电子节拍器28.docx
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电子节拍器28
电子课程设计报告
题目名称：
电子节拍器
姓名：
严煌瑜
专业：
电子信息科学与技术
班级学号：
088208128
同组人：
曾宁波
指导教师：
莫燕
南昌航空大学科技学院信息工程系
2011年3月1日
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摘要
为了检验专业基础课知识的掌握程度，学院开设了电子课程设计。
本次的设计课题为“设计一电子节拍器，要求节拍器具有声光显示功能：
设有2/4，3/4，4/4三档节拍转换开关，音响有强弱之分，节拍速度连续可调。
”
在为期一周的时间内，通过作者与同组人的共同努力和在指导老师的帮助下，借助学校图书馆，网络等各种信息平台收集资料，经过分析，提炼，转变成自己的研究成果，并通过独立动手制作调试，最终圆满完成课题。
通过本次设计，使作者明白了一般电子产品的设计及制作过程，加深了对专业基础课的认识，以及对所学课程的实际应用有了一个更深的理解，促进了对所学专业的热爱。
关键字：
脉冲信号，节拍，声光显示，蜂鸣器
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目录
前言························································4
第一章设计要求···········································5
1.1设计要求············································5
第二章系统的组成及工作原理·······························5
2.1系统的组成及工作原理·································5
第三章电路设计·············································6
3.1方案设计·············································6
方案一················································6
方案二················································9
3.2方案比较·············································12
第四章调试与排故···········································13
4.1调试················································13
4.2测试结果与分析····································13
结论························································14
参考文献····················································15
附录一电路总图············································16
附录二元件清单············································17
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前言
学习了两年的专业基础课，学院为了检验学生对专业基础课知识的了解和实际动手能力，在大二下学期末安排了这次电子课程设计。
本次课程设计的主要目的是检验学生理论结合实际的能力，分析和处理问题的能力。
通过这样的课程设计，提高学生对专业基础课的学习兴趣，提高学生实际操作能力，使学生受益匪浅。
本次课程设计的题目是“电子节拍器”，设计要求：
本节拍器具有声光显示功能，有2/4，3/4，4/4三档节拍转换开关，音响有强弱之分，节拍速度连续可调。
在前期准备过程中，通过查找许多相关资料，经过综合分析，得出两个可行方案。
但由于电路的复杂程度，库房存有元件等因素，通过最终的综合考虑，确定了一套可行方案进行制作，使用NE555产生脉冲信号，它将脉冲信号作为时钟控制CD4017，产生节拍信号，设计中使用发光二极管及蜂鸣器进行声光的显示，使用不同阻值的电阻对信号衰减来得到节拍的强弱。
在进行制作时，由于之前的准备工作比较充分，电路图也不是太复杂，加上和同组人的积极合作，电路没用多少时间就连好了，不过刚开始没有声音，经过调试，电路最终取得了成功。
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第一章设计要求
1.1设计基本要求
本节拍器具有声光显示功能，有2/4，3/4，4/4三档节拍转换开关，音响有强弱之分，节拍速度连续可调。
第二章系统的组成及工作原理
2.1系统的组成及工作原理
设计参考原理框图如下图所示：
本设计电路主要由四部分组成，其分别是：
脉冲产生电路、节拍信号产生电路、灯光显示和发声显示。
脉冲产生电路，用来产生矩形脉冲信号作为节拍信号产生电路的控制信号；节拍信号产生电路，以脉冲信号作为输入信号产生节拍信号；显示电路,灯光使用节拍信号控制；发声电路，利用功率较大的放大电路来驱动发生器。
首先由振荡电路产生一系列的脉冲信号，送到脉冲接收信号电路，通过接受脉冲电路对这一系列脉冲进行一系列的变换，使其能够产生不同的节拍，在将这些变换完的脉冲信号送到一个蜂鸣器，使其能够发出不同的节拍来，同时加上四个发光二极管，以达到有灯光随节拍闪亮的效果。
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第三章电路设计
3.1设计方案
方案一
现有方案一总电路图如图3.1所示
图3.1方案一总图
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速度发生器
电路如图3.2所示
图3.2速度发生器电路图
非门IC2A、IC2B、RPl、C3等组成多谐振荡器作为速度发生器。
其振荡频率主要
由RPl、R3、C3决定，调节RP1可以使拍子变化，非门选用CD4069.
