đồ án môn học 1 đề tài mạch đàn piano khuếch đại âm thanh

Vi điều khiển được lập trình để điều khiển các mạch điện tử khác nhau, có ứng dụng rộng rãi trong đời sống.. IC là một thiết bị linh hoạt và hữu dụng trong các thiết kế và mạch điện tử h

MẠCH ĐÀN PIANO KHUẾCH ĐẠI ÂM THANH

GVHD: Th.S Cao Thị Xuân Thùy SVTH: PHẠM ĐỨC HÙNG MSSV: 2255120006

LỚP : 22ĐHĐT01

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH tháng 3 năm 2024



MẠCH ĐÀN PIANO KHUẾCH ĐẠI ÂM THANH

GVHD: Th.S Cao Thị Xuân Thùy SVTH: PHẠM ĐỨC HÙNG MSSV: 2255120006

Lớp : 22ĐHĐT01

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, tháng 3 năm 2024



HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIẸT NAM

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

1 Tên đồ án 1: Mạch đàn piano khuếch đại âm thanh loa

2 Nhiệm vụ của đồ án 1: Mạch đàn piano khuếch đại ân thanh loa

3 Ngày giao đồ án 1:

4 Ngày hoàn thành đồ án 1:

5 Họ tên người hướng dẫn: TH.S Cao Thị Xuân Thùy

Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2024

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký và ghi rõ họ tên)

HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KẾ HOẠCH LÀM ĐỒ ÁN MÔN HỌC

HỌ VÀ TÊN: Phạm Đức Hùng MSSV: 2255120006

LỚP: 22ĐHĐT01

Tên đề tài: Mạch đàn piano khuếch đại âm thanh loa

Họ tên giáo viên hướng dẫn: TH.S Cao Thị Xuân Thùy

Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2024

Sinh viên thực hiện

(Ký và ghi rõ họ tên)

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Phần đánh giá:  Ý thức thực hiện:  Nội dụng thực hiện:  Hình thức trình bày:  Tổng hợp kết quả: Điểm bằng số: ………

Điểm bằng chữ: ………

Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2024

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký và ghi rõ họ tên)

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Phần đánh giá:  Ý thức thực hiện:  Nội dụng thực hiện:  Hình thức trình bày:  Tổng hợp kết quả: Điểm bằng số: ………

Điểm bằng chữ: ………

Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2024

GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

(Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đồ án là do em làm là kết quả của quá trình tự nghiêncứu của bản thân dưới sự hướng dẫn của cô Th.S Cao Thị Xuân Thùy và thamkhảo từ các tư liệu, giáo trình, website liên quan đến đề tài Các kết quả, số liệutrong đề tài là chính xác và khách quan Em sẽ chịu trách nhiệm cho lời cam đoancủa mình

Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2024

Sinh viên thực hiện

(ký và ghi họ tên)

