基于NE555制作的简易电子琴

         青岛科技大学  信息科学技术学院  集成162  Listen C

一．背景简介

自多次利用51单片机+无源蜂鸣器制作电子琴多次以后，突然领悟蜂鸣器产生声波的原理，无非是产生一定频率占空比50%的PWM而已。然后，联想到之前用NE555制作过几个小电路，靠的是555产生一定频率的波，于是在想是否可以不通过单片机控制直接制作按键电子琴。原理上看，只要每个按键对应R2的电阻不同，即可产生不同频率。百度一下，果不其然，早已很多人做过了。粗略翻了下，大多数都是7音阶或8音阶，大概做了个示意模型吧，电阻阻值也大多精确到10³。可能由于条件所迫大家没有那么精确的追求吧，加上色环电阻本身的误差也较大，所以估计也都是抱着玩一玩的心态，毕竟工科狗被音乐折腾一整天也不是件多么值得的事。不过为了追求可观的音效，我还是打算尝试下精确到10的3*7阶电子琴。

二．原理概述

（一）NE555原理

本人纯粹好奇巴拉了几块NE555折腾，也没有模电数电基础，甚至电路分析都是差点挂科的水平，不敢在此班门弄斧，参考网上的资料在此备份一下希望涉及到的人员不要打我……

首先我参考的电路图在此：http://www.hqew.com/tech/circuit/001003007_1645126.html

参考的是TOY ORGAN那个电路。

         用到的原理是非稳态模式，该原理的电路图如下所示：

         根据这个模式的原理，套用计算公式，即可推算频率，从而选取合适的电阻。

计算公式：

 

T2 (off-time) = 0.693 * R2 * C1

T = 0.693*( (R1 + 2R2) * C1)

F = 1/ T

    = 1.44 / ( (R1 + 2R2) * C1)

D = (T1 /(T1+T2))*100

 

555的详细介绍可参考某北京交通大学电子技术课程设计报告：https://wenku.baidu.com/view/881e2922ccbff121dd3683ba.html

（二）声音的产生

本设计声音产生部分用无源蜂鸣器，声波频率之类的问题与之前电子琴相同原理，可参考之前的文章：http://blog.****.net/u011619535/article/details/73698618

至于如何确定电阻，我的方法是用计算器手动推算，计算器传送门：http://www.elecfans.com/tools/555dingshiqipinlv.html

根据计算，大概得到如下数据：

         至此，准备基础结束。

（三）设计流程

设计的基本思路很容易，如下图所示：

其中，由于电阻是计算得出的，所以电阻很少有正好的，解决方案便是标准色环电阻串并联凑……凑二十多个阻值也是醉了。所以要做好按键和电阻占电路板大部分面积的心理准备……

另外，电路里加入七彩满闪LED做装饰，并联拼起本人笔名缩写，但由于功率较高在3V左右时若驱动LED则无法实现电子琴功能，故用开关来做是否启用的决定。三极管驱动电路保证足够电流。

三．制作作品

（一）原理图

（二）所需原材料

 

NE555 x1

5V无源蜂鸣器 x1

双面锡洞洞板8x12 x1

电源座 x1

100nF电容 x1

10uF电容 x1

8脚芯片座 x1

503电位计 x1

开关 x2

独立按键 x21

七彩慢闪LED x13（非必需）

三极管S8559 x1（非必需）

10Ω~3k色环电阻 若干

飞线若干

 

四．程序设计

什么？想看程序？如果坚持要看这一步，Sorry无可奉告……

五．效果展示

正面图：

背面图：

六．反思总结

这次的作品，总体感觉还可以，有做的不错的地方，同时也有很多不足。其中音调比网络上大部分版本都要精确一点，音阶也足够，本人也没有音乐细胞也就图个音多……不过蜂鸣器旁加电位器可以调控音量。输入为3-6V可有选择得开启彩灯。整块板子除了焊接比较繁琐以外基本没有多少难度，加上之前的一点焊接经验除了飞线不太好总体焊接情况自己还是比较满意的。

本设计的不足之处也十分明显——只能弹奏无法演奏，同时电阻本身不精确而且还累加了很多次，自然会出现不少冗余。改进方案也十分清楚：

1.      采用选择开关控制，作为单片机的音乐拓展模块

2.      每音阶单独电位器调节，可以校准音调

相信经过这一次实践，又能够提升自己的思考问题能力，同时也让我意识到了自己的差距，不通过程序依旧可以解决问题，从程序员的思维逐渐转向电子工程师的视角，会发现很多奇妙的事情，开拓视野。

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