电子节拍器潘子仁.docx
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电子节拍器潘子仁.docx
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电子节拍器潘子仁
长沙学院
数电课程设计说明书
题目
电子节拍器设计
系(部)
电信系
专业(班级)
电气02班
姓名
潘子仁
学号
2011024215
指导教师
龙英刘亮陈希
起止日期
2013.6.16—2013.6.20
数字电子技术课程设计任务书(15)
系(部):
电子与通信工程系专业:
电气工程及其自动化指导教师:
陈希
课题名称
电子节拍器设计
设计内容及要求
〖基本要求〗
设计一个电子节拍器,要求本节拍器具有声光显示功能;设有2/4,3/4,4/4三档节拍转换开关,音响有强弱之分。
节拍速度连续可调。
〖主要参考元器件〗555:
CD4017,8050,LM386
设计工作量
1、系统整体设计;
2、系统设计及仿真;
3、在Multisim或同类型电路设计软件中进行仿真并进行演示;
4、提交一份完整的课程设计说明书,包括设计原理、仿真分析、调试过程,参考文献、设计总结等。
进度安排
起止日期(或时间量)
设计内容(或预期目标)
备注
第一天
课题介绍,答疑,收集材料
第二天
设计方案论证
第三天
进行具体设计
第四天
进行具体设计
第五天
编写设计说明书
教研室
意见
年月日
系(部)主管领导意见
年月日
长沙学院课程设计鉴定表
姓名
潘子仁
学号
2011024215
专业
电气工程及其自动化
班级
02
设计题目
电子节拍器设计
指导教师
陈希
指导教师意见:
评定等级:
教师签名:
日期:
答辩小组意见:
评定等级:
答辩小组长签名:
日期:
教研室意见:
教研室主任签名:
日期:
系(部)意见:
系主任签名:
日期:
说明
课程设计成绩分“优秀”、“良好”、“及格”、“不及格”四类;
目录
目录4
前言4
一、设计内容及要求6
二、系统的组成及工作原理6
三、电路方案设计6
四、实验调试及测试结果与分析9
4.1调试9
4.2测试结果与分析9
总结10
参考文献11
前言
电子节拍器是一种能在各种速度中发出一种稳定的节拍的电动或电子装置,作为一种节奏性乐器使用。
1696年巴黎人E.卢列创制第一架节拍器后,这种装置的种类很多,最普遍使用的是1816年由奥地利人J.N.梅尔策尔发明的节拍器。
梅尔策尔的节拍器外形呈现金字塔形,内部为时钟结构,有齿轮及发条,带动一摆杆,摆杆每次摆动结束时发出尖锐的“滴答”声,这些滴答声的速度可根据刻在摆杆上的游尺度上下移动摆锤,进行调整,其速度每分钟40~210拍。
约在1945年瑞士钟表业生产袖珍节拍器,形如挂表。
匈牙利作曲家G利盖蒂在《交响诗》中用过100个节拍器以不同的速度鸣响。
节拍器最早时期是机械式的利用的是机械发车节拍,随着科学技术的发展现今的节拍器都是电子式的,现代半导体和集成电路底节拍器不但功能强性能好而且还小巧灵便,携带起来很方便。
在不久的将来还会出现只能化的电子节拍器。
电子节拍器对初学者来说是最好的指导老师,是钢琴学习者的铺助工具,合理地运用它,可使学琴者克服练习中的障碍,清楚每首乐曲所需的基本速度,并且对初级学琴者建立一定的心理节奏感,养成良好的节拍习惯具有积极的帮助作用,同时也起到速度的参照作用、纠正速度的作用。
一、设计内容及要求
【基本要求】
要求本节拍器具有声光显示功能:
设有2/4,3/4,4/4三档节拍转换开关,音响有强弱之分。
节拍速度连续可调。
二、系统的组成及工作原理
本设计电路主要由四部分组成,分别是:
脉冲产生电路、节拍信号产生电路、灯光显示电路和发声电路。
节拍信号产生电路:
以脉冲信号作为输入信号产生节拍信号。
灯光显示电路:
灯光使用节拍信号控制。
发声电路:
利用功率较大的放大电路来驱动发生器,继而通过蜂鸣器产
声音。
首先由振荡电路产生一系列的脉冲信号,传至脉冲信号接收电路,通过接收脉冲信号电路对这一脉冲进行一系列的转换,使其能够产生不同的节拍,再将这些转换的脉冲信号传至蜂鸣器,使其能够发出不同的节拍来,同时连接四个发光二极管,以达到有灯光随节拍闪亮的效果。
三、电路方案设计
电路图如图3-1所示:
图3-1系统方案电路图
电路通过555自激振荡产生方波输出,其频率范围为570Hz-2800Hz,调节滑动变阻器可以使拍子在每分钟34至170次的范围内变化。
脉冲产生电路电路如图3-2所示。
图3-2脉冲产生电路图
节拍控制器由CD4017、C4、R11等组成。
其中脉冲分配器CD4Ol7,其十个输出端QO-Q9只有一个输出高电平,复位状态下QO输出高电平,在CP0端输入第一个脉冲后Ql输出高电平,输入第二个脉冲后Q2输出高电平,以此类推。
输入十个脉冲后电路又恢复到初始状态。
如果把某个输出端接到复位端MR,则当该输出端为高电平时电路即提前进入复位状态,我们正是利用这一特点通过开关接在不同的输出端上形成不同的节拍输出。
C4、R11组成开机复位电路。
节拍控制电路电路如图3-3所示:
图3-3节拍控制电路
