模拟电子技术课程设计——简易电子琴

1、课 程 设 计设计题目：设计题目： 简易电子琴简易电子琴 系别：系别： 自控系自控系 班级：班级： 测控本测控本 091091 班班 学号：学号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： 职称：职称： 讲讲 师师 起止日期：起止日期：20112011 年年 5 5 月月 9 9 日起日起20112011 年年 5 5 月月 1515日止日止简易电子琴II 课程设计任务书课程设计任务书课程设计题目：简易电子琴课程设计题目：简易电子琴系系 别别 自自 控控 系系 班级班级 简易电子琴III学生姓名学生姓名 学号学号 2323指导教师指导教师 职称职称 讲讲 师师课程设计进行地点：课程设计进行地

2、点：F101F101任务下达时间：任务下达时间：20112011 年年 5 5 月月 9 9 日日起止日期：起止日期：20112011 年年 5 5 月月 9 9 日起日起20112011 年年 5 5 月月 1515 日止日止教研室主任教研室主任 20112011 年年 5 5 月月 9 9 日批准日批准简易电子琴IV简易电子琴简易电子琴1 设计过程及论文的基本要求设计过程及论文的基本要求1.1 设计过程的基本要求：（1）基本部分必须完成，发挥部分可以在已给的范围或自己寻找资料的范围内任选；（2）符合要求的设计报告一份，其中包括逻辑电路图、实际接线图各一份；（3）设计题目必须仿真通过，设计过

3、程的资料草稿上交；（4）考勤情况、每天任务的完成情况、上机情况、答辩情况。1.2 课程设计论文的基本要求：（1）蓝黑色或黑色钢笔或碳素笔书写，不允许用圆珠笔。项目齐全、字迹工整，有条件的可以打印。（2）装订顺序：封面、任务书、成绩评定表、中文摘要、关键词、目录、正文（正文的具体要求按老师讲课要求） 、总结及致谢、参考文献、附录（逻辑电路图与实际接线图） 。1.3 时间进度安排顺序阶段日期计划 完成 内容备注12011.5.9讲解主要设计内容，学生根据任务书做出原始框图打分22011.5.10检查框图及初步原理图完成情况，讲解及纠正错误打分32011.5.11检查逻辑图并指出错误及纠正；讲解接线

4、图绘制及报告书写打分42011.5.12继续修正逻辑图，指导接线图绘制方法，布置答辩打分52011.5.13答辩、写报告打分简易电子琴V沈沈 阳阳 工工 程程 学学 院院 模拟电子技术模拟电子技术 课程设计成绩评定表课程设计成绩评定表系（部）：系（部）： 自控系自控系 班级：班级： 学生姓名：学生姓名： 指指 导导 教教 师师 评评 审审 意意 见见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分调研论证能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。0.15432工作能力态度工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作。0.25432工作量按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱

5、满，难度适宜。0.25432说明书的 质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.55432 指导教师评审成绩指导教师评审成绩（加权分合计乘以（加权分合计乘以 1212） 分分加权分合计加权分合计指指 导导 教教 师师 签签 名：名： 年年 月月 日日评评 阅阅 教教 师师 评评 审审 意意 见见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分查阅文献查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力。0.25432工作量工作量饱满，难度适中。0.55432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一

6、，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.35432评阅教师评审成绩评阅教师评审成绩（加权分合计乘以（加权分合计乘以 8 8） 分分加权分合计加权分合计评评 阅阅 教教 师师 签签 名：名： 年年 月月 日日课课 程程 设设 计计 总总 评评 成成 绩绩 分分简易电子琴VI摘要摘要在社会日益发达的今天，人们的物质生活得到了显著提高。为了使生活更加健康、平衡，人们开始追求精神上的享受。音乐恰好提供了一个非常好的选择，也逐渐成为我们生活中很重要的一部分，有人曾说喜欢音乐的人不会向恶。我们也都会抽空欣赏世界名曲，作为精神的洗礼。说到音乐，就会想到使用简单的电子琴。电子琴是现代电子科技与音乐结合的产物，

