中南大学电工电子课程设计实验报告.docx
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中南大学电工电子课程设计实验报告
中南大学
电工电子技术课程设计报告
题目：
可编程乐曲演奏器的设计
学院：
信息科学与工程学院
指导老师：
陈 明 义
专业班级：
姓名：
学号：
前言
随着科学技术发展的日新日异，电工电子技术在现代社会生产中占据着非常重要的地位，因此作为二十一世纪的自动化专业的学生而言，掌握电力电子应用技术十分重要。
电工电子课程设计的目的在于进一步巩固和加深所学电工电子基本理论知识。
使学生能综合运用相关关课程的基本知识，通过本课程设计，培养我们独立思考的能力，学会和认识查阅学习我们未学会的知识，了解专业工程设计的特点、思路、以及具体的方法和步骤，掌握专业课程设计中的设计计算、软件编制，硬件设计及整体调试。
设计过程中还能树立正确的设计思想和严谨的工作作风，达到提高我们的设计能力的目标。
从理论到实践，往往看似简单，实则是有很大的差距的，通过课程设计，可以培养我们学到很多东西，不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正的学到知识，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在次，特别感谢老师给我们以实践动手的机会，让我们对以前的知识以复习，整合，并从理论走向实践，相信我们都会在这次课程设计中学到很多！
！
！
前言......................................................................................................................2
正文
第一章系统概述...............................................................................................4
系统功能...................................................................................................4
系统结构...................................................................................................4
实验原理...................................................................................................4
整体方案....................................................................................................5
第二章单元电路的设计与分析..........................................................................5
2.1音频发生器的设计.........................................................................................5
2.2节拍发生器的设计..........................................................................................6
2.3读取存储器数据..............................................................................................7
2.4选择存储器地址..............................................................................................8
2.5控制音频电路设计...........................................................................................8
第三章电路的安装与调试...........................................................................................9
第四章结束语.................................................................................................................9
元器件明细表..............................................................................................................10
附录................................................................................................................................11
第一章系统概述
系统功能
根据要求，我们设计的该可编程电子音乐演奏电路可以通过开关选择预先设定好的音乐曲目，曲目选定后则自动演奏所选曲目。
歌曲曲目可以暂停，可以重放，还可以根据情况调节歌曲播放速度。
基本达到预计要求，不过最大的缺点就是歌曲播放音调不准！
系统结构
可编程电子音乐自动演奏电路的系统结构要求如图1-1所示。
图中K1用于选择预先设置在电路中的乐曲，选中某一乐曲后对应的发光二极管亮，音乐演奏电路反复自动演奏所选的乐曲，经功率放大后由喇叭播出，直至选中下一首为止。
实验原理
电子乐器模仿各种乐器的基本原理是：
先将某种乐器的声音转换为电信号，再分析该乐器的电信号的波形和频谱，最后利用电子技术产生与该乐器相仿的电信号。
