1、河南城建学院河南城建学院电子技术基础课程设计题目：可编程音乐发生器姓 名： 洪帅 学 号：091412115专业班级： 0914121指导老师： _ 刘晓芳 _所在院系：电气与信息工程学院2014 年 6 月 19 日河南城建学院课程设计报告 1摘要本课程设计是可编程音乐发生器，根据音乐的几个音节频率的不同，设计的一个音乐音节发生器.全电路由三部分组成：以图 3.3 为主组成的音乐音节振荡器.有十六进制计数脉冲分配器 74LS161,74HC138 组成的切换电路和由图 3.1 组成的为图 3.2 提供时钟的时钟脉冲发生器.在音阶振荡器中，电阻 R11。R12 和电容 Cx 是决定电路振荡频率
2、的元件，在本电路中将 R11、R12 固定，通过改变 Cx 的数值来改变振荡频率。电路中，按照音乐的七个基本音阶，将 Cx 分成十二组，即 C5C 17，每一个电容可以组成十二个音阶中的一个音阶，十二个电容组成振荡电路的 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 。根据音乐音阶信号的分析测量，已知七个基本音阶的频率，可以算出每个电容的值。音阶振荡电路由 74LS161、74HC138 等组成，74LS161 是十六进制计数器，将信号脉冲转化为十二进制，再有 74HC138 与各个电容连接，因每个电容的容量不同，进而产生不同的信号传递到图 3.3 中。时钟脉冲振荡器是有 R1、R2、C 以
3、及 555 定时器组成的，由图 3.1 的管脚输入到图 3.2 中。在模拟仿真之中，打开开关，会听到音符的声音。河南城建学院本科课程设计报告2目录1 概述 .31.1 设计目的.31.2 设计要求.31.3 设计题目.32 系统总体方案及硬件设计 . .42.1 所用原件.42.2 结构框图.42.3 方案对比.43 各模块设计53.1 脉冲发生器.53.2 脉冲分配器.63.3 多谐振荡器.83.4 音乐功放.94 软件仿真.105 课程设计体会115.1 设计中遇到的问题115.2 设计体会116 参考文献.12河南城建学院本科课程设计报告31、概述1.1 设计目的为了加深学生对数字电子技
4、术的认识，提高学生的课程设计水平，加强学生的实验能力，学校开了“电子技术综合设计与实践”课程。本课程设计是在前导验证性认知实验基础上，进行更高层次的命题设计实验，要求学生在教师指导下独立查阅资料、设计、安装和调试特定功能的电子电路。培养学生利用模拟、数字电路知识，解决电子线路中常见实际问题的能力，使学生积累实际电子制作经验，目的在于巩固基础、注重设计、培养技能、追求创新、走向实用。1.2 设计要求1.以电子技术基础的基本理论为指导，将设计实验分为基础型和系统型两个层次，基础型指基本单元电路设计与调试，系统型指若干个模拟、数字基本单元电路组成并完成特定功能的电子电路的设计、调试；2.熟悉常用电子
5、仪器操作使用和测试方法；3.学习计算机软件辅助电路设计方法，能熟练应用电子线路 CAD 进行电路设计和印刷电路板的设计制作；4.学习电子系统电路的安装调试技术；5.拓展电子电路的应用领域，能设计、制作出满足一定性能指标或特定功能的电子电路设计任务。1.3 设计题目设计可编程音乐发生器。技术指标与要求：（1）可产生 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 等 12 个音调。（2）可循环重复播放某一乐曲。（3）要求使用 555 定时器、计数器。河南城建学院本科课程设计报告42、系统总体方案及硬件设计2.1 所用原件电源； 脉冲发生器 74LS161； 74HC138； 555 组成的多谐振
6、荡器； 功放器； 扬声器。2.2 结构框图脉冲分配器的系统硬件的结构框如图 2.2.1 所示。图 2.2.1 结构框图2.3 方案对比方案一：图 2.3.1 方案一方案二:图 2.3.2 方案二通过与同学的讨论和老师的交流，这两个方案都可行。但是通过这两个方案的比较，方案一比较简洁，所以我们选择方案一振荡器 脉冲信号 74161 计数器 计数信号74ls154 译码器 控制信号555 定时器及频率选择电路输出信号 扬声器脉冲发生器脉冲分配器多谐振荡器功放器 扬声器脉冲发生器脉冲分配器多谐振荡器功放器 扬声器河南城建学院本科课程设计报告53、各模块设计3.1 脉冲发生器A 1555_V IR T
