數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)課題：自動(dòng)奏樂(lè)器設(shè)計(jì)1 專業(yè)班級(jí)： 13電信本 學(xué)生姓名： 某某 學(xué)號(hào)： 130802040指導(dǎo)教師： 某某 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2015.4 - 2015.5 自動(dòng)奏樂(lè)器設(shè)計(jì)1加微信:rui11201314一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1開機(jī)能自動(dòng)奏一個(gè)樂(lè)曲，可以反復(fù)演奏； 2速度可變；3并顯示樂(lè)譜；二、方案設(shè)計(jì)與論證1、方案一、用8個(gè)NE555做8個(gè)頻率不同的振蕩器做8個(gè)音符，再并聯(lián)輸入到揚(yáng)聲器播放通過(guò)并行輸入到揚(yáng)聲實(shí)現(xiàn)器8個(gè)時(shí)鐘電路產(chǎn)生8個(gè)音符 圖2-1（方案一方框圖） 缺點(diǎn)是沒(méi)有播放音符的顯示電路，同時(shí)會(huì)一直循環(huán)播放，沒(méi)有停止功能,無(wú)法有效地實(shí)現(xiàn)題目所要求的功能，所以不選擇此方案。

2、2、方案二、主要利用8選一數(shù)據(jù)選擇器來(lái)實(shí)現(xiàn)播放哪一個(gè)音符，同時(shí)用8進(jìn)制計(jì)數(shù)器來(lái)產(chǎn)生地址碼來(lái)實(shí)現(xiàn)選擇，同時(shí)產(chǎn)生的8421碼輸入到cd4511里進(jìn)行譯碼顯示。通過(guò)CD4511譯碼顯示產(chǎn)生不同頻率的時(shí)鐘脈沖，電位器控制播放快慢8進(jìn)制計(jì)數(shù)器產(chǎn)生8421碼利用8選一數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)循環(huán)輸出通過(guò)7個(gè)振蕩電路產(chǎn)生7個(gè)不同頻率的信號(hào)做7個(gè)音符揚(yáng)聲器播放聲音圖2-2（方案二方框原理圖）通過(guò)分析，結(jié)合設(shè)計(jì)電路性能指標(biāo)、以及電路有顯示播發(fā)的音符是哪一個(gè)的優(yōu)點(diǎn)，和播發(fā)可以暫停以及可調(diào)速度的功能，綜合這些優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)基本要求，則本設(shè)計(jì)電路選擇方案二進(jìn)行焊接測(cè)試。三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算555定時(shí)器555集成 時(shí)基電路稱

3、為集成定時(shí)器，是一種數(shù)字、模擬混合型的中規(guī)模集成電路，其應(yīng)用十分廣泛。外形為雙列直插8腳結(jié)構(gòu)，體積很小，使用起來(lái)方便。只要在外部配上幾個(gè)適當(dāng)?shù)淖枞菰?，就可以?gòu)成史密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及自激多諧振蕩器等脈沖信號(hào)產(chǎn)生與變換電路。它在波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制、定時(shí)電路、家用電器、電子玩具、電子樂(lè)器等方面有廣泛的應(yīng)用。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧 和施密特觸發(fā)器，因而廣泛用于信號(hào)的產(chǎn)生、變換、控制與檢測(cè)。它的內(nèi)部電壓標(biāo)準(zhǔn)使用了三個(gè)5K的電阻，故取名555電路。其電路類型有雙極型和CMOS型 兩大類，兩者的工作原理和結(jié)構(gòu)相似。幾乎所有的雙極型產(chǎn)品型號(hào)最后的三