MỤC LỤC

PHẦN I TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN 16

Chương 1 Giới thiệu 16

1 Lý do chọn đề tài 16

2 Mục tiêu chọn đề tài 16

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 18

1 Giới thiệu chung về piano điện tử 18

2 Các linh kiện sử dụng trong mạch 21

2.1 Tụ điện 21

2.2 Điện trở 28

2.3 Biến trở 30

2.4 LED 31

2.5 NE555 32

2.6 LM 386 33

2.7 Nút nhấn 37

2.8 Nguyên lý hoạt động của mạch 39

PHẦN II NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ 44

Chương 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 44

1 Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động của mạch 44

1.1 Sơ đồ khối toàn mạch 44

1.2 Nguyên lý hoạt động của mạch 45

1.3 Lưu đồ thuật toán 45

1.4 Sơ đồ nguyên lý 47

Chương 4 THI CÔNG VÀ KẾT QUẢ 49

1.1 Trình bày các bước thi công mạch 49

1.2 Kết quả và hoạt động của mạch piano được thiết kế 50

1.3 Đánh giá thực tế hoạt động của mạch 51

PHẦN III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 52

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 52

1 Kết luận 52

2 Kiến nghị 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Sơ đồ khối 12

Hình 2 Cấu tạo tụ phân cực 13

Hình 3.Ký hiệu của tụ điện trong mạch điện 14

Hình 4 Tụ điện thực tế 14

Hình 5.Ký hiệu của điện trở trong mạch điện 15

Hình 6 Luật màu dùng ghi trị của các điện trở 16

Hình 7 Ký hiệu biến trở trong mạch điện 16

Hình 8 Các loại biến trở thực tế và được sử dụng phổ biến 17

Hình 9Hình ảnh thực tế của LED đơn 18

Hình 10 Sơ đồ cấu tạo LED đơn 19

Hình 11.Sơ đồ chân timer NE555 19

Hình 12 Hình ảnh Ne555 thực tế 21

Hình 13 Hình ảnh IC LM386 21

Hình 14 Hình ảnh thực tế và mô phỏng của nút nhấn 23

Hình 15 Sơ đồ nguyên lý 26

Hình 16 Mạch in PCB 26

Hình 17 Hình vẽ PCB trong phần mềm 27

Hình 18 Hình vẽ PCB khi in ra giấy 28

Hình 19 Mặt trước mạch piano và bộ khuếch đại thực tế 30

Hình 20 Mặt sau mạch piano và bộ khuếch đại thực tế 30

Hình 21 Piano được phát triển hoàn chỉnh 33

MỤC LỤC BẢNG

Bảng 1 Thông số linh kiện 18

Bảng 2 So sánh ưu nhược điểm tụ không phân cực và phân cực 20

Bảng 3 Chức năng hoạt động từng chân IC555 22

Bảng 4 Bảng thông số kỹ thuật 25

Bảng 5 Sơ đồ chân LM386 và thông tin 27

LỜI NÓI ĐẦU

Hans đã thiết kế IC định thời đầu tiên vào năm 1971, những người có sởthích về điện tử và kỹ sư điện tử đã khám phá nhiều lĩnh vực khác nhau, nơi

mà IC này có thể được sử dụng Từ đo nhiệt độ đến bộ điều chỉnh điện áp đếncác bộ đa năng khác nhau Các IC này chính là một hệ thống vi xử lý hoànchỉnh bao gồm các thành phần của hệ vi xử lý: CPU, bộ nhớ, các mạch giaotiếp, điều khiển ngắt Vi điều khiển được lập trình để điều khiển các mạch

điện tử khác nhau, có ứng dụng rộng rãi trong đời sống IC là một thiết bị linh

hoạt và hữu dụng trong các thiết kế và mạch điện tử hoạt động ở cả trạng thái

ổn định và bất ổn định Nó có thể cung cấp thời gian trễ từ micro giây đếnnhiều giờ Từ đó nó giúp ta điều chỉnh ổn định độ trễ của nhịp và các nốttrong bản nhạc, và đây là nội dung của đồ án của em Ứng dụng bài học để tạo

ra mạch điện piano mô phỏng này thuộc đồ chơi thông minh nhờ mạch điện

tử, phù hợp với cả trẻ em và người lớn thỏa sức sáng tạo hay du dương vớigiai điệu hợp âm từ các nốt, dễ sử dụng và dễ làm Vì thời gian, tài liệu vàtrình độ còn hạn chế nên việc thực hiện đồ án còn nhiều thiếu sót Kính mongnhận được sự chỉ dẫn và góp ý tận tình của thầy cô và các bạn

PHẦN I TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

Xuất phát từ thực tế đó em đã chọn đề tài “ Mạch đàn piano khuếch đại

âm thanh” với những linh kiện đơn giản và dễ tìm với hi vọng tự tay có thểlàm ra được mạch đàn piano khuêch đại âm thanh với 8 nốt từ Đồ đến Đố vàtrong tương lai sẽ phát triển có thể thành một bàn piano điện phát triển vớinhiều nốt hơn

2 Mục tiêu nghiên cứu

LM386 và các linh kiện khác giúp em hiểu thêm về cấu tạo và nguyên lýhoạt động của chúng Đề tài “ Thiết kế mạch đàn piano khuếch đại âm thanh”

sử dụng ic555 và ic Ngoài ra khi thực hiện đề tài còn giúp em nâng cao taynghề và tính tỉ mỉ trong nghành điện tử này, khắc phục những vấn đề chưa tốt Theo nghiên cứu của em hiện tại, dự án của em đã có rất nhiều người cóthể thực hiện được do tính ứng dụng rộng rãi của nó Nhưng có thể mục tiêu

