学位论文-—电子节拍器

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1、 课程设计报告课程设计名称： 电子课程设计 课程设计题目： 电子节拍器 学 院 名 称： 信息工程学院 数字电路 课程设计任务书15 16 学年 第 1学期第 2 周 3 周 题目电子节拍器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。主要参考元器件555：CD4017，8050，LM386进度安排1. 设计、仿真、画PCB线路板图、领元器件：5天；2. 制作、焊接：3天3调试：6天4. 验收：1天5. 提交报告：2015-2016学年第一学期4-6周学生姓名：指导时间：第13周指导地点：E 610 室任务下达 1

2、5年 9 月 7 日任务完成15年 9 月 25 日考核方式1.评阅 2.答辩 3.实际操作 4.其它指导教师张小林系（部）主任注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。2摘 要当今乐器的发展变化越来越快，歌曲的演奏离不开乐器，而电子节拍器作为一种节拍可调、声音悦耳、成本低、容易自制、调试简单的元器件而被被广泛应用于各种电子乐器当中。本次课题设计的目的是：设计一电子节拍器，要求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。本次设计以NE

3、555芯片和CD4017芯片组成振荡电路,驱动发光二极管发光和蜂鸣器发出声音，达到声音和发光同步。CD4017组成的节拍选择控制电路。当开关与不同的管脚接通时，就会有不同的节拍。该节拍器的设计采用模块化结构，有3个模块即节拍脉冲模块、节拍选择控制模块、以及声光同步显示模块组成。此电路是以NE555及CD4017构成振荡器产生节拍脉冲，并将脉冲输入到CD4017构成的节拍选择控制开关，此电路是以NE555构成自激振荡器产生脉冲，并将脉冲输入到蜂鸣器产生节拍的声音,及驱动发光二级管,达到声光同步显示效果。在三周的时间内，通过作者与同组人的共同努力和在指导老师的帮助下，借助学校图书馆，网络等各种信息

4、平台收集资料，经过分析，提炼，转变成自己的研究成果。通过本次设计，使作者明白了一般电子产品的设计及制作过程，加深了对专业基础课的认识，以及对所学课程的实际应用有了一个更深的理解，促进了对所学专业的热爱。关键字：节拍器，脉冲信号，声光显示，蜂鸣器目录前言1第一章 设计要求21.1设计基本要求2第二章 设计方案的选择32.1方案设计32.2方案比较4第三章 系统的设计及仿真5 3.1脉冲产生电路7 3.2节拍信号产生电路 7 3.3声光显示电路10第四章 实验、调试及结果分析13 4.1试验及调试104.2测试结果与分析10第五章 收获与体会13 参考文献17附录一 元件清单18附录二 总设计图1

5、9附录三 实物图20附录四 PCB制图21前 言现代音乐的发展以及音乐对人们生活的重要影响，使得乐器发展变得更加迅猛，人们对乐器的要求越来越高。人们希望乐器的发展能够实现智能化及人性化，而节拍器则是乐器当中必不可少的元器件。而作为一名二十一世纪的大学生，不仅仅要将理论知识学会，更为重要是要将所学知识用于实际生活中，使理论与实际能够联系起来。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“滴哒”声，这些滴哒声的速度

6、可根据刻在摆杆上的游尺刻度上下移动摆锤，进行调整，其速度每分钟40210拍。约在1945年瑞士钟表业生产有袖珍节拍器，形如挂表。以前的节拍器繁琐复杂且不可调，而现在发展了一种新型的节拍器电子节拍器，电子节拍器是一种新颖的节拍器，它具有应用范围广、节拍可调，声音悦耳、成本低、容易自制、调试简单等优点。学习了两年的专业基础课，学院为了检验学生对专业基础课知识的了解和实际动手能力，在大三上学期安排了这次电子课程设计。本次课程设计的主要目的是检验学生理论结合实际的能力，分析和处理问题的能力。通过这样的课程设计，提高学生对专业基础课的学习兴趣，提高学生实际操作能力，使学生受益匪浅。 第一章 设计要求1.