4、位數(shù)碼都是555或556；所有的CMOS產(chǎn)品型號(hào)最后四位數(shù)碼都是7555或 7556，兩者的邏輯功能和引腳排列完全相同，易于互換。555和7555是單定時(shí)器，556和7556是雙定時(shí)器。雙極型的電壓是+5V+15V，輸 出的最大電流可達(dá)200mA，CMOS型的電源電壓是+3V+18V。圖8-1 555定時(shí)器內(nèi)部框圖555電路的工作原理加微信:rui11201314555電路的內(nèi)部電路方框圖如圖8-1所示。它含有兩個(gè)電壓比較器，一個(gè)基本RS觸發(fā)器，一個(gè)放電開關(guān)T，比較器的參考電壓由三只5K的電阻器構(gòu)成分壓，它們分別使高電平比較器A1同相比較端和低電平比較器A2的反相輸入端的參考電平為和。A1和A

5、2的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)輸入并超過(guò)時(shí)，觸發(fā)器復(fù)位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時(shí)放電，開關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號(hào)自2腳輸入并低于時(shí)，觸發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同時(shí)放電，開關(guān)管截止。是復(fù)位端，當(dāng)其為0時(shí)，555輸出低電平。平時(shí)該端開路或接VCC。Vc是控制電壓端（5腳），平時(shí)輸出作為比較器A1的參考電平，當(dāng)5腳外接一個(gè)輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的另一種控制，在不接外加電壓時(shí)，通常接一個(gè)0.01uf的電容器到地，起濾波作用，以消除外來(lái)的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。T為放電管，當(dāng)T導(dǎo)通時(shí)，將給接于腳7的電容器提供低阻放電電路。多諧振蕩

6、器的工作原理多諧振蕩器是能產(chǎn)生矩形波的一種自激振蕩器電路，由于矩形波中除基波外還含有豐富的高次諧波，故 稱為多諧振蕩器。多諧振蕩器沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，在自身因素的作用下，電路就在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之 間來(lái)回轉(zhuǎn)換，故又稱它為無(wú)穩(wěn)態(tài)電路。如圖8-4，由555定時(shí)器和外接元件R1、R2、C構(gòu)成多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連。電路沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外接觸發(fā)信號(hào)，利用電源通過(guò)R1、R2向C充電，以及C通過(guò)R2向放電端放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容C在和之間充電和放電，從而在輸出端得到一系列的矩形波，對(duì)應(yīng)的波形如圖8-5所示。圖8-4 555構(gòu)成多諧振蕩器 圖8-5 多諧振蕩器的波形輸出信

7、號(hào)的時(shí)間參數(shù)是： T=0.7（R1+2R2）C=0.7R2C其中，為VC由上升到所需的時(shí)間，為電容C放電所需的時(shí)間。555電路要求R1與R2均應(yīng)不小于1K，但兩者之和應(yīng)不大于3.3M。外部元件的穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器的穩(wěn)定性，555定時(shí)器配以少量的元件即可獲得較高精度的振蕩頻率和具有較強(qiáng)的功率輸出能力。因此，這種形式的多諧振蕩器應(yīng)用很廣。設(shè)計(jì)原理： 加微信:rui112013141、直流電源設(shè)計(jì) 圖3-1電源原理圖 利用LM317的可調(diào)電壓功能，調(diào)節(jié)R1的阻值，使得輸出為5v電壓。公式U0=(1+R1/R2)*1.25V 2、時(shí)鐘產(chǎn)生電路 圖3-2震蕩電路（時(shí)鐘產(chǎn)生電路）頻率設(shè)置公式T=2.2

8、*R2C1通過(guò)該變R2或者改變C1該變信號(hào)的頻率，7個(gè)頻率的參數(shù)設(shè)置可以為R21=22K，R22=33K，R23=44K，R24=50K，R25=70K，R26=80K，R27=90K。同樣可以改變電容c1的值來(lái)實(shí)現(xiàn)8個(gè)頻率的不同。C1的值選擇2.2uf，3.3uf，4.7uf，或0.1uf（高頻率是使用）3、8進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路加數(shù)顯電路 圖3-3八進(jìn)制計(jì)數(shù)器加顯示電路主要由一個(gè)74160構(gòu)成的八進(jìn)制計(jì)數(shù)器產(chǎn)生地址碼實(shí)現(xiàn)，計(jì)數(shù)器ABCD端置0，計(jì)數(shù)器初時(shí)狀態(tài)為0，開始計(jì)數(shù)，計(jì)到第七個(gè)CP信號(hào)完成時(shí)置數(shù)端有效，計(jì)數(shù)器回到初時(shí)狀態(tài)0。再通過(guò)CD4511譯碼在數(shù)碼顯示管上顯示樂(lè)譜，并且輸入到8選一數(shù)據(jù)