đồ án này có đô phần đơn giản khi chỉ là một mạch đàn piano thông thườngnên em đã bổ xung thêm bộ khuếch đại âm thanh Không khó khăn khi thựchiện và giá thành lại rẻ

3 Kết cấu của đề tài Gồm 3 phần và 5 chương

Chương 1 GIỚI THIỆU

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

Chương 4 THI CÔNG VÀ KẾT QUẢ

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1 Giới thiệu chung về piano điện tử:

Bộ định thời 555 là một dạng mạch tích hợp kỹ thuật số (IC) có thể được

sử dụng như một bộ tạo xung nhịp, một mạch định thời đơn IC 555 là một mạch

có thể tạo ra các xung định thời chính xác, được sử dụng như một bộ tạo xung đahài ổn định hoặc đơn ổn định IC 555 là một thiết bị linh hoạt và hữu dụng nhấttrong các thiết kế và mạch điện tử hoạt động ở cả trạng thái ổn định và bất ổnđịnh Nó có thể cung cấp thời gian trễ từ micro giây đến nhiều giờ IC 555 là một

vi mạch rất rẻ, hoạt động với nhiều mức điện áp và các điện áp đầu vào khácnhau được cung cấp không ảnh hưởng đến đầu ra của bộ định thời

Các linh kiện có các đặc tính riêng biệt, khi kết nối với vi đều khiển thìcũng cần có một nguyên tắc nhất định như dùng điện trở hạn dòng hay mắc thêmtransistor để khuếch đại

Phần mềm Proteus là phần mềm cho phép mô phỏng, thiết kế, lập trình cácmạch điện tử dùng các họ vi điều khiển như AVR, PIC, Phần mềm này gồm 2chương trình:

- ISIS: Để mô phỏng mạch, khâu mô phỏng cho phép tìm hiểu hoạt động của mạch sau khi đã lập trình và cài đặt các thông số, xác định trước hoạt động của máy trên thực tế để có thể có những điều chỉnh phù hợp

- ARES: Để vẽ mạch in, hỗ trợ cho việc thực hiện phần cứng của mạch

Nội dung đồ án này bao gồm: sử

dụng phần mềm Proteus để thiết kế

và sau đó là thi công mạch piano

hoàn chỉnh Mạch piano này phù hợp

với mọi lứa tuổi, nhất là trẻ nhỏ Có

thể như một dụng cụ âm nhạc cho các

em, thỏa sức sáng tạo với những nốt

thanh nhạc Với đồ chơi điện tử

thông minh này chúng ta có thể làm

tại nhà với giá thành rẻ và dễ làm

2.1.3.Các yêu cầu của mạch:

Bảng 1 Thông số linh kiện

2.2 Các linh kiện sử dụng trong mạch:

Tụ phân cực (polarized capacitor) là một loại linh kiện điện tử được thiết kế

để lưu trữ và cung cấp năng lượng trong mạch điện Tụ phân cực có hai cực hoặcchiều cố định, bao gồm cực dương và cực âm.

Hình 1 Cấu tạo tụ phân cực

 Ký hi u là: C ệu là: C

Hình 2: Ký hiệu của tụ điện trong mạch điện

- Tác dụng của tụ điện được biết đến nhiều nhất là khả năng lưu trữ năng lượng

điện, lưu trữ điện tích hiệu quả Với khả năng lưu trữ như ắc-qui Ưu điểm lớncủa tụ điện là lưu trữ mà không làm tiêu hao năng lượng điện

- Ngoài ra, công dụng tụ điện còn cho phép điện áp xoay chiều đi qua, giúp tụ

điện có thể dẫn điện như một điện trở đa năng Đặc biệt khi tần số điện xoaychiều thì dung kháng càng nhỏ Hỗ trợ cho việc điện áp được lưu thông qua tụđiện

- Do nguyên lý hoạt động của tụ điện là khả năng nạp xả thông minh, ngăn điện áp

1 chiều, cho điện áp xoay chiều lưu thông giúp truyền tí hiệu giữa các tầngkhuyếch đại có chênh lệch điện thế

- Tụ điện còn có vai trò lọc điện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều bằng phẳng

bằng cách loại bỏ pha âm

Tự phục hồi

/

Làm việc tần số caoTuổi thọ cao

dụng điện áp cao

Khả năng tự phá hủyKhông phù hợp tần số cao

 Ưu nhược điểm:

