长 沙 学 院

数电课程设计说明书

数字电子技术课程设计任务书(15)

系（部） 专业： 指导教师：

长沙学院课程设计鉴定表

目 录

一、电子节拍器简介 5

二、电子节拍器的组成 5

三、电子节拍器的工作原理 5

四、设计电路及分析 6

1、设计电路图 6

2、脉冲产生电路  6

3、节拍信号产生电路 6

4、声光显示电路  7

5、仿真示波器图 7

6、分析 8

五、课程设计的心得体会 8

六、参考文献 8

一、电子节拍器简介

电子节拍器，英文名：digital metronome。一种能在各种速度中发出一种稳定的节拍的电动或电子装置，作为一种节奏性乐器使用.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40～210拍。约在1945年瑞士钟表业生产有袖珍节拍器，形如挂表。

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。构成电子节拍器的电子线路很多。

现代半导体和集成电路的节拍器小巧灵便 ，具有多种功能。现在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。匈牙利作曲家G.利盖蒂在《交响诗》中用过100个节拍器以不同速度鸣响。

二、电子节拍器的组成

本设计电路主要由四部分组成，分别是：脉冲产生电路、节拍信号产生电路、灯光显示电路和发声电路。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。 灯光显示电路：灯光使用节拍信号控制。发声电路：利用功率较大的放大电路来驱动发生器，继而通过蜂鸣器产生声音。

首先由振荡电路产生一系列的脉冲信号，传至脉冲信号接收电路，通过接收脉冲信号电路对这一脉冲进行一系列的转换，使其能够产生不同的节拍，再将这些转换的脉冲信号传至蜂鸣器，使其能够发出不同的节拍来，同时连接四个发光二极管，以达到有灯光随节拍闪亮的效果。

三、电子节拍器的工作原理

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；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；显示电路,灯光使用节拍信号控制；发声电路，利用功率较大的放大电路来驱动发生器。 

    以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555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555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。

四、设计电路及分析

1、设计电路图

设计电路图 1

2、脉冲产生电路 

   电路通过555自激震荡产生方波输出，其频率范围为570-2800Hz,调节滑动变阻器可使节拍在每分钟34至170次范围内变化。  

    节拍产生器由555、CD4017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在不同的输出端上形成不同的节拍输出。

4、声光显示电路 

    当Q0、Q2、Q4、Q6其中一路输出高电平时，通过与其相连接的发光二极管再过R3连接到地从而同步发光，另外二极管与四个电阻相连，由于R7的阻值小于R4、R5、R6的阻值,故当Q0输出高电平时，声音控制信号输出的电流大一些，发出强音，区别于其他弱音信号。声音控制信号输出后通过三级管放大，再输出到蜂鸣器进行发声，这样所听到的声音就大。 

5、仿真示波器图

设计电路仿真图 2

2/4节拍仿真图 3 3/4节拍仿真图 4

4/4节拍仿真图 5

6、分析

将导线开关连在2/4拍，接通电源开关，蜂鸣器发出“强 弱 强 弱”的节奏声，发光二极管D3和D4也随着节拍声交替发光,发出强音时D4亮，发出弱音时D3亮。 分析：“强 弱 强 弱”的节奏声正是2/4拍的节奏，说明电子节拍器能够正常发声和发光。

将导线开关连在3/4拍，蜂鸣器发出“强 弱 弱 强 弱 弱”的节奏声，发光二极管D2、D3和D4也随着节拍声交替发光，发出强音时D4亮，发出第一声弱音时D3亮，发出第二声弱音时D2亮。 分析：“强 弱 弱 强 弱 弱”的节奏声正是3/4拍的节奏，说明电子节拍器能够正常发声和发光。

将导线开关连在4/4拍，蜂鸣器发出“强 弱 弱 弱 强 弱 弱 弱”的节奏声，发光二极管D1、D2、D3和D4也随着节拍声交替发光，发出强音时D1亮，发出第一声弱音时D2亮，发出第二声弱音时D3亮, 发出第三声弱音时D4亮。 分析：“强 弱 弱 弱 强 弱 弱 弱”的节奏声正是4/4拍的节奏，说明电子节拍器能够正常发声和发光。

五、课程设计的心得体会

于2014-6-16我得到了我的课程设计的题目——电子节拍器。看到题目的一瞬间联想到的东西自然是有节奏的东西，比如音乐乐器。这此课程设计，是一次将数字电子技术与实际相结合的实践。其中包括电路的设计，资料的查找，分析问题解决问题的能力。如果不能以一种认真的态度去面对这次实践，而只是简简单单的在书本之中寻找到一个电路，并将其简单的连接起来，那就失去了本次电子课程设计的意义。

在这次的课程设计中，遇到的很多的困难，比如：电阻阻值的大小，不能太大也不能太小，否则容易引起电路的脉冲不协调，导致电路不能运行;在放入电容时，要考虑电容与滑动变阻器阻值的百分比的大小，过小的话，脉冲速率过慢，指示灯的反应没有想要的效果，过大的话，电路运行一会就回停止，不能运行。所以只能一点点的调节，不能操之过急，这次考虑的主要就是细心与耐心。

六、参考文献

【1】康华光.电子技术基础——模拟部分【M】.北京：高等教育出版社，2006；

【2】康华光.电子技术基础——数字部分【M】.北京：高等教育出版社，2006；

【3】豆丁网；

【4】百度文库；

【5】吴汉清.《实用制作——电子节拍器》.电子制作2003年第10期 ；

【6】赵淑范.《电子技术试验与课程设计》. 清华大学出版社.2006.

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