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1、 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
2、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
3、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
4、：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.
5、 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
6、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
7、，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
8、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R
9、2C0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
10、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）
11、，经反相缓冲器后，输出为0（低电平）。逻辑功能RSTTHTROUT0XX012/3VCC1/3VCC011/3VCC不变12/3VCC2/3VCC1/3VCC时，写为VTH=1，当TH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Vi2VCC2/3 且Vi11/3VCC 且Vi12/3VCC，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”、“
12、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。