7、U A LGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRIC 122 F C 20.01 FR 133.3k R 1451k 图 3.1 脉冲发生器脉冲发生器如图 3.1 所示，该电路为电路提供稳定脉冲信号。河南城建学院本科课程设计报告63.2 脉冲分配器U174LS161NQA 14QB 13QC 12QD 11RCO 15A3 B4C5 D6ENP7 ENT10LOAD9 CLR1CLK2U3A7412NU274HC138N_6VY0 15Y1 14Y2 13Y3 12Y4 11Y5 10Y6 9Y7 7A1 B2C3G16 G2A4G2B5U474HC138N_6VY0 15Y1 14Y
8、2 13Y3 12Y4 11Y5 10Y6 9Y7 7A1 B2C3G16 G2A4G2B5图 3.2 脉冲分配器脉冲分配器如图 3.2 所示，由一片 74LS161、两片 74HC138 等组成，74LS161将信号脉冲转化为十二进制，再有 74HC138 与各个电容连接，因每个电容的容量不同，进而产生不同的信号传递到 555 定时器。河南城建学院本科课程设计报告774LS161 是 4 位二进制同步加法计数器，除了有二进制加法计数功能外，还具有异步清零、同步并行置数 、保持等功能。（1）异步清零功能当 CR0 时，不管其他输人端的状态如何（包括时钟信号 CP），4 个触发器的输出全为零。（
9、2）同步并行预置数功能在 CR1 的条件下，当 LD0 且有时钟脉冲 CP 的上升沿作用时，D3，D2，D1，D0 输入端的数据将分别被 Q3Q0 所接收。由于置数操作必须有 CP 脉冲上升沿相配合，故称为同步置数。图 3-1 中 74LS161 将输出的信号脉冲经过与非门电路接入置数端，转化为十二进制计数器，再有 74HC138 连接。取两片 74HC138 扩展成一个 4 线-16 线译码器。取前十二位接入多谐振荡器河南城建学院本科课程设计报告83.3 多谐振荡器振荡器电路采用集成电路定时器 555 与 RC 组成多谐振荡器，如图 3.3 所示R110kR210kR310kR410kR51
10、0kR610kR710kR810kR910kR1010kLS1BUZZER1800 Hz Q12N2218Q22N2218Q32N2218Q42N2218Q52N2218Q62N2218Q72N2218Q82N2218Q92N2218Q102N2218C30.01FC4800FC5 0.028FC6 0.025FC7 0.023FC8 0.021FC9 0.019FC10 0.017FC11 0.016FC12 0.014FC13 0.013FC14 0.011FC16 0.010FC17 0.0095FR111k R121k Q112N2218Q 22N2218A2555_VIRTUALGN
11、DDISOUTRSTVCCTHRCONTRIR154.8k R1682k VCC12V图 3.3 多谐振荡器河南城建学院本科课程设计报告9电阻 R11 、R12 和电容 Cx 是决定电路振荡频率的元件，在本电路中将 R11、R12 固定，通过改变 Cx 的数值来改变振荡频率。电路中，按照音乐的七个基本音阶，将 Cx 分成七组，即 C4C lO，每一个电容可以组成十二个音阶中的一个音阶，十二个电容组成振荡电路的 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2。根据音乐音阶信号的分析测量，已知十二个音阶的频率分别为: 392.00Hz ,440.00Hz，493.88Hz,523.25Hz，587
