1、 通 信 工 程 專業(yè)課程設(shè)計題單 班級 048131 學(xué)生 孫偉杰 課程名稱 電子課程設(shè)計 課 題 電子節(jié)拍器的設(shè)計 設(shè)計要求 節(jié)拍器具有聲光顯示功能：設(shè)有2/4，3/4，4/4三檔節(jié)拍轉(zhuǎn)換開關(guān)，音響有強弱之分。節(jié)拍速度連續(xù)可調(diào)。 課 題 發(fā) 給 日 期 2007年1月8號 課程設(shè)計完成日期 2007年1月19號 指 導(dǎo) 教 師 評語： 評分： 摘 要數(shù)據(jù)選擇電路是數(shù)字系統(tǒng)中的常用單元電路，它主要由計數(shù)器組成。在實際工作中，數(shù)據(jù)選擇電路的應(yīng)用場合很多，例如，在學(xué)習(xí)音樂中，同學(xué)培養(yǎng)節(jié)奏感用的音樂節(jié)拍器,就是數(shù)據(jù)選擇電路的一種具體應(yīng)用。本次設(shè)計以ne555芯片和cd4093芯片組成振蕩電路,驅(qū)動

2、發(fā)光二極管發(fā)光和蜂鳴器發(fā)出聲音，達到聲音和發(fā)光同步。cd4017組成的節(jié)拍選擇控制電路。當(dāng)開關(guān)與不同的管腳接通時。就會有不同的節(jié)拍。該節(jié)拍器的設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，有3個模塊即節(jié)拍脈沖模塊、節(jié)拍選擇控制模塊、以及聲光同步顯示模塊組成。此電路是以ne555及cd4093構(gòu)成振蕩器產(chǎn)生節(jié)拍脈沖，并將脈沖輸入到cd4017構(gòu)成的節(jié)拍選擇控制開關(guān)，此電路是以ne555構(gòu)成自激振蕩器產(chǎn)生脈沖，并將脈沖輸入到蜂鳴器產(chǎn)生節(jié)拍的聲音,及驅(qū)動發(fā)光二級管,達到聲光同步顯示效果。本次設(shè)計所實現(xiàn)的是2/4，3/4，4/4三檔節(jié)拍轉(zhuǎn)換。節(jié)拍速度連續(xù)可調(diào)，音響有強弱。采用的技術(shù)和方法還可用于兒童學(xué)習(xí)音樂培養(yǎng)節(jié)奏感或是喜歡音

3、樂要入門的人練習(xí)有一定的幫助。關(guān)鍵詞： 節(jié)拍器 振蕩器 數(shù)據(jù)選擇器目 錄前言4第一章 系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖5第二章 電子節(jié)拍器電路設(shè)計2.1方案論證及確定6第三章 具體電路設(shè)計3.1節(jié)拍脈沖振蕩電路93.1.1 振蕩電路93.1.2施密特觸發(fā)器103.2顯示電路103.3電子節(jié)拍控制電路11第四章 電路焊接與調(diào)試4.1電路的焊接134.1電路調(diào)試與分析13結(jié)論14參考文獻15附 錄16前 言最早的節(jié)拍器發(fā)明于1816年，發(fā)明者是德國的約翰內(nèi)波穆克梅爾采爾。他是機械樂器的創(chuàng)制人，曾研制出百音琴（即機械樂隊）、助聽器以及音樂節(jié)拍器。1816年，他發(fā)明的第一只較為完善的節(jié)拍器在奧地利首

4、都維也納首次與公眾見面，從此，節(jié)拍器就不脛而走，成為全世界音樂愛好者的寵物。隨著社會文明的進步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，先進的電子技術(shù)在各個近代學(xué)科門類和技術(shù)領(lǐng)域占有不可或缺的核心地位。在我國現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展進程中，數(shù)字電子技術(shù)在國民經(jīng)濟和科學(xué)研究各個領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。電子節(jié)拍器也越來越多，價格比較高，因此，我們可以通過所學(xué)的知識設(shè)計一種比較簡單及成本較低的音樂節(jié)拍器。電子節(jié)拍器在學(xué)習(xí)音樂中起著重要作用。如下：1、確定樂曲的速度，有的曲子要求用某一速度進行練習(xí)，通過節(jié)拍器可以找到該速度；2、幫助對于節(jié)奏感較差的學(xué)生（拖拍、搶拍、節(jié)奏不穩(wěn)），通過節(jié)拍器的輔助練習(xí)，一段時間后可以大大改善這種現(xiàn)象?；?/p>

