數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)--自動(dòng)奏樂器設(shè)計(jì)

1、<p>　　數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　設(shè)計(jì)課題：自動(dòng)奏樂器設(shè)計(jì)1 </p><p>　　專業(yè)班級： 13電信本 </p><p>　　學(xué)生姓名： 某某 </p><p>　　學(xué)　　號：　 　　　　　&l

2、t;/p><p>　　指導(dǎo)教師： 某某 </p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間： </p><p><b>　　自動(dòng)奏樂器設(shè)計(jì)1</b></p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求</b></p><p>　　1．開

3、機(jī)能自動(dòng)奏一個(gè)樂曲，可以反復(fù)演奏； </p><p><b>　　2．速度可變；</b></p><p><b>　　3．并顯示樂譜；</b></p><p><b>　　二、方案設(shè)計(jì)與論證</b></p><p>　　1、方案一、用8個(gè)NE555做8個(gè)頻率不同的振蕩器做8個(gè)音

4、符，再并聯(lián)輸入到揚(yáng)聲器播放</p><p>　　圖2-1（方案一方框圖）</p><p>　　缺點(diǎn)是沒有播放音符的顯示電路，同時(shí)會一直循環(huán)播放，沒有停止功能,無法有效地實(shí)現(xiàn)題目所要求的功能，所以不選擇此方案。</p><p>　　2、方案二、主要利用8選一數(shù)據(jù)選擇器來實(shí)現(xiàn)播放哪一個(gè)音符，同時(shí)用8進(jìn)制計(jì)數(shù)器來產(chǎn)生地址碼來實(shí)現(xiàn)選擇，同時(shí)產(chǎn)生的8421碼輸入到cd4511

5、里進(jìn)行譯碼顯示。</p><p>　　圖2-2（方案二方框原理圖）</p><p>　　通過分析，結(jié)合設(shè)計(jì)電路性能指標(biāo)、以及電路有顯示播發(fā)的音符是哪一個(gè)的優(yōu)點(diǎn)，和播發(fā)可以暫停以及可調(diào)速度的功能，綜合這些優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)基本要求，則本設(shè)計(jì)電路選擇方案二進(jìn)行焊接測試。</p><p>　　三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算</p><p><b>

6、　　555定時(shí)器</b></p><p>　　555集成 時(shí)基電路稱為集成定時(shí)器，是一種數(shù)字、模擬混合型的中規(guī)模集成電路，其應(yīng)用十分廣泛。外形為雙列直插8腳結(jié)構(gòu)，體積很小，使用起來方便。只要在外部配上幾個(gè)適當(dāng)?shù)淖枞菰?，就可以?gòu)成史密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及自激多諧振蕩器等脈沖信號產(chǎn)生與變換電路。它在波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制、定時(shí)電路、家用電器、電子玩具、電子樂器等方面有廣泛的應(yīng)用。</p&

7、gt;<p>　　該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧 和施密特觸發(fā)器，因而廣泛用于信號的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。它的內(nèi)部電壓標(biāo)準(zhǔn)使用了三個(gè)5K的電阻，故取名555電路。其電路類型有雙極型和CMOS型 兩大類，兩者的工作原理和結(jié)構(gòu)相似。幾乎所有的雙極型產(chǎn)品型號最后的三位數(shù)碼都是555或556；所有的CMOS產(chǎn)品型號最后四位數(shù)碼都是7555或 7556，兩者的邏輯功能和引腳排列完全相同，易于互換。

8、555和7555是單定時(shí)器，556和7556是雙定時(shí)器。雙極型的電壓是+5V~+15V，輸 出的最大電流可達(dá)200mA，CMOS型的電源電壓是+3V~+18V。</p><p>　　圖8-1 555定時(shí)器內(nèi)部框圖</p><p>　　555電路的工作原理</p><p>　　555電路的內(nèi)部電路方框圖如圖8-1所示。它含有兩個(gè)電壓比較器，一個(gè)基本RS觸發(fā)器，一個(gè)放

