模拟电子技术基础课程设计-简易电子琴的设计.doc

中北大学课程设计任务书2011/2012 学年第 1 学期  学 院：电子与计算机科学技术学院 专 业：电子科学与技术 学 生 姓 名：学 号：课程设计题目：简易电子琴的设计起 迄 日 期：2011年12月 19日2012年1月6日课程设计地点：电子科学与技术专业实验室指 导 教 师：系主任：  下达任务书日期: 2011年 12月 19日课 程 设 计 任 务 书1设计目的： 掌握电子电路的一般设计方法和设计流程； 学习使用PROTEL软件绘制电路原理图及印刷板图； 掌握应用EWB对所设计的电路进行仿真，通过仿真结果验证设计的正确性。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：设计一个简易电子琴，具体要求如下：1. 设计一个建议的八音符电子琴，可通过按键输入来控制音响。2演奏时可以选择是手动演奏还是自通演奏已存入的乐曲。3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等： 课程设计说明书； 电路原理图和印刷板图； 仿真图形和仿真结果。 课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献： 童诗白模拟电子技术基础北京：高等教育出版社，2002 张建华数字电子技术北京：机械工业出版社，2004 陈汝全电子技术常用器件应用手册北京：机械工业出版社，2005 毕满清电子技术实验与课程设计北京：机械工业出版社，2005 潘永雄电子线路CAD实用教程西安：西安电子科技大学出版社，2002 张亚华电子电路计算机辅助分析和辅助设计北京：航空工业出版社，20045设计成果形式及要求：提交内容：课程设计说明书、电路原理图和印刷板图、仿真图形和仿真结果。基本要求：绘制出电路原理图和印刷板图，通过仿真验证设计正确性。  6工作计划及进度：2011年12月19日2011年12月25日：学习PROTEL、EWB软件的使用；2011年12月26日：设计中期检查；2011年12月26日2012年1月4日：按任务书要求进行设计和仿真；2012年1月6日：设计答辩，提交设计报告和考核。系主任审查意见：  签字： 年 月 日中北大学课程设计任务书2011/2012 学年第 1 学期  学 院：电子与计算机科学技术学院 专 业：电子科学与技术 学 生 姓 名：黄杨学 号：0906044237课程设计题目：简易电子琴的设计起 迄 日 期：2011年12月 19日2012年1月6日课程设计地点：电子科学与技术专业实验室指 导 教 师：文丰系主任：刘文怡  下达任务书日期: 2011年 12月 19日课 程 设 计 任 务 书1设计目的： 掌握电子电路的一般设计方法和设计流程； 学习使用PROTEL软件绘制电路原理图及印刷板图； 掌握应用EWB对所设计的电路进行仿真，通过仿真结果验证设计的正确性。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：设计一个简易电子琴，具体要求如下：1. 设计一个建议的八音符电子琴，可通过按键输入来控制音响。2演奏时可以选择是手动演奏还是自通演奏已存入的乐曲。3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等： 课程设计说明书； 电路原理图和印刷板图； 仿真图形和仿真结果。 二：设计内容 设计方案的选定： 设计一个简易电子琴，通过查阅资料，可以用基本的组合逻辑电路来实现。555定时器总体框图 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。 1电路设计原理： 该电路由一个单元够成，即手动演奏（基本模块）。 基本模块设计：要使扬声器发出不同的音调，就得输入不同频率，利用在555定时器组成的多谐振荡器的五端加入不同的电压可产生不同频率的电压信号。因而，可通过引入开关控制的八个不同阻值的电阻来达到改变电压的目的！八个音符对应的频率值分别如下： 按键12345678音符1234567I频率值262294330349392440494520电路基本原理图多谐振荡的频率：f=1.43/(R+2R1)C)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，扬声器就可以发出类似电子琴的声音了。 单元电路设计与参数计算 1.单元电路 (1).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。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。 由555定时器构成的多谐振荡器如图1所示，R1，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R1，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）Vcc时，输出uo为低电平，放电管VT导通，把uc从（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc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=（R1R2）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电压总是在（1/32/3）Vcc 之间变化。图1（b）所示为工作波形。图1 555定时器构成的多谐振荡器电路及工作波形      集成555定时器有双极性型和CMOS型两种产品。一般双极性型产品型号的最后三位数都是555，CMOS型产品型号的最后四位数都是7555.它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。器件电源电压推荐为4512V，最大输出电流200mA以内，并能与TTL、CMOS逻辑电平相兼容。其主要参数见表8.1。555定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列分别如图【逻辑符号】 【内部原理图】Vi1（TH）：高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，标志为TH。Vi2（TR）：低电平触发端，简称低触发端，标志为TR。VCO：控制电压端。VO：输出端。Dis：放电端。Rd：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C1、C2；一个由与非门G1、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G3。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）。逻辑功能RSTTHTROUT0XX01>2/3VCC>1/3VCC01<2/3VCC>1/3VCC不变1<2/3VCC<1/3VCC11>2/3VCC<1/3VCC1在555定时器的VCC端1/3和地之间加上电压，并让VCO悬空，则比较器C1的同相输入端接参考电压1/3VCC，比较器C2反相输入端接参考电压2/3VCC ，为了学习方便，我们规定：当TH端的电压>1/3VCC时，写为VTH=1，当TH端的电压<2/3VCC时，写为VTH=0。当TR端的电压>2/3VCC时，写为VTR=1，当TR端的电压<1/3VCC时，写为VTR=0。 低触发：当输入电压Vi2<VCC2/3 且Vi1<1/3VCC时，VTR=0，VTH=0，比较器C2输出为低电平，C1输出为高电平，基本RS触发器的输入端TH=0、TR=1，经输出反相缓冲器后，VO1，T截止。这时称555定时器“低触发”； 保持：若Vi2>1/3VCC 且Vi1<2/3VCC，则VTR=1，VTH=0，基本RS触发器保持，VO和T状态不变，这时称555定时器“保持”。 高触发：若Vi1>2/3VCC，则VTH=1，比较器C1输出为低电平，无论C2输出何种电平，基本RS触发器,经输出反相缓冲器后，VO0；T导通。这时称555定时器“高触发”。555定时器的“低触发”、“高触发”和“保持”三种基本状态和进入状态的条件（即VTH、VTR的“0”、“1”）必须牢牢掌握。 VCO为控制电压端，在VCO端加入电压，可改变两比较器C1、C2的参考电压。正常工作时，要在VCO和地之间接001F（电容量标记为103）电容。放电管Tl的输出端Dis为集电极开路输出。2电路仿真：用PROTEUS进行设计Pcb版图4课程设计感言：课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，软件方面的应用已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域， 在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握各种软件的应用是十分重要的。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，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，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。这次课程设计我收获很多：（1） 根据指导教师布置的课题，我学会参考书籍，查阅手册、图表和搜集文献资料等。独立思考，深入钻研相关问题，提高了自己分析解决问题的能力。（2）通过对实际电路的分析和设计，更深入的理解和巩固了学过的理论知识，也掌握了设计电子电路的基本方法，为以后从事此类工作打下了一定的基础。（3）了解了与课题有关的电子线路以及相关元器件工程技术规范。（4）培养了严肃认真的工作作风和科学态度。