功能电路设计与制作
课程设计
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明
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专业班级：2015级机械电子工程
作品名称：基于ne555芯片简易电子琴（仿真）
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目录
1设计任务要求 (2)
1.1设计任务 (2)
1.2设计要求 (2)
2设计方案 (2)
2.1总体框图 (2)
2.2各模块以及功能 (3)
3 各模块具体设计 (3)
3.1按键模块设计 (3)
3.2频率产生模块设计 (3)
3.3扬声器模块 (4)
4 仿真调试 (4)
4.1仿真中的元器件选择 (5)
4.1.1根据555多谐震荡的原理选择电阻 (5)
4.1.2电容选择 (5)
4.2仿真调试 (5)
4.2.1组合并连接仿真图 (5)
4.2.2仿真频率 (6)
4.3电路板实物的焊接与测试 (8)
4.3.1实物的焊接 (8)
4.3.2实物的测试 (8)
结论 (9)
仿真电路图 (9)
实物图 (10)
Moyj
1设计任务要求
1.1设计任务
利用所学的逻辑代数、门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、脉冲波形的产生与整形、A/D转换与D/A转换等有关知识和常用仪器仪表使用、数字电路与功能电路测试、电路设计、电路制作与调试等技能设计出一个简易电子琴。

1.2设计要求
1）利用数字电路设计或单片机编程控制电路。

2）产生e调8个音阶的振荡频率，它分别由1、2、3、4、5、6、7、0号数字键控制。

3）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
4）做出电路板实物并具有仿真分析。

2设计方案
2.1 总体框图
输入按键开关通过音阶频率计算
出阻值
555震荡电路
扬声器
图1.1系统框图
本方案采用采用以数字电路知识为主的方法定制，选用基于555 集成定时器组成简易电子琴，整个电路由振荡器、扬声器和按键开关等部分组成。

振荡器是由555定时器的功能所形成，八个按键开关，外接瓷片电容C1、C2，外接电阻R8 以及R1-R7（用8 个通过计算出来的电阻调成所需电阻元件）等元件组成其他部分。

2.2 各模块以及功能
该电路包括按钮开关，定值电阻，555振荡器和扬声器三部分组成。

1按键模块：由八个按钮开关与各自的定值电阻串联在并联组成输入端。

2频率产生模块：根据定值电阻的不同输入，由555产生不同的信号频率。

3扬声器端口: 接受信号频率发出特定的频率。

3 各模块具体设计
3.1按键模块设计
按照设计要求设计了含有八个触摸式开关和定值电阻的按键模块，兼顾电源开关已经震荡电路中的RC电路中的电阻作用。

即通过按下不同的开关达到改变接人电阻的目的啊，从而改变震荡电路的频率，输出不同频率的电信号。

其结构如图3.1所示：
图3.1 按键模块图
3.2频率产生模块设计
图3.1仿真软件中的555定时器振荡电路
图3.2 555定时器构成的多谐振荡器电路及工作波形
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: T1=(R1+R2)Cln2≈0.7(R1+R2)C
放电时间: T1=R2Cln2≈0.7R2C
矩形波的振荡周期: T= 1 T + 2 T ≈0.7(R1+2R2)C
振荡频率: f=1/T
因此改变R1、R2 和电容 C 的值，便可改变矩形波的周期和频率。

3.3扬声器模块
图3.3.1扬声器模块
因为ne555芯片的输出电流足以驱动喇叭因此直接连接喇叭LS1。

4仿真调试
因本设计本身要求有稳定性高、免维护、抗干扰能力强等功能，系统调试除了验证数据处理的精度，确保判断的准确性外，同时必须确认各项功能的正常运行。

4.1 仿真中的元器件选择
4.1.1根据555多谐震荡的原理选择电阻
由上所述可知：555芯片输出端输出的频率计算公式为f=1.43/((R1+2R2)C) 再由下表所列的八个音阶分别对应的频率可以令R1为一固定阻值，通过开关调节的几个串联的电阻当做R2。

分别选用6个2千欧电阻，一个1千欧和一个十三千欧的电阻串联接于引脚6和引脚七。

4.1.2电容选择
通过计算可以得出6引脚所需电容为0.1μF。

输出端3接4.7μF电容。

根据以上选择计算实际频率与真实频率对比如下：
音阶真实频率/Hz 实际频率/Hz
1 261.6 269.81
2 293.7 291.83
3 329.6 317.77
4 349.2 348.64
5 392.0 486.48
6 440.0 433.33
7 493.9 493.10
i 523.3 529.62
4.2 仿真调试
4.2.1组合并连接仿真图
通过对要求的分析设计出电路的三个模块，并利用仿真软件proteus和Multisim选择电器元件，将三部分模块的电路图进行调试，其总体Multisim仿真图如图4.2.1.：
图4.2.1Multisim仿真图
在仿真过程中发现Multisim的喇叭仿真部分存在问题，即不能按频率发声，故又用proteus进行仿真，并成功驱动喇叭发出音阶。

4.2.2仿真频率
测试出各个按键的频率波形图如下：
音阶1:
音阶2
音阶3
音阶4：
音阶5：
音阶6：
音阶7：
音阶8：
通过示波器的图可以清晰的看到频率的变化，即每个音阶具有自己的频率。

再通过频率计测的频率与要求的频率在误差范围内，所以该电路正确有效。

4.3 电路板实物的焊接与测试
4.3.1实物的焊接
准在组装电路时因当注意：
1. 万能板的结构，正确使用万能板；
2. 应当注意各个芯片的工作原理和接脚，在连接电路之前查清每个芯片实际接脚；
3. 了解按键开关的工原理图，正确使用按键开关。

4.3.2实物的测试
1．检查电路连接是否正确。

根据原理检查电路连接是否正确，是否符合工作原理。

查看指导书看芯片引脚功能是否理解正确。

2.检验芯片是否已被损坏。

换一个芯片检验。

3.给电路通电，检查能否正常工作。

结论
在本次课程设计的过程中，我发现很多的问题，虽然是设计一个很简单的电路但是给我的感觉就是很难，很不顺手，要动手把它给设计出来，是很难的一件事，我们平时只注意理论要求并没有去实际中摸索，还有资料的查找也是一大难题。

同时，通过本次课程设计，巩固了我们学习过的专业知识，也使我们把理论与实践从真正意义上相结合了起来；考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料和组织材料的综合能力；从中可以自我测验，认识到自己哪方面有欠缺、不足，以便于在日后的学习中得以改进、提高；通过使用电路仿真软件Multisim 和proteus, 也让我们了解到计算机辅助设计的智能化,有利于提高工作效率。

仿真电路图
Proteus仿真图：
Multisim仿真图：
实物图。