Bảng 2 So sánh ưu nhược điểm tụ không phân cực và phân cực

2.2.2 Điện trở

Điện trở hay Resistor là một linh kiện điện tử thụ động gồm 2 tiếp điểm kếtnối, thường được dùng để hạn chế cường độ dòng điện chảy trong mạch, điềuchỉnh mức độ tín hiệu, dùng để chia điện áp, kích hoạt các linh kiện điện tử chủđộng như transistor, tiếp điểm cuối trong đường truyền điện và có trong rấtnhiều ứng dụng khác

 Cách ch n đi n tr thích h p: ọn điện trở thích hợp: ệu là: C ở thích hợp: ợp:

Hình 4 Luật màu dùng ghi trị của các điện trở

Giá trị của một điện trở có thể được đọc thông qua vòng màu (hoặc mãmàu) in trên nó bằng cách sử dụng một bảng mã màu tiêu chuẩn Vòng màu nàythường được sử dụng trên điện trở bốn dải màu, và mỗi dải màu biểu thị một sốhoặc một giá trị nhất định Khi thiết kế mạch cần phải tính toán trước công suất

dự kiến tối đa có thể tiêu tán trên điện trở Bằng cách tính toán trước công suấtnày, người thiết kế có thể chọn công suất định mức phù hợp cho điện trở được

sử dụng trong mạch

2.2.3 Biến trở

Biến trở là các thiết bị có thể biến đổi được theo ý muốn Nó có thể được

sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh hoạt động của mạch điện

Điện trở của thiết bị có thể được thay đổi bằng cách thay đổi chiều dài củadây dẫn điện trong thiết bị, hoặc bằng các tác động khác như nhiệt độ thay đổi,ánh sáng hoặc bức xạ điện từ,

Mỗi loại biến trở lại có những giá trị điện trở khác nhau Chúng phụ thuộcvào vị trí của cực chạy trên dải điện trở Do đó, chúng ta có thể điều chỉnh giátrị điện trở suất để kiểm soát điện áp cũng như dòng điện

Hình 5 Các loại biến trở thực tế và được sử dụng phổ biến

Làm thay đổi điện trở, chủ yếu của biến trở là các dây dẫn được tách rờidài ngắn khác nhau Trên các thiết bị sẽ có vi mạch điều khiển hay các núm vặn.Khi thực hiện điều khiển các núm vặn các mạch kín sẽ thay đổi chiều dài dâydẫn khiến điện trở trong mạch thay đổi

Vai trò phân áp, phân dòng trong mạch

Trong lĩnh vực điện, mạch điện hiện nay, các loại biến trở được phânthành nhiều dạng khác nhau Với các loại biến trở khác nhau sẽ thích hợp để sửdụng trong những mạch điện công nghiệp hay điện dân dụng Dưới đây là phânloại biến trở cũng như các loại biến trở thông dụng nhất được dùng để lắp đặttrong các mạch điện:

- Biến trở tay quay

V thường chọn 2V cho tất cả các loại LED khi thiết kế.

Hình 7: Sơ đồ cấu tạo LED đơn

2.2.5 NE555

IC555 là vi mạch tạo thời gian trễ (Time Delays) và tạo xung (Oscillation)với mức độ ổn định và tỷ lệ chính xác cao Với 2 dòng sản phẩm là

SE555/NE555

Cấu tạo của 1 IC NE555 gồm có một bộ OP – AMP dùng để so sánh điện

áp, 1 mạch lật và transistor giúp xả điện Cấu tạo đơn giản nó được coi là mộtmạch tích hợp hoạt động rất tốt và có độ chính xác khá cao

Hình 8: Sơ đồ chân timer NE555

Được sử dụng để làm thay đổi mức điện áp chuẩn trong IC

555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng ở các điện trở ngoàinối với chân số 1 GND

Bảng 3 Chức năng hoạt động từng chân IC555

Bảng 4 Bảng thông số kỹ thuật

Khi mà điện áp ở chân số 2 ở dước mức điện áo kích thì mạch Flip – Flop

sẽ ở trạng thái Set (mức 1) điều này làm cho gõ ra (OUT) ở mức cao (mức 1).Còn khi điện á ở chân TRIG ic555 cao hơn mực áp kích và nó đồng thời trênngưỡng chân 6 thì tự mạc Flip – Flop sẽ bị reset về mức 0, đầu ra cũng outputxuống mức 0