5、本要求如下：1、 要求本節(jié)拍器具有聲光顯示功能；2、 設(shè)有2/4，3/4，4/4三檔節(jié)拍轉(zhuǎn)換開關(guān)，音響有強弱之分；3、 節(jié)拍速度連續(xù)可調(diào)。第一章 系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)11系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 如圖1.1所示節(jié)拍脈沖發(fā)生器節(jié)拍種類控制電路聲音播放電路顯示光顯示電路 圖1-1 電子節(jié)拍器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖該電子節(jié)拍器主要是由節(jié)拍脈沖發(fā)生器、節(jié)拍種類控制器、聲音顯示及燈光顯示等組成的。節(jié)拍脈沖發(fā)生器是調(diào)節(jié)每拍的時間間隔，節(jié)拍種類控制器是選擇2/4拍、3/4拍、4/4拍。聲音和燈光同時顯示。第二章 電子節(jié)拍器電路設(shè)計1方案論證及確定（1）方案一：如圖1.1.1所示：圖1.1.1 電子節(jié)拍器工作原理： 當(dāng)電源接通時，vcc通

6、過電位器rp1、rp3和電阻r3、r4向電容c3充電。當(dāng)電容c3開始充電瞬間，由于ic1的2腳處處于零電平，所以輸出端3腳呈高電平；隨著電容c3的連續(xù)充電，2腳電位上升到vc22/3vcc 時，輸出端3腳由高電平變?yōu)榈碗娖?，ic1內(nèi)的放電管導(dǎo)通，電容c3重新充電。如此周而復(fù)始，形成振蕩。 ic1的3腳有兩路輸出：一路有三極管vt5組成的快拍電平轉(zhuǎn)換電路，經(jīng)a1、a2反相器，送入二極管vd6、vd7構(gòu)成的或門電路，又經(jīng)a5、a6反相器，通過分壓電位器rp4，三極管vt8放大，驅(qū)動蜂鳴器bl發(fā)出快節(jié)奏的節(jié)拍聲。另一路經(jīng)三極管vt2放大，其集電極輸出一部分信號由三極管vt3進一步放大，使發(fā)光二極管v

7、d3隨著快節(jié)奏的蜂鳴聲而同步閃爍綠光；vt2集電極輸出的另一部分信號給由ic2構(gòu)成的計數(shù)/分配器作為時鐘輸入，由選擇開關(guān)s2作為ic2的輸出，以作為三種模擬數(shù)據(jù)選擇器，通過ic2的1腳輸出不同的脈寬，由三極管vt6射極輸出去控制三極管vt7集電極輸出方波信號，使之形成慢節(jié)拍，并通過或門電路中的二極管vd6，經(jīng)反相器a5、a6去驅(qū)動三極管vt8使bl發(fā)出慢節(jié)奏的蜂鳴聲。此時，ic2的2腳出現(xiàn)有規(guī)律的忽高忽低電平，使三極管vt4在導(dǎo)通、截止兩種狀態(tài)之間交替轉(zhuǎn)換，而發(fā)光二極管vd4將隨著慢節(jié)奏的蜂鳴聲而同步閃動著紅色的光亮。這樣，選擇開關(guān)s2置不同的擋位，蜂鳴器bl將發(fā)出有比例的快、慢節(jié)拍聲，發(fā)光二

8、極管vd3、vd4也跟隨閃著有比例的紅、綠閃光信號。（2）方案二： 如圖1.1. 2所示: 圖1.1.1 電子節(jié)拍器工作原理：圖中ici-1、ici-2（1/4cd4093）是用cmos與非門構(gòu)成的典型的方波振蕩電路。當(dāng)電容c1為“1”、ici-1輸出為“0”d6導(dǎo)通；d5截止，使得ici-1輸入一個為“1”、一個為“0”經(jīng)過與非門使輸出為“1”如此反復(fù)，形成節(jié)拍脈沖振蕩器。通過rp1可以調(diào)節(jié)脈沖的時間間隔。 cd 4017為十進制計數(shù)/分配器。它是由越翰遜計數(shù)器和譯碼器兩部分組成。他有三個輸入端（復(fù)位端r、時鐘端cp和cpe）和十給譯碼輸出端q0q9。在復(fù)位狀態(tài)時，只有q0為高電平“1”狀態(tài)

9、。其他輸出端均為低電平狀態(tài)“0”。當(dāng)有脈沖輸入時，輸出端依次變?yōu)楦唠娖健?”狀態(tài)，q0端變?yōu)榈碗娖健?”狀態(tài)。cd4017在實驗中起到節(jié)拍種類控制器。ne555在實驗中提供脈沖驅(qū)動蜂鳴器bl，ci-3、ici-4驅(qū)動發(fā)光二極管，使得能與蜂鳴器同步工作。（3）比較及確定方案： 方案一： 優(yōu)點：完整功能比較全。 缺點：電路比較復(fù)雜，不便封裝。且cd4022在生產(chǎn)生活中用的不是很廣。方案二： 優(yōu)點：功能完善，電路簡單，元器件使用廣泛，電路小封裝簡單。 缺點：元器件有點浪費。經(jīng)過比較討論，本小組采用方案二。第三章 具體電路設(shè)計3.1節(jié)拍脈沖振蕩電路3.1.1振蕩電路如圖3.1.1所示 圖3.1.1 節(jié)