速度发生器的输出脉冲一路送至ICl的时钟输入端CLK，作为时钟信号。
另一路经IC2C反相后送至C4、R4组成的微分电路输出负向尖脉冲，并由IC2D整形反相输出脉冲信号作为音调发生器的门控信号，同时经IC2E反相后由发光二极管VD2作节拍的发光指示。
音调发生器
电路如图3.3所示
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图3.3音调发生器电路图
音调发生器包括高音和低音两部分，IC3A、IC3B、R7、C5等组成高音发声器。
IC3C、IC3D、R9、C6等组成低音发声器，高音作为重音拍子。
两个音调发生器还受来自节拍控制器脉冲信号的控制，使它们交替工作、输出所需的节拍，压电片B作节拍输出的发声器。
节拍信号产生器
电路如图3.4所示
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图3.4节拍信号产生器电路图
节拍产生器由ICl、VDl、S2、C2、R1等组成。
ICl是十进制计数器，CD4Ol7是脉冲分配器，其十个输出端QO-Q9，只有一个输出高电平，复位状态下QO输出高电平，在CLK端
输入第一个脉冲后Ql输出高电平，输入第二个脉冲后，Q2输出高电平，以此类推，输入十个脉冲后电路又恢复到初始状态。
如果把某个输出端通过二极管VD1接到复位端RST，则当该输出端为高电平时电路即提前进入复位状态，我们正是利用这一特点把VD1通过开关S2接在不同的输出端上形成不同的节拍输出。
C2、R1组成开机复位电路。
方案二
总电路图如图3.5所示
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图3.5方案二总图
脉冲产生电路电路如图3.6所示。
电路通过555自激震荡产生方波输出，其频率范围为570-2800Hz,调节滑动变阻器可使节拍在每分钟34至170次范围内变化。
图3.6脉冲产生电路图
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节拍信号产生电路
电路如图3.7所示
图3.7节拍信号产生电路图
节拍产生器由C4、CD4017、R11等组成。
其中脉冲分配器CD4Ol7，其十个输出端QO-Q9，只有一个输出高电平，复位状态下QO输出高电平，在CP0端输入第一个脉冲后Ql输出高电平，输入第二个脉冲后Q2输出高电平，以此类推，输入十个脉冲后电路恢复初始状态。
如果把某个输出端接到复位端MR，当该输出端为高电平时电路提前进入复位状态，利用这一特点通过开关接在不同的输出端上形成不同的节拍输出。
C4、R11组成开机复位电路.
声光显示电路
电路如图3.8所示。
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图3.8声光显示电路图
当Q0、Q2、Q4、Q6其中一路输出高电平时，通过与其相连接的发光二极管再过R3连接到地从而同步发光，另外二极管与四个电阻相连，由于R7的阻值小于R4、R5、R6的阻值,故当Q0输出高电平时，声音控制信号输出的电流大一些，发出强音，区别于其他弱音信号。
声音控制信号输出后通过三级管放大，再输出到蜂鸣器进行发声，这样所听到的声音就大。
以2／4拍为例说明电路的工作原理：
在复位状态Q0输出高电平，通过R7电路发出一重音，LED4灯亮，R4、R5、R6中无电流通过。
CP0端输入第一个脉冲后QO输出低电平Q1输出高电平，电路没有输出。
输入第二个脉冲后Q2输出高电平，通过R6电路发出一低音，LED3灯亮，R4、R5、R7中无电流通过。
输入第三个脉冲后Q3输出高电平，电路没有输出。
输入第四个脉冲后，Q4输出高电平，通过开关又使MR端为高电平，脉冲分配器迅速进入复位状态，如此周而复始，就可发出一强一弱的节拍声。
3／4、4／4拍的工作原理以此类推。
3.2方案比较
通过在电脑上进行仿真，方案一和方案二都可行，都可以产生有强弱之分的节拍，且可以打出多档节拍，具有声光同步显示的功能。
方案一的特点是电路比较简单，使用非门CD4069、与非门CD4011和十进制计数器CD4017三种常用的芯片，线路连接也比较简单。
方案二的特点是电路比较稳定，使用的元件多，效果相对较好。
但考虑到实际制作中，方案一的驱动能力也许不够，蜂鸣器发出的声音可能比较小，这样的音调信号如果要进行放大的话会比较困难，而且该方案还需要5V和9V双电源，没有方案二简便，可行性没有方案二好，故最后决定用方案二进行制作。
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第四章调试与排故
4.1调试
