高电平
截止
1
>2Vcc/3
>Vcc/3
低电平
导通
表2.2.1
用555定时器构成的电路如图
当电路与电源接通瞬间，C2两端没有存储电荷，两端的电压为零，555定时器的2、6端输入电压为零，即出现6端电压输出小于（2/3）Vcc，2端的输入电压小于（1/3）Vcc的情况，输出信号Vo为高电平。
是555定时器内部的晶体管截止，电源Vcc经R1、R2、C2到公共端对C2充电，这种情况直到维持到C2的两端电压略超过（2/3）Vcc。
当C2两端电压超过（2/3）Vcc时，出现6端输入电压大于2Vcc/3，,2端的输入电压大于1Vcc/3的情况，输出信号Vo为低电平，使晶体管导通，电容经C2、R2放电到公共端的地，图2.2.2多谐振荡电路
这种情况直到C2两端的电压小于Vcc/3，此后又重新回到上述状态，输出波形如图
周期的计算
充电过程方程：
2=Vcc/3=Vcc+（Vcc/3-Vcc）*exp（t1/RC2）
R=R1+R2
放电过程方程：
Vcc/3=（2Vcc/3）*exp（t2/R2C2）
解得t=t1+t2=0.7（R1+2R2）C2
f=1/t=1.43/（R1+2R2）C2
此电路结构简单、操作容易、起振方便，所用元件也非常的常见，是设计简易电子琴的最佳方案。
所以本设计将采用以上电路。
3.单元电路的设计和元件参数的选取
3.1C调发音的音阶如表
发音
音阶
1
dou
2
ruai
3
mi
4
fa
5
suo
6
la
7
si
低
262
294
330
349
392
440
494
中
523
587
659
698
784
880
988
高
1046
1175
1318
1397
1568
1760
1967
由上表可以看出，中音的频率是低音的2倍，高音的频率是低音的4倍，所以在设计选频网络时，只要准确地确定低音的频率，改变电容的大小，就能很方便的调节出高音阶的频率。
3.2选频网络确R、C的确定
根据555多谐振荡器产生电路的计算式，如上所述，能很方便的的确定电阻的大小。
在选择电阻时，采用固定电容和充电电阻R1的值，将不同音阶的频率带入公式f=1.43/（R1+2R2）C2，计算出电阻R2的大小。
为了使输出波形的占空比接近0.5，将充电电阻R1设置小一点，然后将不同的频率带入计算取得近似值如表，频率：
Hz）:
R1=715
Ω，
C2=1uF
1
2
3
4
5
6
7
262
294
330
349
392
440
494
R2
R3
R4
R5
R6
R7
R8
2.31
2.00
1.75
1.62
1.42
1.24
1.05
表3.2.1
电路的选频网络电路图如图
图3.2.1R、C选频网络图
4.电路的调试和仿真
4.1调试
首先就电路的输出进行简单介绍，在选频网络没有接通的时候，充电电容未充电，555集成芯片的2、6两端相当于接地，故有2、6两端的电压分别小于Vcc/3、2Vcc/3，此时3端输出为高电平，为了使扬声器在没有有效信号输出是保持安静，所以在3端接一个隔置电容C5，因为有效信号的频率也很低，所以隔直电容应该足够大，否则输出波形将变成脉冲信号，如图为1F和100uF时的输出波形。
图4.1.1
图4.1.2
两幅图明显可以看出，当电容足够大时，输出的波形是理想的方波;当电容减小，输出波形变成了一个奇谐函数的波形。
如果C5足够小，输出将变成正负脉冲。
所以在选择C5时也很重要，输出波形变成脉冲，扬声器发音就很难了。
4.2仿真
1.开关J1闭合，单刀三掷开关接通1uF电容。
此时对应的发音频率应该为262Hz,仿真结果如图
图4.2.1
输出波形为理想的方波，输出频率为260.727Hz，非常接近理论值，产生误差的主要原因是因为市场上很难买到十分精确的电阻，所以电阻在电路中都取得是近似值，但完全能买满足要求。
2．分别闭合开关J2、J3、J4、J5、J6、J7可得到其他几个低音音阶的仿真发音频率如图
Ruai
Mi
Fa
Suo
La
Si
图4.2.2
由555集成芯片输出的电压在3.3V左右。
输出电流在200mA到600mA之间，可以直接驱动扬声器。
其他的14个音阶发音原理与低音相同，只要将单刀三掷开关分别接通到0.5uF、0.25uF的电容上久可以实现，这里不再赘述。
理论值于实际仿真值比较，如表4.2.1
Dou
Ruai
Mi
Fa
Suo
La
Si
低
音
理
262
297
330
349
392
440
494
实
260.7
295.3
330.2
351.9
392.0
435.8
494.9
中
音
理
523
587
659
698
784
880
988
实
519.5
581.0
660.3
695.9
785.2
886
1000.2
高
音
理
1046
1175
1318
1397
1568
1760
1967
实
1038.3
1168.7
1311.8
1385.6
1566.1
1771.3
1943.9
注：
表中理代表理论值，是代表实际测量值，单位Hz.
