555简易电子琴设计报告

1、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题与想象。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.方案介绍总体框图输入按钮开关计算出固定电阻扬声器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

2、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.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（FIFO

3、RAM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

4、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。原理图:1<$T3X313Teoff* GXD对不同音阶的波形仿真1音3音4音5音6音8音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

5、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，禺，&和C是外接 定时元件，电路中将高电平触发端（

6、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）接到出，R?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,故髙电平触发端与低电平触发端均为低电平，输出uo为髙电平，放电管VT截 止。这时，电源经Rl, 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这段时问內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充二（R. + RJ Co由于放电管VT导通，电容C通过电阻

7、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，放电时间常数丁放=只2（：0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根据的波形图可以确定振荡周期为t = Tpil + rPL粘对应充电时间扁=0.7(乩+&)CTn对应放电时间rFL

8、= 0. 7&£(941)振荡周期丁 =八| 4 Tn =0.7(/?, + 2R2)C振荡频率f = i/r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o器件电源电压推荐为4512讥最大输出电流200mA以内，并能与TTL.CMOS逻辑电平相兼容。其主要参数见表。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】放 湧 控 电 但 制 V" 瞬 琥 踹 方硏 IV| R1555G1TD 追喘coF->-rAL

9、-5T<CM1555【内部原理图】%cR°Vu (TH)：髙电平触发端，简称髙触发端，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，产生和 V“两 个基准电压；两个电压比较器G、C2； 个由与非门G】、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G,Rd是复位端，低电平有效。复位后，基本RS触发器髙端为1 （高电平），经反相缓 冲器后，输出为0 （低电平）。【逻辑功能】RSTTHTROUT0XX0?1

10、>2/3VCC>1/3VCC01<2/3VCC>1/3VCC不变/1<2/3VCC<1/3VCC11>2/3VCC<1/3VCC1在555定时器的Vg端1/3和地之间加上电压，并让瓯悬空，则比较器G的同相输 入端接参考电压1 /3Vg,比较器C2反相输入端接参考电压2/3V",为了学习方便，我 们规定：当TH端的电压1/3VCC时，写为产1,当TH端的电压2/3：时，写为产0。当TR端的电压2/3%时,写为Vfl,当TR端的电压l/3Voc时,写为Vf0。 低触发:当输入电压Vi2Vcc2/3且Vh1/3V：c时，VTR=0, V=0,

11、比较器G输出为 低电平，G输出为高电平，基本RS触发器的输入端TH二0、TR=1,经输出反相缓冲器 后，V（1=l, T截止。这时称555定时器'低触发”； 保持：若Vi2>l/3Vcc且Vn<2/3VCC,则VnFl, Vn.=0,基本RS触发器保持，V。和T 状态不变，这时称555定时器“保持"。 高触发：若Vn>2/3Vcc,则VT.,=1,比较器G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,V(1=O；T导通。这时称555定时器“高触发”。%。为控制电压端，在Vc。端加入电压，可改变两比较器G、G的参考电压。正常工 作时

12、，要在Vc。和地之问接0. 01 nF (电容量标记为103)电容。放电管h的输出端Dis 为集电极开路输出。元器件选择：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=(Rl+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。电容选择：通过计算可以得出6引脚所需电容为nF。输出端3接nF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/Hz1264229733304

13、3525396k644074951528所需元器件清单1.万用表，镀子，剪线钳，面包板，5V电源，导线。2.集成电路NE555 1 片.LM3861片。3.电阻2K6个:12 个；13K1个4.电容1个；1个1个5.按键开关8个喇叭（）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