9、電開關(guān)T，比較器的參考電壓由三只5KΩ的電阻器構(gòu)成分壓，它們分別使高電平比較器A1同相比較端和低電平比較器A2的反相輸入端的參考電平為和。A1和A2的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號輸入并超過時(shí)，觸發(fā)器復(fù)位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時(shí)放電，開關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號自2腳輸入并低于時(shí)，觸發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同時(shí)放電，開關(guān)管截止。</p><p>　　是復(fù)位端，當(dāng)其為0時(shí)，55

10、5輸出低電平。平時(shí)該端開路或接VCC。</p><p>　　Vc是控制電壓端（5腳），平時(shí)輸出作為比較器A1的參考電平，當(dāng)5腳外接一個(gè)輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實(shí)現(xiàn)對輸出的另一種控制，在不接外加電壓時(shí)，通常接一個(gè)0.01uf的電容器到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。</p><p>　　T為放電管，當(dāng)T導(dǎo)通時(shí)，將給接于腳7的電容器提供低阻放電電路。&l

11、t;/p><p>　　多諧振蕩器的工作原理</p><p>　　多諧振蕩器是能產(chǎn)生矩形波的一種自激振蕩器電路，由于矩形波中除基波外還含有豐富的高次諧波，故 稱為多諧振蕩器。多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，在自身因素的作用下，電路就在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之 間來回轉(zhuǎn)換，故又稱它為無穩(wěn)態(tài)電路。</p><p>　　如圖8-4，由555定時(shí)器和外接元件R1、R2、C構(gòu)成多諧振蕩器，

12、腳2與腳6直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外接觸發(fā)信號，利用電源通過R1、R2向C充電，以及C通過R2向放電端放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容C在和之間充電和放電，從而在輸出端得到一系列的矩形波，對應(yīng)的波形如圖8-5所示。</p><p>　　圖8-4 555構(gòu)成多諧振蕩器 圖8-5 多諧振蕩器的波形</p><p>　　輸出信號的時(shí)間參數(shù)是： T=&l

13、t;/p><p>　　=0.7（R1+2R2）C</p><p><b>　　=0.7R2C</b></p><p>　　其中，為VC由上升到所需的時(shí)間，為電容C放電所需的時(shí)間。</p><p>　　555電路要求R1與R2均應(yīng)不小于1KΩ，但兩者之和應(yīng)不大于3.3MΩ。</p><p>　　外部元件

14、的穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器的穩(wěn)定性，555定時(shí)器配以少量的元件即可獲得較高精度的振蕩頻率和具有較強(qiáng)的功率輸出能力。因此，這種形式的多諧振蕩器應(yīng)用很廣。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)原理：</b></p><p><b>　　1、直流電源設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　圖3-1電源原理圖</b&g

15、t;</p><p>　　利用LM317的可調(diào)電壓功能，調(diào)節(jié)R1的阻值，使得輸出為5v電壓。公式U0=(1+R1/R2)*1.25V</p><p><b>　　2、時(shí)鐘產(chǎn)生電路</b></p><p>　　圖3-2震蕩電路（時(shí)鐘產(chǎn)生電路）</p><p>　　頻率設(shè)置公式T=2.2*R2C1通過該變R2或者改變C1該

16、變信號的頻率，7個(gè)頻率的參數(shù)設(shè)置可以為R21=22K，R22=33K，R23=44K，R24=50K，R25=70K，R26=80K，R27=90K。同樣可以改變電容c1的值來實(shí)現(xiàn)8個(gè)頻率的不同。C1的值選擇2.2uf，3.3uf，4.7uf，或0.1uf（高頻率是使用）</p><p>　　3、8進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路加數(shù)顯電路</p><p>　　圖3-3八進(jìn)制計(jì)數(shù)器加顯示電路</p&g