7、也是一种比较新型的乐器。在现代音乐中，电子琴扮演着比较重要的角色。由于电子琴使用简单，因此深受广大音乐爱好者推崇。目前市场上的电子琴种类繁多,功能也是越来越完善，这些电子琴大都采用集成电路设计。我组成员准备采用 RC 振荡电路作为核心的音阶获得装置，设计出一款简易电子琴，下面将会介绍我组成员制作电子琴的方法。一首歌是由不同的音符组成的，而每个音符对应着不同的频率。这样我们就可以利用不同的频率组合，构成我们所想要的音乐了。首先要找到七个基本音阶对应的频率，最后预期的结果是通过改变开关的键入，使用模拟仪器对输出信号进行测试，达到要求。通过讨论，我组设计的简易电子琴一共包括四个主要部分：RC 振荡电

8、路部分、信号放大部分、电压控制部分、功率放大部分。关键词关键词： RC 正弦波振荡电路 集成运算放大器 二级管 功率放大器简易电子琴VII目录目录课程设计任务书课程设计任务书 .IIII简易电子琴简易电子琴 .IIIIII1 设计过程及论文的基本要求 .III模拟电子技术模拟电子技术 课程设计成绩评定表课程设计成绩评定表 .IVIV摘要摘要 .V V1 1 设计任务描述设计任务描述 .1 11.1 设计题目：简易电子琴 .11.2 设计要求： .12 2 设计思路设计思路 .2 23 3 设计方框图设计方框图 .3 34 4 各部分电路设计及参数计算各部分电路设计及参数计算 .4 44.1 各

9、部分电路设计 .44.1.1 RC 桥式振荡电路 .44.1.2 电压控制器 .54.1.3 功率放大器 .64.2 各部分参数计算 .64.2.1 RC 桥式振荡电路 .64.2.2 电压放大器的参数计算： .95 5 电子琴工作过程分析及其图像电子琴工作过程分析及其图像 .10105.1 简易电子琴的总电路图 .105.2 电路图的工作过程分析 .105.2.1 各种不同音阶频率的获得 .105.2.2 频率信号的初步放大 .195.2.3 音阶音量大小的控制 .196 6 元器件清单元器件清单 .20207 7 主要元器件介绍主要元器件介绍 .2121小结小结 .2222致谢致谢 .23

10、23参考文献参考文献 .2424附录附录 A1A1 简易电子琴总电路图简易电子琴总电路图 .2424简易电子琴11 设计任务描述设计任务描述1.1 设计题目：简易电子琴设计题目：简易电子琴1.2 设计要求：设计要求：1.2.1 设计目的：（1）掌握正弦振荡器的构成、原理与设计方法；（2）熟悉模拟元件的选择、使用方法。1.2.2 基本要求：（1）能生成基本七种声调的正弦波形，幅度1V；（2）有一定的带负载能力，输出电阻较小，能驱动喇叭发声；（3）能有效抵制干扰，输出谐波分量1。在输出稳定频率的波形前，信号经过了选频和放大两个阶段。具体来说，是对于选定简易电子琴7的频率进行不断放大，非选定频率的信

11、号进行不断衰减，结果就能得到特定频率。若想使 RC 桥式振荡电路产生振荡，则必须满足相应公式：输入信号的角频率为： = 0=1即输入信号的频率为： =12所以可导出电容的计算公式为： =127 个音阶的低音频率为：表表 1 1 七个音阶的低音频率七个音阶的低音频率音阶唱名douruaimifasoulaxi频率/HZ264297330352396440495根据公式可以分别求出 7 个低音频率对应的电容 C 的大小分别为：表表 2 2 七个频率对应的电容七个频率对应的电容音阶唱名douruaimifasoulaxi电容nf28.6525.4522.921.4519.0817.1515.257

12、个音阶的中音频率为：表表 3 3 七个音阶的中音频率七个音阶的中音频率音阶唱名douruaimifasoulaxi频率/HZ523578659698784880988通过公式: =12可以求出在对应的中音频率下连入电路中的电阻大小分别为：简易电子琴8表表 4 4 对应中音频率接入电路的阻值对应中音频率接入电路的阻值音阶唱名douruaimifasoulaxi电阻 10.610.610.610.610.610.610.6所以滑动变阻器接入的阻值为， 即滑动变阻器调到总阻值的 35%时,就可以产生中音频率5.6K所对应的波形。7 个音阶的高音频率为：表表 5 5 七个音阶的高音频率七个音阶的高音频