乐曲中的1,2,3,4,5,6,7......对应不同的频率，把对应的频率转化为相应的十六进制数存放在存储器EEPROM28C64B中，通过555定时器构成的多谐振荡器输出CP脉冲读出存储器中的数据，再经74LS74输出，连接蜂鸣器播放出所存储的歌曲。
根据声乐知识，产生音乐的两个因素是音乐频率的持续时间，每个音名的频率如图一所示：
音名
频率（Hz）
音名
频率（Hz）
音名
频率（Hz）
低音1
261.63
中音1
523.25
高音1
1046.50
低音2
293.67
中音2
587.33
高音2
1174.66
低音3
329.63
中音3
659.25
高音3
1381.51
低音4
349.23
中音4
698.46
高音4
1396.92
低音5
391.99
中音5
783.99
高音5
1567.98
低音6
440
中音6
880
高音6
1760
低音7
439.88
中音7
987.76
高音7
1975.52
图一简谱中的音名与频率的关系
整体方案
根据实际需求将整体电路分为“选取电路”，“音乐演奏电路”和“功率放大”3个主要部分。
其原理图如下
第二章单元电路设计与分析
2.1音频发生器的设计
用555定时器来实现8Hz的音频多谐振荡器，如图2-1所示。
图2-1音频多谐振荡器
图2-1产生的频率为f=1/T=1.43/（RA+2RB）C,而该振荡电路应能产生一个时钟信号CP。
选择CP的频率时，由图一可知各音节对应的频率从261.63——1975.52Hz，再乘以256（两级74161级联后的计数器模值），这样就得到了应该产生的振荡器的基频为260*256Hz=66560Hz，所以可选取RA=1K，RB=0.1K，Ｃ＝0．0１ｕＦ。
2.2节拍发生器的设计
用555定时器来实现21拍/min到540拍/min的节拍发生器，如图2-2所示。
图2-2节拍发生器
如果乐曲中的音全为4分音符，则节拍发生器产生的频率应为f=V拍/1min=V拍/60s,但考虑到一首乐曲中最短的音为16分音符，故f=V拍/60s*4。
实验中滑动电阻器我们使用的是100K的，所以f=1/[（RA+2*RB）*c*ln2]=（1.4Hz，36Hz）
，所以V=0.25*f*60拍/min=（21拍/min,540拍/min），即该电路中乐曲调节速度为21拍/min到540拍/min。
2.3读取存储器数据
根据从EEPROM中独处的数据，利用74LS161级联分频出相对应的音节的频率，从而传到后续电路中放出相应的音调，两块读取存储器数据的74LS161接线图如图2-3
图2-3读取存储器数据
74161分频使用置数法，根据X=f/Fi=（16-n1）（16-n2）（Fi为各个音节对应的频率，n1、n2分别为两个74161置数值）分别计算相应音节所需分频数即74161的分频数，并根据图中对应关系（n1=Q3Q2Q1Q0=D4D5D6D7，n2=Q3Q2Q1Q0=D0D1D2D3）写出各个音节对应在EEPROM中存入的16进制数值如下表：
音调
分频数
置数n1
置数n2
EEPROM中16进制数据
低音1
256
0
0
00
2
226
1
1
88
3
202
2
2
44
4
190
2
1
48
5
169
3
3
CC
6
151
1
6
86
7
134
4
3
2C
中音1
127
0
8
41
2
113
2
8
41
3
100
6
6
66
4
95
0
10
05
5
84
4
9
29
6
75
1
11
8D
7
67
5
10
A5
高音1
63
7
9
E9
2
56
11
8
D1
3
48
10
8
51
4
47
10
8
51
5
42
10
9
59
6
37
10
10
55
7
33
12
8
31
2.4选择存储器地址
根据节拍发生器产生的CP脉冲分别接在下面的两74161，两块74161再经级联可构成选择ＥＥＰＲＯＭ地址的电路，两块选择存储器地址的74LS161接线图如图2-４
图2-４选择存储器地址的74LS161
2.５控制音频电路设计
根据实际需求，可按照如下图2-3接出74LS161的ＣＩ经触发器接样功放电路，再接入扬声器播放乐曲。
（运放可省略）
图2-3音频电路设计
第三章电路的安装与调试
按照上述５个模块逐块连接线路，每接好一部分利用相关器材进行检测：
音频多谐振荡器的调测：
连接好电路后，打开示波器，将５５５定时器输出端接入示波器，自动设置后观察示波器输出波形，波形应为近似方波，并根据示波器测出频率应大概等于理论计算值。
节拍发生器的调测与音频多谐振荡器类似，但应注意节拍发生器调测时还应旋钮滑动变阻器，使其阻值变化，观察相关频率
其他三个模块相应的使用万用表和示波器测量
第四章结束语
两周的课程设计让我深刻体会到了电路调测对一个电路硬件实现的关键性，学会处理电子电路故障也是十分重要的。
作为自动化专业的学生，我觉得自己在这些方面应该好好加强。
在实验接线过程中，我们组接线比较慢，电路实现也比较晚，但是我和搭档还是沉着的一遍又一遍的检查各个模块，从中学到了耐心，遇事沉着冷静是最重要的，这对我而言，真的是很重要的，终身受益的。
当然了，在实验过程中我们也遇到了很多问题，起初有些芯片的管脚因为粗心大意接错了，后来经过检查纠正；其它电路模块都正常工作，但喇叭没有发出声音，怀疑接触不良，后来把功放电路模块挪了一下位置，立即由乐曲奏出；乐曲演奏有杂音，音调不正确．．．．．．虽然最终的电路音调还不是很准，但是我们其他功能还是完成的很不错，也从中学到了很多，感谢老师给我们做这次课程设计得机会，也特别感谢陈老师给我们的指导！
元器件明细表
序号
元件型号
数量
序号
元件型号
数量
1
555
2个
11
74LS161
5片
2
74LS04
1个
12
10ｕＦ电容
1个
3
ＥＥＰＲＯＭ
1个
13
2K电阻
3个
4
电子课程设计试验箱
1块
14
100K可变电阻
1个
5
扬声器
1个
15
导线
若干
6
万用表
1个
16
工具箱
全套
7
示波器
１个
17
74LS11
1片
8
0.01ｕＦ电容
４个
参考文献
1、罗桂娥，张静秋，罗群编著《模拟电子技术基础》中南大学出版社2009年出版
2、陈明义，覃爱娜，陈革辉编著《数字电路技术基础》中南大学出版社
2009年出版
3、张静秋，刘子健，谢平凡编著《电路与电子技术实验教程》中南大学出版社2013年出版
附录一
硬件接线图
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