10、拍脈沖振蕩電路 節(jié)拍脈沖振蕩電路是：當(dāng)電容c1為“1”、ici-1輸出為“0”d6導(dǎo)通；d5截止，使得ici-1輸入一個為“1”、一個為“0”經(jīng)過與非門使輸出為“1”如此反復(fù)，形成節(jié)拍脈沖振蕩器。通過rp1可以調(diào)節(jié)脈沖的時間間隔。從而為ne555提供驅(qū)動脈沖信號，ne555振蕩使蜂鳴器bl發(fā)出聲音 。t=（r4+2r5）*c*ln2312施密特觸發(fā)器 如圖2.1.2所示：施密特觸發(fā)器的特點是：電路有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，電路狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)依靠外觸發(fā)電平來維持。一旦外觸發(fā)電平下降到一定電平后電路立即恢復(fù)大初始穩(wěn)態(tài)。其工作原理是施密特觸發(fā)器有兩個觸發(fā)電平vth和vtl，當(dāng)輸入信號大于vth時，vo狀態(tài)翻轉(zhuǎn)；一

11、直到vi下降到低于vth時vo又恢復(fù)到初始狀態(tài)。電路的回差電壓 vt=vth vtl。 集成施密特觸發(fā)器由于性能好，觸發(fā)電平穩(wěn)定，得到了廣泛應(yīng)用。例如cmos集成cd4093是2輸入4與非門施密特觸發(fā)器。3.2顯示電路 如圖3.2.1所示: 圖 3.2.1 顯示電路cd4093振蕩時,其中的兩個與非門為ne555提供驅(qū)動脈沖，使蜂鳴器發(fā)出聲音。另外兩個與非門則控制led1led3，從而使led1led3和蜂鳴器發(fā)出的聲音同步。led4led7一直亮著，表示是4拍的節(jié)奏。cd4093其工作原理是施密特觸發(fā)器有兩個觸發(fā)電平vth和vtl，當(dāng)輸入信號大于vth時，vo狀態(tài)翻轉(zhuǎn)；一直到vi下降到低于v

12、th時vo又恢復(fù)到初始狀態(tài)。33電子節(jié)拍控制電路 如圖3.3.1所示:圖 3.3.1 電子節(jié)拍控制電路以cd4017十進制計數(shù)器作為節(jié)拍選擇控制器。當(dāng)s1和s2閉合時，電路為2/4拍，聲音表現(xiàn)為強、弱、強、弱反復(fù)出現(xiàn)，發(fā)光二極管為亮、暗、亮、暗反復(fù)出現(xiàn)。當(dāng)s1、s2和s3同時閉合時，電路為3/4拍，聲音表現(xiàn)為強、弱、弱；強、弱、弱反復(fù)出現(xiàn)，發(fā)光二極管為亮、暗、暗，亮、暗、暗反復(fù)出現(xiàn)。當(dāng)s1、s2、s3、s4同時閉合時，電路為4/4拍，聲音表現(xiàn)為強、弱、弱、弱，強、弱、弱、弱反復(fù)出現(xiàn)，發(fā)光二極管為亮、暗、暗、暗，亮、暗、暗、暗反復(fù)出現(xiàn)。cd4017十進制計數(shù)分頻器，它是一種用途非常廣泛的電路。其

13、內(nèi)部由計數(shù)器及譯碼器兩部分組成，由譯碼輸出實現(xiàn)對脈沖信號的分配，整個輸出時序就是o0、o1、o2、o9依次出現(xiàn)與時鐘同步的高電平，寬度等于時鐘周期。 cd4017有3個輸（mr、cp0和cp1），mr為清零端，當(dāng)在mr端上加高電平或正脈沖時其輸出o0為高電平，其余輸出端（o1o9）均為低電平。cp0和cpl是2個時鐘輸入端，若要用上升沿來計數(shù)，則信號由cp0端輸入；若要用下降沿來計數(shù)，則信號由cpl端輸入。設(shè)置2個時鐘輸入端，級聯(lián)時比較方便，可驅(qū)動更多二極管發(fā)光。cd4017有10個輸出端（o0o9）和1個進位輸出端o5-9。每輸入10個計數(shù)脈沖，o5-9就可得到1個進位正脈沖，該進位輸出信號