13、率音阶唱名douruaimifasoulaxi频率/HZ1046117513181397156817601976通过公式: =12可以求出在对应的高音频率下连入电路中的电阻大小分别为：表表 6 6 对应高音频率接入电路的阻值对应高音频率接入电路的阻值音阶唱名douruaimifasoulaxi电阻 5.165.165.165.165.165.165.16所以滑动变阻器连入的阻值为,即滑动变阻器调到总阻值的 1%时就可以产生高音频率所对0.16K应的波形，并由示波器显示出来。（3）放大电路参数的计算：由于 RC 振荡电路的反馈电压增益 : =1 3 所以放大电路的电压增益为: = 3即: = 1

14、 +1= 3但是根据选频网络的原理可知，开始时，我们要让电压增益略大于 3。简易电子琴9因此，略大于，故可设的阻值为（） ，的阻值为2R14.415K2= 3.91 ， 6= 0.5051。2K4.2.2 电压放大器的参数计算：电压放大器的参数计算： 为了防止输出电压过大，进而可能破坏功率放大器中的某些元件。所以，我们采用了定值电阻与滑动变阻器串联分压的方式。在我的设计中，采取定值电阻的阻值为滑动变阻器总阻值的4.5 倍。因此，定值电阻使用大小的电阻，滑动变阻器采用总阻值为大小的电阻。这样27K6K就可以很好的控制进入到功放的电压大小。5 电子琴工作过程分析及其图像电子琴工作过程分析及其图像5

15、.1 简易电子琴的总电路图简易电子琴的总电路图S1Key = SpaceS2Key = SpaceR15kR55kC128.65nFC225.45nFR32kR23.91kR6505VCC 12VVCC 12VVCC 12VVCC 12VVEE-12VVEE-12VVEE-12VR727kR86kKey=A50%D21N4001D11N4001U1OP07CP3247681U2BTL084ACD561147U3ALM324N321141U4BLM324N561147VCCVEEVCC8C322.9nFC421.45nFC519.08nFC617.15nFC715.25nFC828.65nFC9

16、25.45nFC1022.9nFC1121.45nFC1219.08nFC1317.15nFC1415.25nF379111213141516171819202122VCC24VEE6VEEVCCVEE-12VVEER416kKey=A50%5R916kKey=A50%2410XSC1Tektronix1 2 3 4TGP230XFC1123XDA1THD1图 5.1.1 电子琴总电路图简易电子琴105.2 电路图的工作过程分析电路图的工作过程分析5.2.1 各种不同音阶频率的获得各种不同音阶频率的获得如图所示，为我设计的简易电子琴总体电路图。只要选出不同音阶对应的特定的频率就可以让电子琴发出

17、相应的声音（本电路图中，由示波器的振幅大小体现） ，由公式： =12可知只要选频网络中的电阻和电容发生变化，就可以算出变化之后相对应的频率。根据这一特性我为各个音阶设定了不同阻值的电阻和不同容值的电容。（1）一阶低音频率的获得及其相关图像首先将滑动变阻器全部接入电路，联动开关 分别接到电容处这样就可以根据特定的1218阻值、容值选出一阶低音频率来。其频率大小及波形如下：简易电子琴11（2）二阶低音频率的获得及其相关图像同上，首先将滑动变阻器全部接入电路，联动开关 分别接到电容处这样就可以根据1229特定的阻值、容值选出二阶低音频率来。其频率大小及波形如下： （3）三阶低音频率的获得及其相关图像

18、同理，首先将滑动变阻器全部接入电路，联动开关 分别接到电容处这样就可以根12310据特定的阻值、容值选出三阶低音频率来。其频率大小及波形如下：简易电子琴12 （4）四阶低音频率的获得及其相关图像同理，首先将滑动变阻器全部接入电路，联动开关 分别接到电容处这样就可以根12411据特定的阻值、容值选出四阶低音频率来。其频率大小及波形如下：简易电子琴13 （5）五阶低音频率的获得及其相关图像同理，首先将滑动变阻器全部接入电路，联动开关 分别接到电容处这样就可以根12512据特定的阻值、容值选出五阶低音频率来。其频率大小及波形如下：简易电子琴14 （6）六阶低音频率的获得及其相关图像同理，首先将滑动变

