电子节拍器(2)

第二章 系统设计方案选择

方案一：

采用多个CMOS反相器构成速度发生器，产生在每分钟30至240次的范围内变化的拍子，此脉冲作为CD4017的CLK信号，用以控制节拍产生的速度。CD4017产生的节拍信号一部分送至发声端，另一部分送至节拍转换开关，节拍转换开关有2/4，3/4，4/4三档可以选择。发声端采用两个555芯片分别产生重音和弱音，这样获得的两个声音会比较清晰，并且差异明显、易于分辨。此外，利用门控信号对音频信号进行控制，这样做的好处是当改变节拍的速度时，扬声器发出的声音不会变长，而是以固定宽度的脉冲进行输出发出声音。该方案虽然比较稳定，声音清晰，节奏感强，效果相对较好，但使用的元器件较多。其工作波形图如图2.1所示。

图2.1 工作波形图 方案二：

采用555自激震荡电路构成脉冲发生器，产生在每分钟30至240次的范围内变化的拍子。同样是利用CD4017获得节拍信号，所不同的是这里通过电阻控制音量来获得重音与弱音，即利用电流的大小来区分高音与低音。该方案的重音与弱音效果比方案一略差，但电路比较简单，使用的元器件较少且均为常用器件，在实验室库房容易获得，整个电路制作起来比较方便。

考虑到实际制作中，方案一使用门的个数较多，驱动能力可能不够，电路较复杂不如方案二制作简便，以及库房可用元件等综合因素，通过综合分析，可行性不如方案二，所以最后决定使用方案二进行制作。

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第三章 系统的组成及工作原理

3.1 系统的组成

电子节拍器工作原理大致有以下几个环节： 1. 脉冲产生环节； 2. 脉冲分配环节； 3. 发声和光显示环节。

脉冲产生环节产生脉冲信号，然后输入到脉冲分配环节，脉冲分配环节按照所规定节拍规律分配脉冲信号的输出，然后由喇叭发声产生节拍声音，发光二极管发出光显示。原理框图如图3.1所示。

3.2 系统的工作原理

以3／4拍为例说明电路的工作原理：如图3.2所示，在复位状态Q0输出高电平，通过R1电路发出一重音，LED1灯亮，R2、R3、R4中无电流通过。CP 端输入第一个脉冲后QO输出低电平，Q1输出高电平，电路没有输出。输入第二个脉冲后Q2输出高电平，通过R2电路发出一低音，LED2灯亮，R1、R3、R4中无电流通过。输入第三个脉冲后Q3输出高电平，电路没有输出。输入第四个脉冲后Q4输出高电平，通过R3电路发出一低音，LED3灯亮，R1、R2、R4中无电流通过。输入第六个脉冲后Q6输出高电平，通过开关又使Reset 端为高电平，脉冲分配器迅速进入复位状态。如此周而复始，便可发出一强两弱的节拍声， 2／4、4／4 拍的工作原理可以此类推。

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图3.2 工作原理波形图 5

第四章 单元电路设计

4.1

555脉冲产生电路

电路通过555自激震荡产生方波输出，其频率要求范围为0.5Hz-4Hz,调节两个电位器可以使拍子在每分钟30至240次的范围内变化。电路图如图4.1

555输出的矩形方波周期T和占空比q基本计算如下：

T=(R1+2R2)Cln2?????????????????????(式4-1) q=( R1+R2)/ (R1+2R2) ??????????????????（式4-2）

得到的方波经过74LS04反相器后作为CD4017的CP脉冲信号，根据式4-1可知，要使频率取值范围为0.5Hz-4Hz，则必有下式：

36K≤R1+2R2≤288K??????????????????（式4-3） 若T取为1S，令R2=60KΩ，C=10μF，由式4-1和式4-2可计算出，R1=24K，占空比q=0.58。

图4.1 555脉冲产生电路 4.2

节拍控制电路

节拍控制器由CD4017、C1、R5等组成。其中脉冲分配器CD4Ol7，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又恢复到初始状态。CD4017工作时序图如图4.2所示：

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图4.2 CD417工作时序图

如果把某个输出端接到复位端RST，则当该输出端为高电平时电路即提前进入复位状态，这里正是利用这一特点通过节拍开关接在不同的输出端上形成不同的节拍输出。C1、R5组成开机复位电路。电路图如图4.3所示。

图4.3 节拍控制电路

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