12、.33Hz, 659.26Hz,698.47Hz ，783.99Hz，880.00Hz，987.77Hz，1046.50Hz，1174.66Hz。容量即可按照上述音阶对应的频率来计算确定。据 555 振荡电路的工作原理，音阶振荡器的振荡频率可由下式决定: PLPH121.43()fttRC通过计算，各音阶振荡频率对应的 Cx 的容量数值分别为:0.028uF，0.025uF，0.023uF，0.021uF，0.019uF，0.017uF，0.016uF，0.014uF，0.013uF，0.011uF，0.010uF，0.0095uF。3.4 音频功放在一定频率范围内，具有固定频率的振动就能产生
13、所要实现的音乐，因为它没有足够的驱动能力，这就需要音频功率放大电路。本例使用国家半导体公司的低压音频功率放大器 LM386 实现音频功放电路。LM386 具有以下功能特性。适合于电池工作; 使用外部元件少；供电范围宽： 412V 或者 518V;低静态电流消耗：4mA; 电压增益范围：20200V。LM386 的增益可调，它广泛用于各种音频电路中。河南城建学院本科课程设计报告104、软件仿真软件仿真如图 4.1 所示A1555_VIRTUALGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRIU174LS161NQA 14QB 13QC 12QD 11RCO 15A3 B4C5 D6ENP7 EN
14、T10LOAD9 CLR1CLK2U3A7412NU274HC138N_6VY0 15Y1 14Y2 13Y3 12Y4 11Y5 10Y6 9Y7 7A1 B2C3G16 G2A4G2B5U474HC138N_6VY0 15Y1 14Y2 13Y3 12Y4 11Y5 10Y6 9Y7 7A1 B2C3G16 G2A4G2B5R110kR210kR310kR410kR510kR610kR710kR810kR910kR1010kLS1BUZZER1800 Hz Q12N2218Q22N2218Q32N2218Q42N2218Q52N2218Q62N2218Q72N2218Q82N2218Q92
15、N2218Q102N2218C122FC20.01FC30.01FC4800FC5 0.028FC6 0.025FC7 0.023FC8 0.021FC9 0.019FC100.017FC11 0.016FC120.014FC130.013FC140.011FC16 0.010FC17 0.0095FR111k R121k R133.3k R1451k Q112N2218Q22N2218A2555_VIRTUALGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRIR154.8k R1682k VCC12V图 4.1 仿真软件河南城建学院本科课程设计报告115.课程设计体会5.1 设计过程中遇到的问
16、题及解决方法(1)如何实现 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 等 12 个音调，就此我们解决的方案是先从网上下载好音符频率然后计算出对应的电容，通过频率选择电路来实现所需音调。(2)再设计 555 多谐振荡器的时候，忘记考虑外加电源，一开始没有成功仿真，改正之后得到结果。(3)在连接电路的时候经常会出现接触不良的现象，这一点在仿真电路中表现的很严重，而且后果常常是很难查出问题所在。5.2 设计体会本次课程设计，在老师布置课题并讲解了基本原理后，我查阅了一些有关此设计的资料，并通过与同学交流经验和自学，以及向老师请教等方式，最终完成了此次课程设计。通过这次电子课程设计，对以前所学的
17、电路知识既是巩固又是发展，进一步理解并加深了对所学的模拟及数字电子技术的认识。体会到了理论与实际的不同点，及学习要理论与实际相结合，在锻炼动脑的同时练习动手能力。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能力。并且，我们在做设计的过程中发现了很多东西也知道了自己的不足之处，知道自己对以前所学过的知识理解的不够深刻，掌握的不够牢固。通过这次试验，我认为，不仅是做课程设计，无论做什么研究，都要有一种认真谨慎的学习态度。河南城建学院本科课程设计报告126.参考文献1数字电子技术基础（第五版）阎石 高等教育出版社2电工与数字电子实验 河南城建学院3数字电路逻辑与设计 许莉娅 北京理工大学出版社