19、阻器全部接入电路，联动开关 分别接到电容处这样就可以根12613据特定的阻值、容值选出六阶低音频率来。其频率大小及波形如下：简易电子琴15 （7）七阶低音频率的获得及其相关图像同理，首先将滑动变阻器全部接入电路，联动开关 分别接到电容处这样就可以根12714据特定的阻值、容值选出七阶低音频率来。其频率大小及波形如下：简易电子琴16 （8）各阶中音，高音频率的获得及其相关图像在各个低音频率相对应的阻值、容值的基础上通过改变滑动变阻器的阻值来获得想要的中、高音频率,；当滑动变阻器滑动到 65%和 99%时，就可以分别获得各个音阶相应的中、高音频率。由于七个音阶的方法相同，故仅以一阶为例。中音频率的

20、获得及图像： 简易电子琴17高音频率的获得及图像： 简易电子琴185.2.2 频率信号的初步放大频率信号的初步放大从图 5.1.1 中看出，选频网络的后边接入的是由型号为 OP07CP 的集成运算放大器和两个型号为 1N4001 的二极管组成的放大电路，它可以将输入的微弱信号进行放大。5.2.3 音阶音量大小的控制音阶音量大小的控制对音阶音量大小的控制，我们是用由型号 TL086ACD 集成运算放大器和滑动变阻器组成的电压控制器来实现的。只要调节滑动变阻器的阻值就可以改变音量的大小，当调节滑动变阻器，使其阻值变大，音量就会放大，反之将会减小。简易电子琴196 元器件清单元器件清单序号名称型号数

21、量1集成运算放大器OP07CP12集成运算放大器TL084ACD13集成运算放大器LM324N24二极管1N400125连动开关7POS-ROTARY26滑动变阻器16K27滑动变阻器6K18定值电阻5K29定值电阻3.91K110定值电阻2K111定值电阻0.505K112定值电阻27K113电容28.65nf214电容25.45nf215电容22.9nf216电容21.45nf217电容19.08nf218电容17.15nf219电容15.25nf220频率计XFC1121失真分析仪XDA1122泰克示波器XSC11简易电子琴207 主要元器件介绍主要元器件介绍:数据库名称: 主数据库系列

22、组: Analog系列: OPAMP名称: OP07CP作者: DK日期: January 01, 2001功能: Low-Offset Voltage Operational Amplifier描述: Input_Voffset=: Input_Ibias=: Gain_BW=: Slew_Rate=: Number=: Package=热敏电阻连接：: 103.00热敏电阻状况：: 43.00功耗: 0.50降值拐点：: 25.00最低工作温度: 0.00最高工作温度: 70.00静电放电：: 0.00：数据库名称: 主数据库系列组: Diodes系列: DIODE名称: 1N4001作者

23、: PZ日期: May 27, 1998功能: 描述: Vrrm=50: Irrm=50: VfmIf=1.11000: trr=30.0: Package=DO-35热敏电阻连接：: 50.00热敏电阻状况：: 0.00功耗: 0.00降值拐点：: 150.00最低工作温度: -50.00最高工作温度: 175.00静电放电：: 0.00简易电子琴21小结小结通过此次模拟电子技术基础课程设计，我熟悉了简易电子琴的制作方法和设计原理。一周时间，在我组成员相互讨论、相互学习，与老师交流、请教之间，很快就结束了。一周的时间虽然短暂，但在这一星期的课程设计中收获很多。在此次设计中，我认为其核心就是将

24、我们已经学过的各种电路运用到实际当中，将其功能通过特定的器件展示出来。这是对我们所学的课本知识的测验，也是对是否能快速吸收新的知识的一种考验，在自己亲自操作的时候，才能体验到它具有的挑战性。在设计的时候，总会遇到一些让人很难理解的问题。给我印象最深的是，经过老师的指导，要想得到七个音阶的频率信号，必须先做好只有一个音阶频率时的电路。回去以后，按照教材上的电路图画好以后，以为仿真肯定能通过，但是事实不是，根本不能起振。后来请教老师以后，才能达到我们想要的结果。所以，在以后的学习和其它课程设计的时候，我们一定要细心的检查并发现、解决问题。这次经历也为以后成为工程设计师之路打下了基础。在没有确定方案的时候，我们必须先查阅资料，再和我组成员讨论，然后去向老师请教，最后确定电路图的设计方向。过程比较复杂，但是在一次又一次的反复中，我的独立思考、解决问题的能力有了进步。以前不懂的、或是似懂非懂的知识与常识变得清晰明了，并能运用到实践中，大大提升了自己的动手能力。在设计与仿真的过程中，对某些元件的功能及特点有了