Ngoài ra chân 4 xuống mức thấp thì mạch Flip – Flop sẽ bị reset làm đầu

ra (OUT) xuống mức 0 Còn khi đầu ra ở mức 0 thì chân 7 sẽ nối với GND

Hình 9: Hình ảnh Ne555 thực tế

2.2.6 LM386

Hình 10 Hình ảnh IC LM386

LM386 là một IC khuếch đại âm thanh được sử dụng rộng rãi, được sảnxuất ở dạng nhúng 8 chân, VSSOP, SOIC và các gói khác Về cơ bản, IC nàyđược thiết kế cho các ứng dụng thương mại điện áp thấp, ngoài các ứng dụngthương mại nó còn là một vi mạch nổi tiếng trong giới đam mê điện tử Độ lợibên trong của IC được đặt là 20 nhưng nó có thể được điều chỉnh bằng cách kếtnối một điện trở và tụ điện nối tiếp giữa chân số 1 và 8, bằng cách này, ngườidùng có thể điều chỉnh độ lợi trong khoảng 20 đến 200 Nhờ kích thước nhỏ,dòng điện tĩnh thấp và yêu cầu điện áp thấp nên IC này rất lý tưởng để sử dụngtrong nhiều ứng dụng và thiết bị di động chạy bằng pin

chỉnh độ lợi từ 20 đến 200

tín hiệu âm thanh vào mạch IC

tín hiệu đầu vào

với đất

Bảng 5: Sơ đồ chân LM386 và thông tin

* Tính năng, thông số kỹ thuật LM386

Độ nhiễu và biến dạng mạch thấp

Kích thước nhỏ (gói nhúng 8 chân)

Nguồn điện tĩnh chỉ 24mW trên nguồn 6V

Mức tiêu thụ dòng điện chỉ là 4mA ở chế độ chờ

Hoạt động với điện áp cấp rộng từ 4V đến 18V

Mạch bên ngoài chỉ cần vài linh kiện

Mức tăng điện áp tối thiểu đến tối đa là từ 20 đến 200

Cũng được sản xuất trong gói VSSOP và SOIC

Đầu ra tối đa của LM386N-4 là 1000mW trên 16V

* Thay thế tương đương IC LM386

Một số IC thay thế bạn có thể sử dụng là LM380, TDA2822M, NJM2073

và MC34119 Các IC được đề cập ở đây không phải là thay thế chính xác củaLM386 vì mạch bên trong và bên ngoài của chúng khác nhau, nhưng nếu bạnđang tìm kiếm các IC nhúng 8 chân hoạt động trên cùng một điện áp và yêu cầu

ít linh kiện bên ngoài và có cùng đầu ra thì bạn có thể lựa chọn những IC này

2.2.7 Nút nhấn.

Nút ấn là một loại công tắc đơn giản điều khiển hoạt động của máy hoặcmột số loại quá trình Hầu hết, các nút nhấn là nhựa hoặc kim loại Hình dạngcủa nút ấn có thể phù hợp với ngón tay hoặc bàn tay để sử dụng dễ dàng Tất cảphụ thuộc vào thiết kế cá nhân Nút ấn có 2 loại chính là nút nhấn thường mởhoặc nút nhấn thường đóng

Hình 11 Hình ảnh thực tế và mô phỏng của nút nhấn

* Nguyên lí làm việc của nút nhấn

Nút nhấn có ba phần: Bộ truyền động, các tiếp điểm cố định và các rãnh

Bộ truyền động sẽ đi qua toàn bộ công tắc và vào một xy lanh mỏng ở phíadưới Bên trong là một tiếp điểm động và lò xo Khi nhấn nút, nó chạm vàocác tiếp điểm tĩnh làm thay đổi trạng thái của tiếp điểm Trong một số trườnghợp, người dùng cần giữ nút hoặc nhấn liên tục để thiết bị hoạt động Với cácnút nhấn khác, chốt sẽ giữ nút bật cho đến khi người dùng nhấn nút lần nữa

* Ứng dụng

Công tắc nút nhấn sử dụng nhiều trong các ứng dụng khác nhau như