简易电子琴NE555LM386教材.docx
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简易电子琴NE555LM386教材
屯£4元空女學
课程设计说明书
课程设计名称：
模拟电路课程设计
课程设计题目：
简易电子琴
模拟电路课程设计任务书
题目简易电子琴
内容及要求
1产生e调8个音阶的振荡频率，分别由1、2、3、4、5、6、7、0号数字键控制；
2其频率分别为：
1：
261.6、2:
293.6、3:
329.6、4:
349.2、5:
392.0、6:
440.0、7:
439.9.0:
523;
3利用集成功放放大该信号，驱动扬声器；
4设计一声调调节电路，改变生成声音的频率。
进度安排
第7周：
查阅资料，学习仿真软件，确定方案，完成原理图设计及仿真；
第8周：
领元器件、仪器设备，制作、焊接、调试电路，完成系统的设计；
第9周：
检查设计结果、撰写课设报告。
摘要
音乐在人类社会扮演着重要的角色，传统的乐器学习难度大且价格高昂，而一些简易的电子乐器价格相对便宜，能满足一般爱好者需求。
故研制电子乐器具有一定社会意义。
本次课程设计中，采用NE555和LM386功率放大器来完成设计要求。
利用555定时器构成多谐振荡器，通过8个按键控制不同的RC组合使其产生不同频率八个基本音阶的脉冲信号波，通过LM386功率放大器驱动扬声器，即可发出八个音阶的音乐。
关键词：
简易电子琴、NE555、LM386、8个音阶
第一章系统组成1
1」系统框图1
1.2系统介绍1
第二章各模块设计2
2.1按键开关模块-2
2.2振荡器模块-2
2.3扬声器模块3
第三章仿真图及分析4
3.1仿真波形图4
3.2仿真结果分析-7
第四章设计结果分析8
第五章实验小结9
参考文献10
附录A元件清单11
附录B焊接实物图12
第一章系统组成
1.1系统框图
按键开关
\7
振荡器模块Ia音响模块
图l.i系统框图
采用555集成定时器组成简易电子琴，整个电路山振荡器、LM386功放器、扬声器和按键开关等部分组成。
主振荡器是山555定时器，八个按键开关，外接电容Cl、C2,外接电阻R8以及R1-R7（用8个可调电阻调成所需电阻元件）等元件组成。
1.2系统介绍
直流信号经振荡器模块后转变成频率不同的矩形波信号，通过一个4.7uF耦合电容滤除直流分量后，再接LM386放大驱动扬声器发声。
按原理图接线后分别按下不同按键即可令喇叭发出不同频率的声音，从而模拟出电子琴的工作。
第二章各模块设计
2.1按键开关模块
O|tiO1T7
1
I
O
IIK
IT7
Ol
--
ITf）
J
二
二
|JO
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ol
1
0
0
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1h1
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、R4
R5
66k
%
x
R6
R731kk-
RO
4k
r-
图2.1按键开关模块
按键开关模块兼顾电源开关和改变振荡器RC组合中的电阻的作用。
即按下不同的开关都将接通电源，同时接入不同的电阻阻值使振荡器模块产生频率不同的信号。
2.2振荡器模块设计
III555定时器组成的多谐振荡器及其工作波形如图2.1.1所示，其中Ri、R2和电容C为外接元件。
图2.2555工作图
其实质是将输入的直流信号转换成矩形波信号输出。
充电时间£=（K+RJCIn2«0.7（/?
+RJC
放电时间7；=/?
Cln2«0.7/?