经过前期的准备工作，已经确定了制作方案。
由于电路比较复杂，使用的导线和各种器件很多，所以在实验元件库房领完元件后，就和同组人明确分工，同组人看图并说明，作者连接线路，两人同时看着电路的连接，这样既可以节省时间，也不容易出错。
刚开始连接好电路之后，开启电源，发现只有二极管发光，蜂鸣器却没有发声。
二极管发光说明脉冲产生电路正常，蜂鸣器没发声说明蜂鸣器或是声光显示电路可能出现问题。
关闭电源，就开始检查蜂鸣器的正负极是否连错，检查后没问题。
又检查声光显示电路，也没问题。
思考后想到可能是线路的接触问题，就把所有的接口处接紧一些。
之后开启电源，二极管发光，蜂鸣器也有声音了，都有节奏感。
4.2测试结果与分析
（1）将导线开关连在2/4拍，接通电源开关，蜂鸣器发出“强弱强弱”的节奏声，发光二极管D4和D3也随着节拍声交替发光,发出强音时D4亮，发出弱音时D3亮。
分析：
“强弱强弱”的节奏声正是2/4拍的节奏，说明电子节拍器能够正常发声和发光。
（2）将导线开关连在3/4拍，蜂鸣器发出“强弱弱强弱弱”的节奏声，发光二极管D4、D3和D2也随着节拍声交替发光，发出强音时D4亮，发出第一声弱音时D3亮，发出第二声弱音时D2亮。
分析：
“强弱弱强弱弱”的节奏声正是3/4拍的节奏，说明电子节拍器能够正常发声和发光。
（3）将导线开关连在4/4拍，蜂鸣器发出“强弱弱弱强弱弱弱”的节奏声，发光二极管D4、D3、D2和D1也随着节拍声交替发光，发出强音时D4亮，发出第一声弱音时D3亮，发出第二声弱音时D2亮,发出第三声弱音时D1亮。
分析：
“强弱弱弱强弱弱弱”的节奏声正是4/4拍的节奏，说明电子节拍器能够正常发声和发光。
（4）调节滑动变阻器，节拍声节奏加快，发光二极管闪烁节奏也同步加快；反向调节变阻器，节拍声节奏减慢，发光二极管闪烁节奏也同步减慢。
所以判定制作的电子节拍器的节拍速度连续可调。
以上测试结果表明：
制作的电子节拍器能够完全正确地完成设计所要求的功能，该制作是成功的，该课程设计也是成功。
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结论
刚开始拿到题目，感觉有些难度，因为这种课程设计还是第一次做，而且对电子节拍器也不是很了解。
后来在图书馆查找相关书籍，在互联网上收集相关资料和指导老师的帮助下，才慢慢对电子节拍器有了初步的了解。
作者和同组人把收集出来的资料汇总，提炼，最后得出两套可行方案。
第一套方案是使用非门CD4069和若干电阻，电容产生脉冲信号，使用与非门CD4011和若干电阻，电容产生高音和低音信号，使用十进制计数器CD4017作节拍产生器的电子节拍器电路。
该电路的特点是比较简单，缺点是驱动能力不足，需要两种伏值的电源。
第二套方案是使用555起振产生脉冲信号，使用十进制计数器CD4017作节拍产生器，然后通过流过不同的阻值的电阻产生不同大小的电流来控制声音的强弱这一原理的电子节拍器电路。
该电路的特点是比较稳定，效果较好，但是使用的元件比较多。
经过综合分析决定用第二套方案进行制作。
由于作者和同组人的积极合作，在制作和调试过程中，只是出现了一些小问题，经过努力，最终圆满完成制作任务，制作出了一个完全符合设计要求的电子节拍器，而且还可以实现1/4节拍。
通过本次课程设计，使作者明白了一般的电子产品的设计及制作过程，尝试到了动手制作电子产品的乐趣，加深了对专业基础课程知识的学习和了解。
同时也加强了独立分析能力和合作能力，使作者明白团队精神的重要性。
14
参考文献
[1].白中英.《数字逻辑与数字系统（第四版）》.科学出版社.2007.
[2].李大友.《数字电路逻辑设计》.清华大学出版社.1997
[3].任绍发.《脉冲与数字电路实验及其应用》.重庆大学出版社:
1994
[4].王毓银.《数字电路逻辑设计.》.高等教育出版社:
1999
[5].吴汉清.《实用制作——电子节拍器》.电子制作2003年第10期
[6].赵淑范.《电子技术试验与课程设计》.清华大学出版社.2006
[7].汤山俊夫.《数字电路设计与制作》.科学出版社.2005
15
附录一
方案一电路总图如下图
方案一总图
16
附录二
元件清单
类型
元件
数量
芯片
CD4017
1个
NE555
1个
74LS04
1个
三极管
3DG6
2个
二极管
IN60
5个
发光二极管
红色
4个
电容
0.01uF
2个
0.1uF
1个
1uF
1个
47uF
1个
电阻
100Ω
1个
240Ω
1个
1.5kΩ
1个
51kΩ
4个
91kΩ
2个
滑动变阻器
100kΩ
1个
蜂鸣器
1个
表1
17
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