17、t;<p>　　主要由一個(gè)74160構(gòu)成的八進(jìn)制計(jì)數(shù)器產(chǎn)生地址碼實(shí)現(xiàn)，計(jì)數(shù)器ABCD端置0，計(jì)數(shù)器初時(shí)狀態(tài)為0，開始計(jì)數(shù)，計(jì)到第七個(gè)CP信號完成時(shí)置數(shù)端有效，計(jì)數(shù)器回到初時(shí)狀態(tài)0。再通過CD4511譯碼在數(shù)碼顯示管上顯示樂譜，并且輸入到8選一數(shù)據(jù)選擇器利用74LS151進(jìn)行選擇輸出和循環(huán)。</p><p><b>　　4、功能電路</b></p><p>

18、;　　圖3-2 功能電路圖</p><p>　　音符的輸出主要由一個(gè)74151數(shù)據(jù)選擇器來實(shí)現(xiàn)的，從而達(dá)到7個(gè)音符的循環(huán)播放輸出。利用八選一數(shù)據(jù)選擇器選擇輸出來實(shí)現(xiàn)7個(gè)音符的輸出，ABC是數(shù)據(jù)選擇器的地址編碼，這樣就由數(shù)據(jù)選擇器選擇輸出每個(gè)確定狀態(tài)對應(yīng)的音符。使用T觸發(fā)器的作用是為使占空比為1：1，輸出到一個(gè)ＴＦＦ調(diào)節(jié)占空比后再送到揚(yáng)聲器輸出端。</p><p>　　音符對應(yīng)的頻率如下

19、表所示：</p><p>　　四、總原理圖及元器件清單</p><p>　　1．總原理圖（不包括8個(gè)音符產(chǎn)生電路）</p><p>　　圖4-1 總電路圖（不包括8個(gè)音符產(chǎn)生電路音符產(chǎn)生電路如圖3-1所示） </p><p><b>　　2．元件清單</b></p><p><b>　　

20、五、安裝與調(diào)試</b></p><p><b>　　1.電路安裝</b></p><p>　　買好設(shè)計(jì)所需要的器材,按電路原理圖焊接電路板。</p><p><b>　　2.電路調(diào)試</b></p><p>　　a．接自制電源或在實(shí)驗(yàn)箱上接通電源。</p><p>

21、;　　b．先測試計(jì)數(shù)數(shù)顯電路，觀察有沒有完成8進(jìn)制計(jì)數(shù)。</p><p>　　c．測試8個(gè)音符的頻率是否不同，如果相同則進(jìn)行重新修改電路。</p><p>　　d．接入測試號的8個(gè)音符到功能電路中完成最終測試。</p><p><b>　　六、性能測試與分析</b></p><p>　　1.直流電源測試與分析</p

22、><p><b>　?。?）測試步驟</b></p><p>　　①將UI=220V,f0=50Hz接入電路板；②觀察兩個(gè)發(fā)光二極管是否有亮；③若兩個(gè)發(fā)光二極管都亮，則用萬用表交流電壓檔測降壓后的電壓U1；④用萬用表直流電壓檔測濾波后電壓U4（由于接入了濾波電路所以整 流電壓等于U2）;⑤用萬用表直流電壓檔測輸出的正負(fù)電壓Uo.</p>

23、<p><b>　?。?）測試數(shù)據(jù)</b></p><p>　　U1=13.5 V U2=20.5V</p><p>　?。?）數(shù)據(jù)處理及誤差計(jì)算</p><p>　　1.變壓器的副邊輸出電壓為13.5V          

24、理論 U=13V</p><p>　　η1=(13-13.5)/13*100%=3.8%</p><p>　　2.整流濾波電壓穩(wěn)壓管的輸入電壓均為17.5V   理論 U=18V </p><p>　　η2=（18-17.5）/18*100%=2.7% </p><p>&

25、lt;b>　　3.穩(wěn)壓管輸出電壓</b></p><p><b>　　UO=3~18v</b></p><p>　　（4）結(jié)論分析（包含誤差分析）</p><p><b>　　A．結(jié)論</b></p><p>　?、偌芍绷鞣€(wěn)壓電路由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路組成；

