课程设计报告书之简易电子琴的设计.docx

南 昌 航 空 大 学

课程设计报告书

课题： 八音阶简易电子琴设计

学院： 测试与光电工程

专业： 生物医学工程 班级：140841班

指导老师： 艾信友

姓名： 李长海 学号：14084108

日期： 年 月 日

目录
前言---------------3
设计任务及要求--------------------------------------------4
方案的选择与论证-----------------------------------------5
原理框图及元器件选择-----------------------------------9
仿真图-------------------------------------------------------10
电路的焊接调试-----------------------------13
收获与体会及参考文献----------------------------------14

前言
电子琴作为一种乐器，对丰富人们的日常生活其着一定的作用，使人们的生活更加丰富多彩，对于缓解人们的紧张情绪，陶冶人们的情操等方面，作用自是不言而喻的。
电子琴结构简单，声源是利用文氏电桥RC震荡电路产生的自激震荡，并通过LM380音频功率放大器进行功率放大，驱动扬声器发出声音，由于一首音乐是由不同音阶组成的，而每个音阶对应着不同的频率，所以在整个设计过程中，利用RC串并联选频网络来选取对应的频率，并通过 8个按钮开关来实现音乐的演奏。
掌握最基本的简易电子琴的工作原理，有利于将来研究更高级的乐器，甚至前沿的电子技术，提高现代电子产品水平，更好的服务于社会，有着广大的发展前景和用途。

设计任务和要求
设计的任务和要求是：
1》 设计一个简易电子琴，产生E调8个音阶的震荡频率，对应1，2,3,4,5,6,7,0这8个音调，其频率分别为1:261.6HZ，2:293.6HZ，3:329.6HZ，4:349.2HZ，5:392.0HZ，6:440.0HZ，7:493.9HZ，0:523.0HZ。
2》 利用集成功放放大该信号，驱动扬声器。
3》 通过RC选频网络来选取对应的频率，生成不同的频率声音。

方案的选择与论证

方案一：用两个三极管组成多谐振荡器，用它来发出所要音频的频率，最后连接到扬声器组成基本电路。此方案虽然可行，但是扬声器的声音不大，效果不是很真实，所以不采用此方案。

图--仿真电路图（一）
该种方案的频率计算公式是：f=1/0.639[(R1+Rx)*C1+(R2+Rx)*C2].

方案二：用RC串并联选频网络作主震荡电路和LM380芯片作功放完成，通过RC回路中不同的电阻值可得到想要的频率。

图——仿真电路图（2）

方案的分析与论证
通过方案1与方案2的multisim仿真结果证明，用方案2的方法制作电子琴结构简单，而且成本低廉，符合C调基准音标准。此外RC串并联振荡器调节方便，调节范围也较宽。
综上所述，选择方案二更佳。

方案二参数计算：
取R9=200Ω，C=C1=C2=0.33uf，R12/R11是放大一定的倍数，只要选取合理即可，我选取R12=5.5k，R11=3.5k
根据RC串并联的频率计算公式
f=12ΠCR9Rx
算得各音调对应的阻值为：

元件/Rx
R8
R7
R6
R5
R4
R3
R2
R1
阻值/kΩ
12.8
10.8
8.8
7.6
6.5
5.3
4.25
3.8
频率/HZ
261.6
293.6
329.6
349.6
392.0
440.0
493.9
523.0
主震荡回路：

图——
音频功放回路：

图——音频功放外部管脚接线图
注：功放芯片选择LM380，也可选择LM386的一些常用音频功放芯片，但在连接时应注意其管脚的接法。multisim仿真时扬声器用蜂鸣器代替。

喇叭

音频功放
运算放大
RC选频网络
原理框图

一 二 三 四

说明
一：选出所需的频率

二：构成一般负反馈回路，放大一定的倍数

三：放大音频信号

四：驱动扬声器发出声音

元器件选择
该设计用到两块主要的芯片，一个是运放741，另一个是音频功放LM380，选择8管脚的，扬声器选择2W，8Ω的，其耐压值为4V，电位器适中即可，用于调节音量的大小。其他的电阻和电容按照规格即可。

仿真图
“1”音调

“2”音调

“3”音调

“4”音调

“5音调”

“6”音调

“7音调”

“0”音调

由仿真图知，音调越高，波形越密，周期越短，正好符合E调八音阶规律。

电路的焊接调试
电路图仿真没问题，花了两天的时间按照电路图焊接板子及调试完成，在调试过程中，遇到以下几个问题：
1> 接上电源，电路无响应，喇叭不发出声音；
解决措施：认真检查电路，发现运放741的同相和反相输入端接反了；
2> 进一步改进之后，接上正负12V电源，电路工作，但是芯片和喇叭异常的发烫，声音很大；
解决措施：进一步调试发现是由于电压过大导致的，将电压从原来的12V换为5V，工作正常；
3> 最后的问题是发出的声音不清晰，噪声较大
解决措施：在输出端接上一个滤波电容，一切就OK了。

收获与体会
在这次模拟电路课程设计中，从拿到题目到请教询问指导老师，网上，图书馆查阅资料，渐渐熟悉掌握了设计简易电子琴的原理并确定总设计电路图。通过对电路图进行multisim仿真，让我也仅一步的熟悉这款软件的应用功能，掌握了741和lm380的工作原理和外部接线图及管脚功能。
由于本设计是基于RC文氏震荡的工作原理，通过计算频率值，对老师以前讲的理论知识有了更深的领悟，如醍醐灌顶一般，突然明白了很多的知识点，能很好地将理论与实际相结合。
最重要的一点当然是实际动手操作能力的提升，通过自己动手焊接电路板，习得焊接过程中的一些小技巧，比如如何走锡连线才不会出现虚焊，如何安排跳线，布局等，这是十分有意思的。
当然，这次课设还存在一些小问题，比如电源只能用实验电源，没设计引出移动电源接口，希望后期能进一步完善。这次选用的扬声器功率低，耐压值不是很高，只有4V，因此，可以改进换一个耐压性能更好的，这样在保证不烧坏喇叭的前提下，可以听到清脆悦耳的音调。
参考文献
《电子技术基础模拟部分》（第五版）康华光主编

《电子技术实践基础》沈小丰主编

14