7、1 设计基本要求本节拍器具有声光显示功能，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。 1、节拍器实现具有声光显示功能：以NE555芯片和CD4017芯片组成振荡电路, 通过NE555产生脉冲信号，CD4017分频产生节拍，驱动发光二极管发光和蜂鸣器发出声音，达到声音和发光同步。 2、实现2/4，3/4，4/4三档节拍转换开关： CD4017组成的节拍选择控制电路，通过清零端，当开关与不同的管脚接通时，就会有不同的节拍。 3、音响有强弱之分，节拍速度连续可调： 根据振荡电路的周期公式，可通过调节震荡电路的频率以实现音响有强弱之分，节拍速度连续可调。 第二章设计方

8、案的选择2.1 方案设计 通过几天的图书馆查阅以及网上资料，我们提取出了两种方案。 方案一：现有方案一总电路图如图2-1所示： 图2-1 方案一总电路图本方案是由速度发生器、音调发生器以及节拍信号产生器所组成，非门IC2A 、IC2B 、RPl、C3 等组成多谐振荡器作为速度发生器。音调发生器包括高音和低音两部分，IC3A 、IC3B、R7、C5 等组成高音发声器。节拍产生器由ICl、VDl、S2、C2、R1等组成。 方案二：现有方案二总电路图如图2-2所示：图2-2 方案二总电路图本方案是由脉冲产生电路、节拍信号产生电路、声光显示电路所组成，脉冲由555芯片产生，节拍产生器由R4、CD401

9、7等组成，声光显示电路则由发光二极管、蜂鸣器及个电路元器件组成。2.2 方案比较通过在电脑上进行仿真，方案一和方案二都可行，都可以产生有强弱之分的节拍，且可以打出多档节拍，具有声光同步显示的功能。方案一的特点是电路比较简单，使用非门CD4069、与非门CD4011和十进制计数器CD4017三种常用的芯片，线路连接也比较简单。方案二的特点是电路比较稳定，使用的元件多，效果相对较好。但考虑到实际制作中，方案一的驱动能力也许不够，蜂鸣器发出的声音可能比较小，这样的音调信号如果要进行放大的话会比较困难，而且该方案还需要5V和9V双电源，没有方案二简便，可行性没有方案二好，故最后决定用方案二。第三章 系

10、统设计及仿真本设计电路主要由四部分组成，其分别是：脉冲产生电路、节拍信号产生电路、灯光显示和发声显示电路。 通过按键开关来产生2/4，3/4，4/4三档节拍，并通过发光二极管及声音显示出来。发声电路 设计参考原理框图如下图所示图3-1所示：脉冲产生电路节拍信号产生电路显示电路 图3-1 系统组成框图以NE555芯片和CD4017芯片组成振荡电路,驱动发光二极管发光和蜂鸣器发出声音，达到声音和发光同步。CD4017组成的节拍选择控制电路。当开关与不同的管脚接通时。就会有不同的节拍。该节拍器的设计采用模块化结构，有3个模块即节拍脉冲模块、节拍选择控制模块、以及声光同步显示模块组成。此电路是以NE5

11、55及CD4017构成振荡器产生节拍脉冲，并将脉冲输入到CD4017构成的节拍选择控制开关，此电路是以NE555构成自激振荡器产生脉冲，并将脉冲输入到蜂鸣器产生节拍的声音,及驱动发光二级管,达到声光同步显示效果。3.1 脉冲产生电路 脉冲产生电路，用来产生矩形脉冲信号作为节拍信号产生电路的控制信号，由555芯片完成。电路如图3-4所示。电路通过555自激震荡产生方波输出，555多谐振荡器的基本原理：当输出端（3端）低电平时，VCC经过R1、R2、R3给C1充电，当电容两端电压充电至Vc2/3Vcc（触发器电平Vt+）时，电路立即发生翻转,使得3端输出变为低电平，即V0=0。此时，电容C1便又通

12、过电阻R1、R2和电路内的导通管至地间放电，当电容放电至两端电压Vc1/3Vcc时，电路发生翻转，使得输出变为高电平，即V0=1。电路不断重复上述过程，便形成了振荡，在3端产生脉冲信号。多谐振荡器的振荡周期为两个暂稳态的持续时间之和为： T=T1+T2 (式2.1)电容充电时间为：T1=0.7(R1+R2+R3)C1 （式2.2）电容放电时间为：T2=0.7（R2+R3）C1 （式2.3）振荡周期为:T=0.7(R1+2RW1)C1 （式2.4）其2（6）端、3端的工作波形如图2.2所示： 图3-2 555芯片管脚图 图3-3工作波形其振荡频率决定拍速，调节R3可以改变振荡器的振荡频率,为使节拍速度不至太快或太慢,选择0100K的可变电阻以及0.01uf的电容,使得振荡器IC1的振荡周期在0.5S到1.6S内可变。 图3-4脉冲产生电路3.2节拍信号产生电路 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。 节拍产生器主要由脉冲分配器CD4Ol7组成，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恢复初始状态。如果把某个输出端接到复位端MR，当该输出端为高电平时电路提前进入复位状态，利用这一特点通过开关接