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简易电子琴电路的设计仿真与实现模拟电子技术基础
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简易电子琴电路的设计仿真与实现模拟电子技术基础
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武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书
1
课程设计任务书
学生姓名: 专业班级: 电信 班
指导教师: 工作单位: 信息工程学院
题 目: 简易电子琴电路的设计仿真与实现
初始条件:
可选元件:集成运算放大器 LM324、电阻、电位器、电容若干,直流电源 Vcc= +12V,或自备元器件。
可用仪器:示波器,万用表,直流稳压源,函数发生器
要求完成的主要任务:
(1)设计任务
根据已知条件,完成对简易电子琴电路的仿真设计、装配与调试。
(2)设计要求
①设计一简易电子琴电路,按下不同琴键即改变 RC 值,能发出 C 调的八个基本音阶, 采用运算放大
器构成振荡电路,用集成功放电路输出。 已知八个基本音阶在 C 调时所对应的频率如下表所列
C 调
1
2
3
4
5
6
7
i
f 0 /H Z
264
297
330
352
396
440
495
528
② 选择电路方案,完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理
图,阐述基本原理。
③ 安装调试并按规定格式写出课程设计报告书。
时间安排:
1、 2011 年 1 月 3 日 至 2011 年 1 月 7 日,完成仿真设计、制作与调试;撰写课程设计报告。
2、 2011 年 1 月 8 日提交课程设计报告,进行课程设计验收和答辩。
参考文献:
1) 吴友宇 主编, 《模拟电子技术基础》(第 1 版),清华大学出版社,2009
2) 康华光 主编, 《模拟电子技术基础》(第 5 版),高等教育出版社,2005
3) 陈大钦 主编, 《电子技术基础实验-电子电路实验、设计、仿真》 ,高等教育出版社,2002
指导教师签名: 年 月 日
系主任(或责任教师)签名: 年 月 日
武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书
2
目 录
1. 模电课设概述 ...................................3
1.1 设计背景
1.2 设计目的及意义
2. Proteus 软件简介 ................................4
3. 电子琴基本原理与方案设计 .......................5
3.1 音乐产生原理
3.2 设计原理
3.2.1 振荡电路原理
3.2.2 音频集成功率放大器原理
3.3 方案设计
3.3.1 振荡电路
3.3.2 集成功放电路
3.3.3 整体电路图
4. Proteus 原理图绘制 .............................12
4.1 选取元件
4.2 放置元件及排版
4.3 模拟及仿真
5. Proteus 电路仿真 ...............................14
6. 仿真结果分析 ..................................17
6.1 频率及放大倍数测量
6.2 理论比较
6.3 误差分析
7. 设计总结 ......................................18
8. 心得体会 ......................................19
9. 参考文献 ......................................20
10.元器件清单 ....................................21
11.自问自答 ......................................22
12.成绩评定表 ....................................23
武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书
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1. 模电课设概述
1.1 设计背景
电子琴是一种键盘乐器,采用半导体集成电路,对乐音信号进行放大,通过扬声器
产生音响。
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 Tyros 3 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。
1.2 设计目的及意义
1)培养学生正确的设计思想,理论联系实际的工作作风,严肃认真、实事求是的科
学态度和勇于探索的创新精神。
2)锻炼学生自学软件的能力及分析问题、解决问题的能力。
3)通过课程设计,使学生在理论计算、结构设计、工程绘图、查阅设计资料、标准
与规范的运用和计算机应用方面的能力得到训练和提高。
4)巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能。
5)为今后从事电子技术领域的工程设计打好基础基本要求。
武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书
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2.Proteus 软件简介
Proteus 软件是由英国 LabCenter Electronics 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 是世界上著名的 EDA 工具(仿真软件),从原理图布图、代码调试到单片机
与外围电路协同仿真,一键切换到 PCB 设计,真正实现了从概念到产品的完整设计。是
目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB 设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台,
其处理器模型支持 8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086 和
MSP430 等,2010 年即将增加 Cortex 和 DSP 系列处理器,并持续增加其他系列处理器模
型。在编译方面,它也支持 IAR、Keil 和 MPLAB 等多种编译器。
Proteus 软件的模拟仿真直接兼容厂商的 SPICE 模型,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 IAR
C-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。
武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书
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3. 简易电子琴基本原理
3.1 音乐产生原理
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
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。
3.2.1.1 RC 桥式振荡电路图
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