14、可作為下一級的時鐘信號。 由此可見，當(dāng)cd4017有連續(xù)脈沖輸入時，其對應(yīng)的輸出端依次變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài)，故可直接用作順序脈沖發(fā)生器。 第四章 電路焊接與調(diào)試4.1 電路的焊接 參照電路圖，先把芯片插座在電路板上進行布局，然后按照安裝原則進行合理、有序的焊接，注意虛焊漏焊，一些芯片的耐熱性比較差，要防止燒壞芯片。4.2 電路的調(diào)試與分析4.2.1 電路調(diào)試 1、接上電源后，把開關(guān)s1合上，蜂鳴器發(fā)出聲音（強、強）發(fā)光二極管也同步發(fā)光（亮、亮）。 2、同時把開關(guān)s1、s2合上。蜂鳴器發(fā)出聲音（強、弱，強、弱）發(fā)光二極管也同步發(fā)光（亮、暗，亮、暗）表示2/4拍的節(jié)奏。 3、同時把開關(guān)s1、s2和s3合

15、上。蜂鳴器發(fā)出聲音（強、弱、弱，強、弱、弱）發(fā)光二極管也同步發(fā)光（亮、暗、暗，亮、暗、暗）表示3/4拍的節(jié)奏。 4、同時把開關(guān)s1、s2、s3及s4合上。蜂鳴器發(fā)出聲音（強、弱、弱、弱，強、弱、弱、弱）發(fā)光二極管也同步發(fā)光（亮、暗、暗、暗，亮、暗、暗、暗）表示4/4拍的節(jié)奏。 4.2.2 調(diào)試分析 當(dāng)把電源接上后,閉合s1開關(guān)后,鋒鳴器發(fā)出聲音,而發(fā)光二極管有三個會亮,但不穩(wěn)定,有四個不亮,就用萬用表檢查顯示電路,發(fā)現(xiàn)電容兩只腳是虛焊,導(dǎo)致接觸不良,使三個發(fā)光二極管工作不穩(wěn)定,而另外四個是因為在電路板放置元器件時,粗心大意把正負極接反了,使之不能工作.修改顯示電路后，發(fā)光二極管能正常工作，當(dāng)把

16、節(jié)拍控制開關(guān)（s2、s3、s4）閉合后，卻無法改變電路工作狀態(tài)，只能實現(xiàn)2/4拍。經(jīng)過反復(fù)的檢查電路及對比電路圖，發(fā)現(xiàn)開關(guān)（s2、s3、s4）與接地一端之間少接了一個10k電阻，當(dāng)接上電阻后開關(guān)也能正常工作。有時也不能很好的完成整個功能。重新檢查電路時發(fā)現(xiàn)好幾個虛焊的接點。經(jīng)過反復(fù)檢查和焊接后，能穩(wěn)定的完成各個功能。結(jié) 論數(shù)據(jù)選擇電路是數(shù)字系統(tǒng)中的常用單元電路，它主要由計數(shù)器組成。在實際工作中，數(shù)據(jù)選擇電路的應(yīng)用場合很多，例如，在學(xué)習(xí)音樂中，同學(xué)培養(yǎng)節(jié)奏感用的音樂節(jié)拍器,就是定時電路的一種具體應(yīng)用。通過這次課程設(shè)計，一定程度上提高了分析能力、動手操作能力及合作能力。在這過程中，遇到不懂的知識作

17、者能夠通過各種途徑查找到所需資料，出現(xiàn)問題時也能夠獨立思考和互相討論研究出來，學(xué)到了不少的經(jīng)驗和教訓(xùn)。不僅對課堂所學(xué)知識，比如部分芯片的使用方法，理論值與實際值的差別等，還提高了對簡單的數(shù)字電路的設(shè)計能力。設(shè)計時應(yīng)該先完全領(lǐng)會要求再去動手，不能急躁。更重要的是學(xué)到了科學(xué)試驗中的所需的毅力與耐心。知道了有科學(xué)的態(tài)度才能完成科學(xué)的試驗。振蕩電路中由于對cd4093芯片不熟悉,走了彎路。使整個電路不能很好的完成。按本小組所設(shè)計的電路可用一個發(fā)光二極管就可以拉，當(dāng)初的設(shè)想是4個發(fā)光二極管代表4拍子，剩下三個分別表示2/4、3/4、4/4拍，當(dāng)2/4拍十三個只有一個亮，當(dāng)3/4拍十有2個亮，當(dāng)4/4拍時有三個亮。由于時間有限，本小組還沒完善電路。但基本符合此次課程設(shè)計的要求。兩周的實習(xí)，經(jīng)歷了查資料，設(shè)計的整個過程，明白了設(shè)計電路的復(fù)雜，及對所學(xué)知識掌握