电子系统设计电子琴

1、电子系统设计实验报告专 业：信工电子信息科学与技术学 号： 030941211设计要求：1、该电子琴要有 7 个音阶，可以用数字芯片构成，也可以用单片机构成；2、用 EWB 或其他软件仿真；3、搭建实体电路。设计思路 :方案一： 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（ FIFORAM 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

2、比较，如果与其中某个数相等，则跳 到 18 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 18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 18 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， 此时可如其他按 键（包括音乐按键）。当再按下 0 键时 ,则最

3、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.方案二： 555 定时器555定时器是一种中规模集成电路 , 外形为双列直插 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。本实验采用 555 成定时器组成简易电子琴。

4、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，七个琴键按钮S1S7,外接电容C1、 C2,外接电阻R8以及R1-R7等元件组成，颤音振荡器由555定时器， 电容C5及R9 R10等元件组成，颤音振荡器振荡频率较低为 64Hz, 若将其输出电压U连接到主振荡器555定时器复位端4,则主振荡器 输出端出现颤音。按图接线后闭合不同开关即可令喇叭发出不同频率的声响 , 从 而模拟出电子琴的工作 。其中各个部分组成如下：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 ：

5、接受信号频率发出特定的频率综上所述:选择方案一来进行设计 原因：虽然相比与555定时器，单片机设计电路比较简单一点 , 但考虑到单片机需要比较繁琐的程序设计，调试起来比较麻烦， 而且用555定时器比单片机方便简洁，无需琐碎的器件，且操作容易，不易混乱.详细设计方法:本次课程设计采用的是由555定时器电路组成的多谐振荡器，它 的振荡频率可以通过改变振荡电路中 RC元件的数值进行改变。根据 这一原理，通过设定一些不同的 RC数值并通过控制电路，按照一定 的速度依次将不同的RC组件接入振荡电路，就可以使振荡电路按照 设定的要求，有节奏的发出已设定的音频信号或音乐其简要步骤为： 按键输入、频率控制器、

6、正弦波发生器、衰减器、音频功率放大器、 音响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.多谐振荡的频率：f=1。43/ （R+2R ）C）这是个约等于，其中R指7管脚与电源之间的电阻（图中的R1-R7），R'指7管脚与6管脚之间的电阻（图中的R9）,C是2管脚与 地之间的电容（图中C3）.实验中通过按键使R的阻值改变，从而改变振荡频率，扬声器就可与发出不同的声音，如果R的阻值取得好，扬声

7、器就可以发出类似 电子琴的声音了。八个基本音阶在C调时所对应的频率如下表所列：C调1234567if 0/H Z264297330352396440495528由555定时器构成多谐振荡器，Ri，R2和C是外接定时元件，电 路中将高电平触发端（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Ri， R2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，故高电平触发 端与低电平触发端均为低电平，输出 uo为高电平，放电管VT截止。这时，电源经R1,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）

8、Vcc时，输出uo为低 电平，放电管VT导通，把uc从（1/3）Vcc上升到（2Vcc这段时 间内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（Ri + R2）C.由于放电管VT导通，电容C通过电阻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T放=R2C0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

9、总是在（1/32/3）Vcc之间变化。具体设计电路如下图所示:555组成自激多谐振荡器，在7脚与电源之间加入一组音调电阻 R1R8,即是一架玩具电子琴。未按琴键时，555电路不会产生振荡， 扬声器不发声；按下某一琴键时，扬声器依 555的振荡频率，发出相 应的声响。电阻R1R8的选择调整方法，是用一只合适的电位器，先接 入电路，从高音（或低音）开始，转动电位器，使扬声器发出一个起始 的标准音阶，测出电位器的阻值，并换上相同阻值的固定电阻R1R8,即可确定各音阶所需的电阻阻值。555定时器分析：Vi （TH）:高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，标志为TH V2 （TR）:低电平触发端，简称

10、低触发端，标志为TF。VC。：控制电压 端；VO:输出端；Dis:放电端；R）: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VCc和 Vcc两个基准电压；两个电压比较器C、C2； 一个由与非门 G、G2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触发器高端为1（高电平），经反相缓冲器后，输出为0 （低电平）由图中各元件的参数我们可以算出，分别闭合各个开关可以依次产生频率为 260Hz 290Hz、330Hz、350Hz、390Hz、440Hz 494Hz、523Hz是信号，从而驱动扬声器发出不同音调的声音。根据的波形图可以用确定振荡周期为：Tph对应充电时间 丁旳Tpl对应放电时间 7 -:振荡周期 -.-.振荡频率f=1/T本实验采用的是C调音阶，其音阶频率对应值见设计要求， 由以上公式可求出 R1-R8中各电阻值。求得R仁168kQ, R2=141kQ,R3=115kQ, R4=106kQ, R5=86kQ,R6=68k Q, R7=52k Q, R&=45k Q。根据以上参数与原理图，仿真结果显示，该设计能够清晰的产生8个音阶的声音，能较好的满足实验所给定的要求，部分仿真波形如下 图:Digital Oscillosco