模电课程设计-简易电子琴的设计

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1、武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书1.模电课设概述现在的电子琴一般使用PCM或AWM采样音源。所谓采样就是录制乐器的声音，将其数字化后存入ROM里，然后按下键时CPU回放该音。甚至有一些高级编曲键盘可以使用外置采样（比如Tyros3的硬盘音色）。现代电子琴并非“模仿”乐器音色。它使用的就是真实乐器音色。当然，现在力度触感在电子琴里是必备的。而且现代电子琴还加上了老式电子琴的滤波器，振荡器，包络线控制来制造和编辑音色。甚至也带上了老式电子琴的FM合成机构。本次课程设计主要是通过对电子琴主体部分的电路进行模仿设计，按下不同琴键改变RC值，发出C调的八个基本音阶，采用运算放大器构成振荡

2、电路，用集成功放电路输出音调，从而达到电子琴固有的基本功能。2.Proteus软件简介Proteus软件是由英国LabCenterElectronics公司开发的EDA工具软件，由ISIS和ARES两个软件构成，其中ISIS是一款便捷的电子系统仿真平台软件，ARES是一款高级的布线编辑器，它集成了高级原理布线图、混合模式SPICE电路仿真、PCB设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus软件的模拟仿真直接兼容厂商的SPICE模型，

3、采用了扩充的SPICE3F5电路仿真模型，能够记录基于图表的频率特性、直流电的传输特性、参数的扫描、噪声的分析、傅里叶分析等，具有超过8000种的电路仿真模型。Proteus软件支持许多通用的微控制器，如PIC、AVR、HC11以及8051；包含强大的调试工具，可对寄存器、存储器实时监测；具有断点调试功能及单步调试功能；具有对显示器、按钮、键盘等外设进行交互可视化仿真的功能。此外，Proteus可对IARC-SPY、KEIL等开发工具的源程序进行调试。此外，在Proteus中配置了各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、频率计，便于测量和记录仿真的波形、数据。3.简易电子琴基本原理3.1音乐产生

4、原理由于一首音乐是许多不同的音阶组成的，而每个音阶对应着不同的频率，这样我16武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书们就可以利用不同的频率的组合，即可构成我们所想要的音乐了。音调主要由声音的频率决定，乐音(复音)的音调更复杂些，一般可认为主要由基音的频率来决定，也即一定频率的声音对应特定的乐音。在以C调为基准音的八度音阶中，所对应的频率如表1所示。如果能够通过某种电路结构产生特定频率的波形信号，再通过扬声器转换为声音信号，就能制作出简易的乐音发生器，再结合电子琴的一般结构，就可实现电子琴的制作了。3.2设计原理3.2.1振荡电路原理由于RC振荡电路，一般用来产生1HZ~1MHZ范围内

5、的低频信号；而LC振荡电路一般用来产生1MHZ以上的高频信号，由上表我们可以知道选择RC振荡电路。其基本电路为RC文氏电桥振荡电路。图1RC桥式震荡电路RC桥式振荡电路可以选出特定频率的信号。理论推导过程如下：16武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书即当f0=1／(2πRC)时，输出电压的幅值最大，并且输出电压是输入电压的1／3，同时输出电压与输出电压同相。通过该RC串并联选频网络，可以选出频率稳定的正弦波信号，也可通过改变R，C的取值，选出不同频率的信号。图2所示为含外加信号的正弦波振荡电路，其中A，F分别为放大器回路和反馈网络的放大系数。图2中若去掉Xi，由于反馈信号的补偿作用

6、，仍有信号输出，如图3所示Xf=Xi，可得自激振荡电路。自激振荡必须满足以下条件：16武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书图2正弦波震荡电路图3自激震荡电路自激振荡的初始信号一般较小，为了得到较大强度的稳定波形，起振条件需满足

7、AF

8、>1。在输出稳定频率的波形前，信号经过了选频和放大两个阶段。具体来说，是对于选定的频率进行不断放大，非选定频率的信号进行不断衰减，结果就是得到特定频率的稳定波形。LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。3.3方案设计3.3.1振荡电路振荡电路图如图4所示

9、16武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书图4振荡电路图选择C1=0.1uF，R4=1kΩ，根据公式，结合表一，即可计算出八个音阶对应的电阻值，分别为R5=9.09KΩ，R6=10.34KΩ，R7=13.08KΩ，R8=16.15KΩ，R9=20.44KΩ，R10=23.26KΩ，R11=28.72KΩ，R12=36.34KΩ。选定R4≠R，且R4≤R(8)由式3推导可得：F=≈(9)则由式(8)及起