声音控制电路电路如图3-8所示,当Q0、Q2、Q4、Q6其中一路输出高电平时,通过与其相连接的发光二极管再过R4连接到地从而同步发光显示,另外通过二极管与电阻相连,由于R5=200Ω与其他R6=R7=R8=1KΩ不相同,所以当Q0输出高电平时,声音控制信号输出的电流将大一些,发出重音,区别于其他低音信号。
声音控制信号输出以后通过三级管放大电路对其进行放大,再输出到蜂鸣器进行发声。
下面以2/4拍为例说明电路的工作原理:
在复位状态Q0输出高电平,通过R5电路发出一重音,LED1灯亮,R6、R7、R8中无电流通过。
CP0端输入第一个脉冲后QO输出低电平Q1输出高电平,电路没有输出。
输入第二个脉冲后Q2输出高电平,通过R6电路发出一低音,LED2灯亮,R5、R7、R8中无电流通过。
输入第三个脉冲后Q3输出高电平,电路没有输出。
输入第四个脉冲后,Q4输出高电平,通过开关又使MR端为高电平,脉冲分配器迅速进入复位状态。
如此周而复始,便可发出一强一弱的节拍声,3/4、4/4拍的工作原理可以此类推。
图3-4声光控电路
四、实验调试及测试结果与分析
4.1调试
(1)设计完电路领到元器件后,开始准备连接电路。
由于本次课程设计是两个同学一组,为确保两位同学都动手操作,作者与同组同学分工一人连接一半的电路,各自检查无明显错误后再将两部分电路连接起来。
为了在连线时不发生故障,作者与同组人遵循了以下原则:
在接线之前断开所有的电源,检查所需芯片和导线是否完好,参照电路图,先把芯片插座在电路板上进行布局,然后合理、有序的连接电路。
(2)连接完电路后,接通电源,发现节拍的速度非常快以至现象不明显以及蜂鸣器发出的声音太弱。
作者先检查了电路的连线以确保接触良好,结果无明显变化。
接着调节滑动变阻器,慢慢调大电阻的阻值发现节拍的速度逐渐慢下来,此时现象比较清晰。
由此同时也可以得出振动频率与电阻成反比。
然后作者更换了靠近二极管的电容的大小,将小电容换成了较大的电容,此时听见了蜂鸣器发出的清晰的声音。
4.2测试结果与分析
(1)将导线开关连在2/4拍,接通电源开关,蜂鸣器发出“强弱强弱”的节奏声,发光二极管D1和D2也随着节拍声交替发光,发出强音时D1亮,发出弱音时D2亮。
分析:
“强弱强弱”的节奏声正是2/4拍的节奏,说明电子节拍器能够正常发声和发光。
(2)将导线开关连在3/4拍,蜂鸣器发出“强弱弱强弱弱”的节奏声,发光二极管D1、D2和D3也随着节拍声交替发光,发出强音时D1亮,发出第一声弱音时D2亮,发出第二声弱音时D3亮。
分析:
“强弱弱强弱弱”的节奏声正是3/4拍的节奏,说明电子节拍器能够正常发声和发光。
(3)将导线开关连在4/4拍,蜂鸣器发出“强弱弱弱强弱弱弱”的节奏声,发光二极管D1、D2、D3和D4也随着节拍声交替发光,发出强音时D1亮,发出第一声弱音时D2亮,发出第二声弱音时D3亮,发出第三声弱音时D4亮。
分析:
“强弱弱弱强弱弱弱”的节奏声正是4/4拍的节奏,说明电子节拍器能够正常发声和发光。
(4)调节滑动变阻器可以改变节拍声节奏的快慢和发光二极管闪烁节奏的快慢,所以判定制作的电子节拍器的节拍速度连续可调。
以上测试结果表明该设计电路符合设计要求。
总结
本次课程设计我们投入了一周的时间,在此过程中我遇到较多的困难,从一开始我对节拍的一无所知到现在的马马虎虎,我已经感到很不错了,在选到这个课题后,真心不知道先该从哪里下手,需要哪些芯片和元器件。
后来通过查了资料以后我才有一个大致的思路,我首先需要的是脉冲源,所以得需要一个555芯片来产生一个矩形脉冲。
脉冲有了,接下来就需要个脉冲分配器,我们利用它的特点通过开关接在不同的输出端上形成不同的节拍输出。
再通过四个LED发出强弱光,还有就是通过运放放大,发出声音。
我觉的在课程设计实习中,我们在收获知识的同时,还收获了阅历,收获了成熟,在此过程中,我们通过查找大量资料,请教老师,以及不懈的努力,不仅培养了独立思考、动手操作的能力,在各种其它能力上也都有了提高。
更重要的是,在实验课上,我们学会了很多学习的方法。
而这是日后最实用的,真的是受益匪浅。
要面对社会的挑战,只有不断的学习、实践,再学习、再实践。
不管怎样,这些都是一种锻炼,一种知识的积累,能力的提高。
完全可以把这个当作基础东西,只有掌握了这些最基础的,才可以更进一步,取得更好的成绩。
很少有人会一步登天吧。
永不言弃才是最重要的。
这次课程设计结束了,在实习中不仅仅是检验我们说学到的知识,也培养我们如何去把握一件事,如何去做一件事,又如何完成一件事。
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练,是我们迈向社会,从事职业工作前一个比不可少的过程。
参考文献
[1]王毓银.《数字电路逻辑设计(脉冲与数字电路第三版)》.高等教育出版社.1999
[2]康华光.《电子技术基础模拟部分(第四版)》.高等教育出版社.1987
[3]吴汉清.《实用制作——电子节拍器》.电子制作2003年第10期
[4]曹汉房.《数字电路与逻辑设计基础》.电子工业出版社.2007年7月
[5][日]汤山俊夫,彭军(译)《数字电路设计与制作》.科学出版社.2005年4月
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