26、②電源變壓器起降壓作用；③整流電路將正弦波電壓轉(zhuǎn)換為單一方向的脈動(dòng)電壓；④濾波電路減小電壓的脈動(dòng)，使輸出電壓平滑；⑤穩(wěn)壓電路使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)和負(fù)載電阻變化的影響；⑥在誤差允許的范圍內(nèi)，濾波后電壓等于降壓后的1.2倍；整流后電壓 等于降壓后的0.9倍。</p><p><b>　　B．誤差分析 </b></p><p>　　1．電路板上

27、所用的各元件并不是完全和我們所計(jì)算的理論值相等，大小有不同。</p><p>　　2. 導(dǎo)線接觸不良或?qū)Ь€本身有電阻引起誤差；</p><p>　　2.功能電路測試與分析</p><p><b>　　1． 功能電路測試</b></p><p><b>　　測試步驟</b></p>&l

28、t;p>　　接通電源，打開開關(guān)，測試8個(gè)音符電路的頻率是否相同。</p><p>　　測試計(jì)數(shù)器是否是0~7計(jì)數(shù)。</p><p>　　當(dāng)調(diào)節(jié)電位器時(shí)觀察計(jì)數(shù)快慢的變化，有沒改變，同時(shí)聽播放速度有沒有隨之變化。</p><p><b>　　測試數(shù)據(jù)</b></p><p>　　a．音符F1：20HZ F2：40

29、HZ F3：60HZ F4：100HZ F5：90HZ F6：F7：110HZ。</p><p>　　b．計(jì)數(shù)器按0~7計(jì)數(shù)并顯示。</p><p>　　c．當(dāng)調(diào)節(jié)電位器計(jì)數(shù)顯示變快時(shí)，同時(shí)播放速度也變快，達(dá)到題目要求。調(diào)試成功。</p><p><b>　　（3）結(jié)論分析</b></p><p>　　電路實(shí)現(xiàn)

30、了開機(jī)自動(dòng)播放7個(gè)音符的自動(dòng)奏樂功能，當(dāng)接通電源，蜂鳴器會按輸入的7個(gè)音符按順序不停的播放。當(dāng)按下快速檔后計(jì)數(shù)變快，播放也變快，這是由于輸入時(shí)鐘的頻率變大而引起的，當(dāng)CLK的頻率變大后計(jì)數(shù)加快，輸出的ABC，三個(gè)地址碼的輸出也加快，8選一的選通輸出也加快，播放就隨之加快。</p><p><b>　?。?）誤差分析</b></p><p>　　1電路板上所用的各元件并

31、不是完全和我們所計(jì)算的理論值相等，大小有不同，不夠精確導(dǎo)致誤差。</p><p>　　2. 導(dǎo)線接觸不良或?qū)Ь€本身有電阻引起誤差；</p><p>　　六、實(shí)驗(yàn)中遇到的問題</p><p>　　1、開始時(shí)音樂演奏速度太快，通過多次降低CLK的頻率將速度變慢，才得到了相對比較好的演奏效果。</p><p>　　2、卡諾圖化簡為最簡式時(shí)是通過真值

32、表的形式將Q0~Q4轉(zhuǎn)化為ABC表示的，化簡出的表達(dá)式非常的復(fù)雜，容易化簡錯(cuò)，從而導(dǎo)致電路圖的連接特別容易錯(cuò)誤，可以適當(dāng)采用工具。</p><p>　　3實(shí)際頻率設(shè)計(jì)的與理論有差別，導(dǎo)致聲音不是很清晰。</p><p><b>　　七，作品圖片展示</b></p><p><b>　　七、結(jié)論</b></p>