9、選擇器利用74LS151進(jìn)行選擇輸出和循環(huán)。4、功能電路 圖3-2 功能電路圖 音符的輸出主要由一個(gè)74151數(shù)據(jù)選擇器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，從而達(dá)到7個(gè)音符的循環(huán)播放輸出。利用八選一數(shù)據(jù)選擇器選擇輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)7個(gè)音符的輸出，ABC是數(shù)據(jù)選擇器的地址編碼，這樣就由數(shù)據(jù)選擇器選擇輸出每個(gè)確定狀態(tài)對(duì)應(yīng)的音符。使用T觸發(fā)器的作用是為使占空比為1：1，輸出到一個(gè)調(diào)節(jié)占空比后再送到揚(yáng)聲器輸出端。音符對(duì)應(yīng)的頻率如下表所示：音調(diào) C高音)7/B6/A  5/G 4/F 3/E 2/D 1/C頻率Hz) 261.63x2 493.88 

10、;440.00392.00 349.23329.63293.66 261.63四、總原理圖及元器件清單1總原理圖（不包括8個(gè)音符產(chǎn)生電路）圖4-1 總電路圖（不包括8個(gè)音符產(chǎn)生電路音符產(chǎn)生電路如圖3-1所示） 2元件清單元件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù)數(shù)量備注（單價(jià)）R21k33k100.1元C12.2uf，3.3uf電解電容（各4個(gè)）80.5元74LS16012元CD451112.5元BS20112元74LS15113元五、安裝與調(diào)試1.電路安裝買好設(shè)計(jì)所需要的器材,按電路原理圖焊接電路板。2.電路調(diào)試 a接自制電源或在實(shí)驗(yàn)箱上接通電源。b先測(cè)試計(jì)數(shù)數(shù)顯電路，觀察有沒(méi)有完成8進(jìn)制計(jì)數(shù)

11、。c測(cè)試8個(gè)音符的頻率是否不同，如果相同則進(jìn)行重新修改電路。d接入測(cè)試號(hào)的8個(gè)音符到功能電路中完成最終測(cè)試。六、性能測(cè)試與分析1.直流電源測(cè)試與分析（1）測(cè)試步驟將UI=220V,f0=50Hz接入電路板；觀察兩個(gè)發(fā)光二極管是否有亮；若兩個(gè)發(fā)光二極管都亮，則用萬(wàn)用表交流電壓檔測(cè)降壓后的電壓U1；用萬(wàn)用表直流電壓檔測(cè)濾波后電壓U4（由于接入了濾波電路所以整 流電壓等于U2）;用萬(wàn)用表直流電壓檔測(cè)輸出的正負(fù)電壓Uo.（2）測(cè)試數(shù)據(jù)U1=13.5 V U2=20.5V（3）數(shù)據(jù)處理及誤差計(jì)算1.變壓器的副邊輸出電壓為13.5V      &

12、#160;   理論 U=13V    1=(13-13.5)/13*100%=3.8%2.整流濾波電壓穩(wěn)壓管的輸入電壓均為17.5V   理論 U=18V 2=（18-17.5）/18*100%=2.7% 3.穩(wěn)壓管輸出電壓UO=318v（4）結(jié)論分析（包含誤差分析）A結(jié)論集成直流穩(wěn)壓電路由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路組成；電源變壓器起降壓作用；整流電路將正弦波電壓轉(zhuǎn)換為單一方向的脈動(dòng)電壓；濾波電路減小電壓的脈動(dòng)，使輸出電壓平滑；穩(wěn)壓電路使輸出直流電壓