C
矩形波的振荡周期T=T}+T2~O・7（R1+2R2）C
因此改变K、凡和电容C的值，便可改变矩形波的周期和频率。
16
LM555CM
图2.3振荡器模块
图2.1.2所示是整个电路设计的关键，由一个555芯片和儿个电容以及电阻组成多谐振荡器，经过可调电阻输出设计所需对应的频率。
22.1电阻参数计算
矩形波的振荡周期T=7；+T2qO.7（R1+2R2）C
式中R2为对应总图中R9（50KQ）,R1对应总图中R1~R7,C为20nF计算得到可调电阻的阻值分别为:
148.22K、121.16K、97.01K、85.95K、65.65K、47.57K、31.47K,24.15K2.3扬声器模块设计
由一个LM386芯片和一个喇叭组成该模块，LM386将振荡器模块产生的矩形波信号放大后驱动喇叭发出声音。
LM386是一种低电压通用型音频集成功率放大器，广泛应用于收音机、对讲机和信号发生器中LM386有两个信号输入端，②脚为反相输入端，③脚为同相输入端；每个输入端的输入阻抗均为50kQ,而且输入端对地的直流电位接近于零，即使输入端对地短路，输出端直流电平也不会产生大的偏离LM386主要性能指标。
LM386的电源电压范圉为5~18v。
当电源电压为6V时，静态工作电流为4mA=当Vcc=16V,RL=32Q时输出功率为1W。
①、⑧脚开路时带宽300kH乙总谐波失真为0.2%,输入阻抗为50KQ。
模块设计如下图2.2所示:
——
C4
lOuF
9V
1.2k
9
—
8
3
A
S
2
J-,2
I
C
5
=C6
2；
Oul
F
-
47i
IF
C7
0
22i
nF
<
no
Q
>
■X
图2.4扬声器模块
第三章仿真图及分析
3.1仿真波形图
本实验用Multisim对555部分进行仿真如下图3.1所示:
R1U8kQ
1J
9
R2121kQ
SIP
•>>-.-
J4-\
ie
■0
XSC1
图3.1仿真原理图
未闭合开关时，输出为直流信号,如下图3.2所示:
图3.2未闭合开关波形图
依次闭合开关J1~J7和JO后，示波器显示的波形如下各图所示：
VgM乔l—II»!
■■»■■■T"&IWI
・・险自
■rind
图3.3闭合开关J1波形图
图3.4闭合开关J2波形图
图3.5闭合开关J3波形图
图3.7闭合开关J5波形图
图3.8闭合开关J6波形图
十
图3.9闭合开关J7波形图
图3.10闭合开关J0波形图
3.2仿真结果分析
从以上各开关闭合的波形图可以看出，从开关1~7和0,波形依次变窄。
对比JI和J0的波形，可以看出其变化非常明显。
说明在电路中，各接入电阻对应的频率在依次变大，对应扬声器所发出的音调也就越高。
第四章、设计结果分析
电子琴实际发出的声音虽然有一定的杂音在里面，但是依然能清晰的分辨8个不同的音阶，实践证明555芯片的输出端引脚3和386芯片的输入引脚3之间加4.7uF的耦合电容能使其发出的声响变清晰，这是因为直流供电源经过555芯片后产生的矩形波中仍然带有微弱的直流分量，而电容耦合能有效的滤除直流分量。
引起音阶的杂音有多种因素，在焊接的实物图中芯片外围的电容较多，且距离较近，接上电源后这势必会对芯片的工作产生影响，这个干扰是难以去除的，只能把芯片安放在较空旷的地方。
设计总图中的旁路电容虽然能进一步提升音质，减少杂音，但是不如上述两芯片之间的耦合电容的干扰作用。
加上旁路电容后能感觉到声音稍许变小，这或
许是相对于芯片引脚悬空，加电容接地后使部分信号能量损失所致。
图4.1设计总图
第五章实验结论
扬声器发声时，会有一定的杂音，但由于LM386的放大作用，电子琴发出的声音较大，能清晰地分辨8各不同的音阶，没有过度失真的现象。
555和386芯片工作正常，无过度发热现象，总体来说，设计比较成功。
在高科技不断创新的时代，电子琴的功能在不断扩展。
但是电子乐器产生的声音难以达到无损的品质，所以未来的电子琴必定朝着更小的失真，更纯真的音调迈进。
音乐是人类社会不可缺少的部分，研发电子乐器必定是永无止境的。
参考文献
[1]华成英•模拟电子技术基本教程[M].北京：
清华大学出版社，2006
[2]阎石.数字电子技术基础（第五版）[M].北京：
高等教育出版社，2006
⑶杜树春.集成运算放大器应用经典实例[M].北京：
电子工业出版社，2015
[4]陈有卿..实用555时基电路300例[M].北京：
中国电力出版社，2005
⑸LM386经典电路[EB].中国电子网
[6]张新喜..multisimlO电路仿真及应用[M]・北京：
机械工业出版社,2010
附录A元件清单
芯片NE555—个
芯片LM386一个
按键开关8个
固定电阻10Q—个
1.2KQ—个
电位器50KQ四个
100KQ三个
200KQ两个
瓷片电容22nF（223）、10nF（103）>47nF（473）各一个电解电容4.7nF、10nF、22pF.220uF各一个扬声器8Q（0.5W）一个
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附录B焊接实物图
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