表4.2.1
5.实物的制作
5.1电阻、电容的选择
本设计的主要难点就是电阻的选择。
低音阶时，发音频率相差不大，电阻误差稍微大一点，就将导致发不出正确的音调。
还有就是设计电路的电阻在市场上不一定都能买到。
为了克服这些问题，可以用可变电阻和两个电阻组合，尽量减小误差。
市场上没有0.25uF和0.5uF的电容，所以采用1uF的电容串联或用更小的电容并联。
5.2元件的插放和焊接
元件插放原则是先低后高，从电阻开始，到电容结束。
焊接时，要注意烙铁的温度和焊接时间，不要将烙铁一直与焊接点接触，焊接时间越快越好。
还有就是焊接环境应该注意通风，尽量呼吸焊接时冒出的气体。
在插电容时一定要注意极性，否则电路在接通电源的时候容易爆掉，及其危险。
5.3实物
实物如图
图5.3.1简易电子琴实物图正面
图5.3.2简易电子琴实物反面
6.小结和心得与体会
6.1小结
实际的频率和设计的频率有一定的误差，仔细分析电路，可以总结一下原因：
1、温度对振荡有一定的影响、
2、元件本身的精度不高，电阻和电容的误差都在10%左右，这是实际值与理论值差别较大的主要原因。
3、电容在充放电过程中存在着漏电。
改进方案：
1、选用两个电阻的串联的方式来实现高精度，最好选用温度系数低的金属膜电阻。
2、选用漏电流较小、精度较高的聚苯电容。
3、在安装元件时，元件之间不要靠的太紧，以便元件散热。
6．2心得与体会
在实际调试过程中有些东西并不像仿真显示的结果那样，达不到所期望的性能指标。
例如当阻值取值和仿真相同时，所测频率比仿真频率偏高。
这就要求通过仪器的测量，加以合理判断调整电路参数。
在调试过程中发现电容值并不准确，而且由于漏电流情况，因此我们实际选用电阻应略大于计算值，选用漏电流较小的电容可以获得更好的效果。
课程设计将理论与实际相结合，让我们对平时所学的理论知识有更深一步的认识。
对事物设计的一般流程也有了进一步了解。
1.了解所需设计器件的工作性能，与课本上的理论知识相联系，了解所需设计器件的工作原理。
2.分析原理图中每个器件的作用，阅读元件说明书，合理设置元件参数。
3.利用仿真软件对所设计的原理图进行仿真。
4.焊接时在心中对器件的排布做一下大致规划技术，器件装配要牢固。
5.焊接好后连接仪器进行测试及分析。
如未达到所需性能指标，分析可能原因，对元器件进行修改，直至达到要求。
课设的过程是个自我探索、自我学习的过程。
我们可以通过自己的努力和同学的共同探讨，用所学知识设计出操作性好、稳定性强的可行性方案。
一方面用知识武装了自己。
另一方面，也加强了同学之间的友谊，对班集体建设也起到了积极的作用。
7.总电路图
图7.1.1
8.参考文献
[1]吴友宇.《模拟电子技术基础》，清华大学出版社.北京,2009
[2]伍时和.《数字电子技术基础》，清华大学出版社.北京.2009
[3]康华光.《电子技术基础·模拟部分》高等教育出版社,1999
[4]谢自美.《电子线路设计·实验·测试》第三版，华中科技大学出版社,2006
[5]孙梅生.《电子技术基础课程设计》，高等教育出版社,2009
[6]稻田保.《振荡电路的设计与应用》，科学出版社,2004
[7]李定华.《555定时器及其运用》，中国期刊网,2009-1-14
[8]王全宇.《电子科技》，知网空间，2009年12期
附录：
元件清单
元件
元件型号
数量
555定时器
NE555N
1
扬声器
8Ω2W
1
电容
0.01uF、1000uF
各1个
1uF
7
按键开关
8
单刀三掷开关
1
电阻
2K、51Ω、1K
各2个
1.5K
1
1.4K
1
1.2K
1
300Ω
1
220Ω
2
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