13、基本不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)和負(fù)載電阻變化的影響；在誤差允許的范圍內(nèi)，濾波后電壓等于降壓后的1.2倍；整流后電壓 等于降壓后的0.9倍。B誤差分析 1電路板上所用的各元件并不是完全和我們所計(jì)算的理論值相等，大小有不同。2. 導(dǎo)線接觸不良或?qū)Ь€本身有電阻引起誤差；2.功能電路測(cè)試與分析1 功能電路測(cè)試（1） 測(cè)試步驟a 接通電源，打開開關(guān)，測(cè)試8個(gè)音符電路的頻率是否相同。b 測(cè)試計(jì)數(shù)器是否是07計(jì)數(shù)。c 當(dāng)調(diào)節(jié)電位器時(shí)觀察計(jì)數(shù)快慢的變化，有沒(méi)改變，同時(shí)聽(tīng)播放速度有沒(méi)有隨之變化。（2） 測(cè)試數(shù)據(jù)a音符F1：20HZ F2：40HZ F3：60HZ F4：100HZ F5：90HZ F6：F7：110HZ。

14、b計(jì)數(shù)器按07計(jì)數(shù)并顯示。c當(dāng)調(diào)節(jié)電位器計(jì)數(shù)顯示變快時(shí)，同時(shí)播放速度也變快，達(dá)到題目要求。調(diào)試成功。（3）結(jié)論分析 電路實(shí)現(xiàn)了開機(jī)自動(dòng)播放7個(gè)音符的自動(dòng)奏樂(lè)功能，當(dāng)接通電源，蜂鳴器會(huì)按輸入的7個(gè)音符按順序不停的播放。當(dāng)按下快速檔后計(jì)數(shù)變快，播放也變快，這是由于輸入時(shí)鐘的頻率變大而引起的，當(dāng)CLK的頻率變大后計(jì)數(shù)加快，輸出的ABC，三個(gè)地址碼的輸出也加快，8選一的選通輸出也加快，播放就隨之加快。（4）誤差分析 1電路板上所用的各元件并不是完全和我們所計(jì)算的理論值相等，大小有不同，不夠精確導(dǎo)致誤差。 2. 導(dǎo)線接觸不良或?qū)Ь€本身有電阻引起誤差；六、實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題1、開始時(shí)音樂(lè)演奏速度太快，通過(guò)多

15、次降低CLK的頻率將速度變慢，才得到了相對(duì)比較好的演奏效果。2、卡諾圖化簡(jiǎn)為最簡(jiǎn)式時(shí)是通過(guò)真值表的形式將Q0Q4轉(zhuǎn)化為ABC表示的，化簡(jiǎn)出的表達(dá)式非常的復(fù)雜，容易化簡(jiǎn)錯(cuò)，從而導(dǎo)致電路圖的連接特別容易錯(cuò)誤，可以適當(dāng)采用工具。3實(shí)際頻率設(shè)計(jì)的與理論有差別，導(dǎo)致聲音不是很清晰。七，作品圖片展示七、結(jié)論 這次課程設(shè)計(jì)，我是先從簡(jiǎn)單的幾個(gè)音符的分頻開始做，之后又參考了一些以前同學(xué)做過(guò)的資料，才得以日益完善自己的電路設(shè)計(jì)，細(xì)細(xì)推敲，一步一步的上手。從最初的一點(diǎn)點(diǎn)想法，到最后一個(gè)規(guī)模龐大的電路，終于電路大功告成了。且每次改動(dòng)電路圖后都要重新編譯，完成新的波形仿真，一個(gè)小小的錯(cuò)誤就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電路無(wú)法正常運(yùn)行。

