模電課程設(shè)計(jì)-簡易電子琴的設(shè)計(jì)

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1、武漢理工大學(xué)《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì)說明書1.模電課設(shè)概述現(xiàn)在的電子琴一般使用PCM或AWM采樣音源。所謂采樣就是錄制樂器的聲音，將其數(shù)字化后存入ROM里，然后按下鍵時(shí)CPU回放該音。甚至有一些高級編曲鍵盤可以使用外置采樣（比如Tyros3的硬盤音色）?，F(xiàn)代電子琴并非“模仿”樂器音色。它使用的就是真實(shí)樂器音色。當(dāng)然，現(xiàn)在力度觸感在電子琴里是必備的。而且現(xiàn)代電子琴還加上了老式電子琴的濾波器，振蕩器，包絡(luò)線控制來制造和編輯音色。甚至也帶上了老式電子琴的FM合成機(jī)構(gòu)。本次課程設(shè)計(jì)主要是通過對電子琴主體部分的電路進(jìn)行模仿設(shè)計(jì)，按下不同琴鍵改變RC值，發(fā)出C調(diào)的八個(gè)基本音階，采用運(yùn)算放大器構(gòu)成振蕩

2、電路，用集成功放電路輸出音調(diào)，從而達(dá)到電子琴固有的基本功能。2.Proteus軟件簡介Proteus軟件是由英國LabCenterElectronics公司開發(fā)的EDA工具軟件，由ISIS和ARES兩個(gè)軟件構(gòu)成，其中ISIS是一款便捷的電子系統(tǒng)仿真平臺軟件，ARES是一款高級的布線編輯器，它集成了高級原理布線圖、混合模式SPICE電路仿真、PCB設(shè)計(jì)以及自動(dòng)布線來實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus軟件的模擬仿真直接兼容廠商的SPICE模型，

3、采用了擴(kuò)充的SPICE3F5電路仿真模型，能夠記錄基于圖表的頻率特性、直流電的傳輸特性、參數(shù)的掃描、噪聲的分析、傅里葉分析等，具有超過8000種的電路仿真模型。Proteus軟件支持許多通用的微控制器，如PIC、AVR、HC11以及8051；包含強(qiáng)大的調(diào)試工具，可對寄存器、存儲器實(shí)時(shí)監(jiān)測；具有斷點(diǎn)調(diào)試功能及單步調(diào)試功能；具有對顯示器、按鈕、鍵盤等外設(shè)進(jìn)行交互可視化仿真的功能。此外，Proteus可對IARC-SPY、KEIL等開發(fā)工具的源程序進(jìn)行調(diào)試。此外，在Proteus中配置了各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、頻率計(jì)，便于測量和記錄仿真的波形、數(shù)據(jù)。3.簡易電子琴基本原理3.1音樂產(chǎn)生

4、原理由于一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個(gè)音階對應(yīng)著不同的頻率，這樣我16武漢理工大學(xué)《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì)說明書們就可以利用不同的頻率的組合，即可構(gòu)成我們所想要的音樂了。音調(diào)主要由聲音的頻率決定，樂音(復(fù)音)的音調(diào)更復(fù)雜些，一般可認(rèn)為主要由基音的頻率來決定，也即一定頻率的聲音對應(yīng)特定的樂音。在以C調(diào)為基準(zhǔn)音的八度音階中，所對應(yīng)的頻率如表1所示。如果能夠通過某種電路結(jié)構(gòu)產(chǎn)生特定頻率的波形信號，再通過揚(yáng)聲器轉(zhuǎn)換為聲音信號，就能制作出簡易的樂音發(fā)生器，再結(jié)合電子琴的一般結(jié)構(gòu)，就可實(shí)現(xiàn)電子琴的制作了。3.2設(shè)計(jì)原理3.2.1振蕩電路原理由于RC振蕩電路，一般用來產(chǎn)生1HZ~1MHZ范圍內(nèi)

5、的低頻信號；而LC振蕩電路一般用來產(chǎn)生1MHZ以上的高頻信號，由上表我們可以知道選擇RC振蕩電路。其基本電路為RC文氏電橋振蕩電路。圖1RC橋式震蕩電路RC橋式振蕩電路可以選出特定頻率的信號。理論推導(dǎo)過程如下：16武漢理工大學(xué)《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì)說明書即當(dāng)f0=1／(2πRC)時(shí)，輸出電壓的幅值最大，并且輸出電壓是輸入電壓的1／3，同時(shí)輸出電壓與輸出電壓同相。通過該RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)，可以選出頻率穩(wěn)定的正弦波信號，也可通過改變R，C的取值，選出不同頻率的信號。圖2所示為含外加信號的正弦波振蕩電路，其中A，F(xiàn)分別為放大器回路和反饋網(wǎng)絡(luò)的放大系數(shù)。圖2中若去掉Xi，由于反饋信號的補(bǔ)償作用

6、，仍有信號輸出，如圖3所示Xf=Xi，可得自激振蕩電路。自激振蕩必須滿足以下條件：16武漢理工大學(xué)《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì)說明書圖2正弦波震蕩電路圖3自激震蕩電路自激振蕩的初始信號一般較小，為了得到較大強(qiáng)度的穩(wěn)定波形，起振條件需滿足

7、AF

8、>1。在輸出穩(wěn)定頻率的波形前，信號經(jīng)過了選頻和放大兩個(gè)階段。具體來說，是對于選定的頻率進(jìn)行不斷放大，非選定頻率的信號進(jìn)行不斷衰減，結(jié)果就是得到特定頻率的穩(wěn)定波形。LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)之中。3.3方案設(shè)計(jì)3.3.1振蕩電路振蕩電路圖如圖4所示

9、16武漢理工大學(xué)《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì)說明書圖4振蕩電路圖選擇C1=0.1uF，R4=1kΩ，根據(jù)公式，結(jié)合表一，即可計(jì)算出八個(gè)音階對應(yīng)的電阻值，分別為R5=9.09KΩ，R6=10.34KΩ，R7=13.08KΩ，R8=16.15KΩ，R9=20.44KΩ，R10=23.26KΩ，R11=28.72KΩ，R12=36.34KΩ。選定R4≠R，且R4≤R(8)由式3推導(dǎo)可得：F=≈(9)則由式(8)及起