33、<p>　　這次課程設(shè)計(jì)，我是先從簡單的幾個(gè)音符的分頻開始做，之后又參考了一些以前同學(xué)做過的資料，才得以日益完善自己的電路設(shè)計(jì)，細(xì)細(xì)推敲，一步一步的上手。從最初的一點(diǎn)點(diǎn)想法，到最后一個(gè)規(guī)模龐大的電路，終于電路大功告成了。且每次改動(dòng)電路圖后都要重新編譯，完成新的波形仿真，一個(gè)小小的錯(cuò)誤就會導(dǎo)致整個(gè)電路無法正常運(yùn)行。設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的種種問題讓我明白，出現(xiàn)任何一點(diǎn)小的誤差就會導(dǎo)致整個(gè)文件系統(tǒng)的編譯出現(xiàn)錯(cuò)誤提示。經(jīng)過反復(fù)調(diào)試，但總是

34、發(fā)出刺耳的聲音，后多次調(diào)解CP1的頻率才得到音符。這次課設(shè)，我遇到了不少的麻煩，當(dāng)遇到不懂的、不會的問題，要自己看書溫故知新，要不恥下問請教同學(xué)，要請教老師指點(diǎn)迷津。通過自己的努力和老師，同學(xué)的幫助，最終都被一一解決。以后要善于思考，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，才能更好的做出滿意的設(shè)計(jì)。</p><p>　　通過對自動(dòng)奏樂器的設(shè)計(jì)，我還認(rèn)識到了“理論聯(lián)系實(shí)際”這句話的重要性與真實(shí)性。而且通過對此課程的設(shè)計(jì)，我不但知道了以

35、前不知道的理論知識，而且也鞏固了以前知道的知識。最重要的是在實(shí)踐中理解了書本上的知識，明白了學(xué)以致用的真諦。也明白老師為什么要求我們做好這個(gè)課程設(shè)計(jì)的原因。他是為了教會我們?nèi)绾芜\(yùn)用所學(xué)的知識去解決實(shí)際的問題，提高我們的動(dòng)手能力。在整個(gè)設(shè)計(jì)到電路的焊接以及調(diào)試過程中，我個(gè)人感覺調(diào)試部分是最難的，因?yàn)槟憷碚撚?jì)算的值在實(shí)際當(dāng)中并不一定是最佳參數(shù)，我們必須通過觀察效果來改變參數(shù)的數(shù)值以期達(dá)到最好。而參數(shù)的調(diào)試是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)的積累過程，沒有經(jīng)驗(yàn)是不可

36、能在短時(shí)間內(nèi)將其完成的。</p><p>　　在課程設(shè)計(jì)時(shí)我發(fā)現(xiàn)影響電路正常工作的一些原因，其中電源就會影響電路正常工作，特別是在用CMOS的非門做震蕩電路時(shí)，會影響產(chǎn)生的脈沖的穩(wěn)定性，而且在計(jì)數(shù)器工作時(shí)，如果電源不合適則不會正常計(jì)數(shù)。所以在設(shè)計(jì)電路時(shí)電源要選擇合適。還要注意的是，在電源接入器件時(shí)最好加一個(gè)電容接地，過濾掉交流成分。</p><p>　　在焊接時(shí)要注意不要用手去接觸萬用板上

37、的銅片，避免氧化導(dǎo)致焊接好之后不能良好的接觸，</p><p>　　這次數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)了我們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，對待事情的恒心和耐心，不急不躁，每個(gè)模塊都需要精心設(shè)計(jì)，不能有一絲的馬虎，要始終保持一顆平靜的心。也使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。</p><p>

38、　　最后，希望今后學(xué)校和學(xué)院多給我們安排這樣非常有意義的課程設(shè)計(jì)。感謝在課設(shè)中老師們付出的辛勤勞動(dòng)和對我們的耐心幫助，感謝同學(xué)對我的鼓勵(lì)和建議，讓我順利完成了數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)！</p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1、《電子設(shè)計(jì)與制作基礎(chǔ)》 王港元 江西科學(xué)技術(shù)出版社</p><p>　　2、《電子線路設(shè)計(jì)