16、設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的種種問(wèn)題讓我明白，出現(xiàn)任何一點(diǎn)小的誤差就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)文件系統(tǒng)的編譯出現(xiàn)錯(cuò)誤提示。經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試，但總是發(fā)出刺耳的聲音，后多次調(diào)解CP1的頻率才得到音符。這次課設(shè)，我遇到了不少的麻煩，當(dāng)遇到不懂的、不會(huì)的問(wèn)題，要自己看書溫故知新，要不恥下問(wèn)請(qǐng)教同學(xué)，要請(qǐng)教老師指點(diǎn)迷津。通過(guò)自己的努力和老師，同學(xué)的幫助，最終都被一一解決。以后要善于思考，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題，才能更好的做出滿意的設(shè)計(jì)。 通過(guò)對(duì)自動(dòng)奏樂(lè)器的設(shè)計(jì)，我還認(rèn)識(shí)到了“理論聯(lián)系實(shí)際”這句話的重要性與真實(shí)性。而且通過(guò)對(duì)此課程的設(shè)計(jì)，我不但知道了以前不知道的理論知識(shí)，而且也鞏固了以前知道的知識(shí)。最重要的是在實(shí)踐中理解了書本上的知識(shí)，明白

17、了學(xué)以致用的真諦。也明白老師為什么要求我們做好這個(gè)課程設(shè)計(jì)的原因。他是為了教會(huì)我們?nèi)绾芜\(yùn)用所學(xué)的知識(shí)去解決實(shí)際的問(wèn)題，提高我們的動(dòng)手能力。在整個(gè)設(shè)計(jì)到電路的焊接以及調(diào)試過(guò)程中，我個(gè)人感覺(jué)調(diào)試部分是最難的，因?yàn)槟憷碚撚?jì)算的值在實(shí)際當(dāng)中并不一定是最佳參數(shù)，我們必須通過(guò)觀察效果來(lái)改變參數(shù)的數(shù)值以期達(dá)到最好。而參數(shù)的調(diào)試是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)的積累過(guò)程，沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)是不可能在短時(shí)間內(nèi)將其完成的。在課程設(shè)計(jì)時(shí)我發(fā)現(xiàn)影響電路正常工作的一些原因，其中電源就會(huì)影響電路正常工作，特別是在用CMOS的非門做震蕩電路時(shí)，會(huì)影響產(chǎn)生的脈沖的穩(wěn)定性，而且在計(jì)數(shù)器工作時(shí)，如果電源不合適則不會(huì)正常計(jì)數(shù)。所以在設(shè)計(jì)電路時(shí)電源要選擇合適。還要

18、注意的是，在電源接入器件時(shí)最好加一個(gè)電容接地，過(guò)濾掉交流成分。在焊接時(shí)要注意不要用手去接觸萬(wàn)用板上的銅片，避免氧化導(dǎo)致焊接好之后不能良好的接觸，這次數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)了我們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，對(duì)待事情的恒心和耐心，不急不躁，每個(gè)模塊都需要精心設(shè)計(jì)，不能有一絲的馬虎，要始終保持一顆平靜的心。也使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。最后，希望今后學(xué)校和學(xué)院多給我們安排這樣非常有意義的課程設(shè)計(jì)。感謝在課設(shè)中老師們付出的辛勤勞動(dòng)和對(duì)我們的耐心幫助，感謝同學(xué)對(duì)我的鼓勵(lì)和建議，讓我順利完成了數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)！ 八、參考文獻(xiàn) 1、電子設(shè)計(jì)與制作基礎(chǔ) 王港元 江西科學(xué)技術(shù)出版社2、電子線路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、測(cè)試羅杰 ，謝自美 電子工業(yè)出版社3、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)，彭介華 高等教育出版社4、電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究與設(shè)計(jì)陳兆仁 電子工業(yè)出版社5、新型集成電路的應(yīng)用梁宗善 華中理工大學(xué)出版社物理與電子信息學(xué)院數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表專業(yè)：電子信息工程 班級(jí)：13電信本 學(xué)號(hào)：130802040 姓名： 唐瑤 課題名稱自動(dòng)奏樂(lè)器設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1開機(jī)能自動(dòng)奏一個(gè)樂(lè)