。ChaimdC圖音調(diào)ruai的仿真曲線圖IC調(diào)ruai音的仿真曲線如上圖所示。點擊“運行”，再閉合開關SW1,保持示波器的掃描頻率在檔，在示波器上就得到上圖中的曲線，其頻率約等于ChaimdC圖音調(diào)ruai的仿真曲線圖IC調(diào)ruai音的仿真曲線如上圖所示。點擊“運行”，再閉合開關SW1,保持示波器的掃描頻率在檔，在示波器上就得到上圖中的曲線，其頻率約等于297Hz。C調(diào)ruai音的仿真曲線如上圖所示。點擊“運行”，再閉合開關SW1,保持示波器的掃描頻率在檔，在示波器上就得到上圖中的曲線，其頻率約等于297Hz。0-he-ShctChannelcPetitionChannelBChannalDrostion0-he-ShctChannelcPetitionChannelBChannalDrostion圖音調(diào)mi音的仿真曲線C調(diào)mi音的仿真曲線如上圖所示。點擊“運行”，再閉合開關SW2,保持示波器的掃描頻率在檔，在示波器上就得到上圖中的曲線，其頻率約等于330Hz。

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AulOrw-ShctCursorsSourceBCD皿I圖音調(diào)Cliaim4lCD

AulOrw-ShctCursorsSourceBCD皿I圖音調(diào)fa音的仿真曲線C調(diào)fa音的仿真曲線如上圖所示。點擊“運行”，再閉合開關SW3,保持示波器的掃描頻率在檔，在示波器上就得到上圖中的曲線，其頻率約等于352Hz。

圖音調(diào)sou音的仿真曲線-1回_OTkwXflCh3iinelC圖音調(diào)sou音的仿真曲線-1回_OTkwXflCh3iinelCIm-C調(diào)sou音的仿真曲線如上圖所示。點擊“運行”，再合上開關SW4,保持示波器的掃描頻率在檔，在示波器上就得到上圖中的曲線，其頻率約等于396Hz。一早IiiiiF圖音調(diào)la音的仿真曲線一早IiiiiF圖音調(diào)la音的仿真曲線C調(diào)la音的仿真曲線如上圖所示。點擊“運行”，再合上開關SW5,保持示波器的掃描頻率在檔，在示波器上就得到上圖中的曲線，其頻率約等于440Hz。BCDIW圖音調(diào)xi音的仿真曲線On&-5lictCursorsJCliaiiii&lRPaailionClianndD保持示波器的保持示波器的C調(diào)xi音的仿真曲線如上圖所示。點擊“運行”，再合上開關SW6,掃描頻率在檔，在示波器上就得到上圖中的曲線，其頻率約等于495Hz。ChannelClMiiiielC111!：圖高音dou的仿真曲線C調(diào)高音dou的仿真曲線如上圖所示。點擊“運行”，再合上開關SW7,保持示波器的掃描頻率在檔，在示波器上就得到上圖中的曲線，其頻率約等于528Hz。仿真結(jié)果分析本實驗先是利用RC振蕩電路起振，產(chǎn)生正弦波信號，然后通過RC選頻網(wǎng)絡進行選頻，最后經(jīng)過LM324放大后輸出到音頻設備及得到不同頻率的聲音。本實驗仿真得到的波形為方波（觀察示波器輸出波形可知），并且在零刻度線的上下部分是對稱的。當開關從R12到R5依次閉合時，串聯(lián)進電路中的電阻依次減小，因此有公式：f= 0 2kCJR1R2可得，振蕩電路產(chǎn)生的信號的頻率依次增大，選出的信號的頻率也依次增大。

5實物制作及仿真、實物的差異實物制作過程和調(diào)試過程在理論分析和軟件仿真的基礎上，我們按設計的電路圖進行了實物的焊接和調(diào)試。由于電阻的阻值大小不是常用的阻值，所以我們進行了拼湊使其與設計時的阻值近似相等。同時為了美觀，我們將設計的電阻都分成三個電阻的組合。圖實物焊接圖（正面）

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