使用555定时器来制作一些乐器

描述

今天，我们将使用 555 个计时器来制作一些乐器！我们将建造一个特雷门琴、管风琴和一个 Atari Punk 控制台。我在课堂上使用这项活动来庆祝从分立元件到集成威廉希尔官方网站 的毕业。在涵盖了电阻电容 (RC) 威廉希尔官方网站 和半导体的基础知识之后，这项活动为课程的其余部分提供了很好的帮助。我从未见过学生如此疯狂地求解代数方程来计算完美的电容值，从而在演出前将他们的仪器调到正确的频率。这项活动很有趣，并教授威廉希尔官方网站 设计的许多方面。它还教会了我在产生噪音的威廉希尔官方网站 中添加音量旋钮的重要性。在一个满是十几个尖叫的特雷门的房间里，你很快就会知道这一点！

这个项目需要一点硬件知识、一些 RC 威廉希尔官方网站 知识和一些面包板知识。如果你不熟悉 555 定时器，那也没关系！我将在第一部分教你所有你需要知道的关于 555 定时器的知识。

特别感谢 Forest Mims，他撰写了一些关于电子产品的最佳和最容易获得的介绍性书籍。他的“Toy Organ”和“Stepped Tone Generator”是Organ 和Atari Punk 控制台的基础。如果您有兴趣了解更多有关电子学的知识，他的书“电子学入门”是一个很好的起点。它写得非常好，并带有 100 种不同的威廉希尔官方网站 供您构建！

补给品：

特雷敏

• 1 个 555 定时器
• 2x 光敏电阻
• 1x 10 kOhm 电阻器
• 1x 1 兆欧电阻
• 1x 1 kOhm 电位器
• 2x 0.1 uF 电解电容
• 1x 100 uF 电解电容器
• 8 欧姆扬声器（1-2 瓦）或无源/压电蜂鸣器
• 半尺寸面包板
• 一些跳线
• 9V电池
• 9V电池夹

器官

• 1 个 555 定时器
• 1x 10 kOhm 电阻器
• 1x 100 kOhm 电位器
• 1x 1 kOhm 电位器
• 1x 0.1 uF 电解电容
• 1x 100 uF 电解电容器
• 各种各样的陶瓷电容器，从 1 nF 到 22 uF
• 8 个（或更多！）触觉/瞬时按钮
• 8 欧姆扬声器（1-2 瓦）或无源/压电蜂鸣器
• 全尺寸面包板
• 一些跳线
• 9V电池
• 9V电池夹

雅达利朋克控制台

• 2x 555 定时器
• 1x 1 kOhm 电阻器
• 2x 470 kOhm 电阻器
• 1x 1 kOhm 电阻器
• 3x 0.1 uF 电解电容
• 1x 1 uF 电解电容
• 1x 100 uF 电解电容器
• 8 欧姆扬声器（1-2 瓦）或无源/压电蜂鸣器
• 半尺寸面包板
• 一些跳线
• 9V电池
• 9V电池夹

第 1 步：555 计时器如何工作

 

 

 

 

 

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555 定时器是用于产生方波的集成威廉希尔官方网站 (IC) 芯片。它可用于定时器/触发器应用或用作振荡器。在这种情况下，我们使用它来生成各种频率的方波，以创建乐器的不同音符。通过改变我们输入 555 定时器的 RC 威廉希尔官方网站 ，我们可以改变输出方波的频率来播放不同的音符。所有仪器威廉希尔官方网站 基本相同。他们只是使用不同的方法来改变我们作为输入提供的 RC 威廉希尔官方网站 。在这些威廉希尔官方网站 中，我们将在非稳态和单稳态配置中使用 555 定时器（稍后会详细介绍）。

在我们深入了解 555 计时器之前，我们需要了解一些基本构建块。第一个是红色块和黄色块中显示的比较器。比较器有两个输入和一个输出。当 V+ 输入大于 V- 输入（用气泡表示）时，它会将输出驱动为高电平。当 V+ 输入小于 V- 输入时，它将输出驱动为低电平。555 定时器威廉希尔官方网站 内部有两个比较器。这些比较器用于根据阈值和触发值打开或关闭 555 定时器的输出。

我们需要了解的第二个威廉希尔官方网站 组件是紫色显示的 SR（设置复位）触发器。SR触发器的实现逻辑真值表如上表所示。SR 触发器根据比较器的状态设置输出状态。阈值比较器连接到触发器的复位引脚，触发比较器连接到触发器的设置引脚。

粉红色显示的推挽输出驱动器用于为输出提供电流。蓝色显示的晶体管用于将放电引脚接地，通常用于对外部电容器放电。以绿色显示的 3 个电阻值相等。它们将电源电压 VCC 分成其值的 2/3 和 1/3。这些值用作比较器的参考电压。

虽然乍一看很复杂，但 555 定时器本质上只是对外部电容器进行充电和放电，并根据电容器的状态切换输出。开始时，外部电容放电意味着触发电压小于 1/3 Vcc。这将打开触发/设置比较器，将输出驱动为高电平。外部电容器继续充电，直到超过 2/3 Vcc。此时，阈值/复位比较器打开，将输出驱动为低电平。放电晶体管将外部电容器接地，使其放电。一旦外部电容器降至 1/3 Vcc 以下，整个过程就会一遍又一遍地重复，从而产生我们永无止境的方波。

如果它仍然没有点击，您可以查看 Paul Falstad 提供的这些模拟。我是一个相当直观的学习者，所以看到威廉希尔官方网站 模拟真的可以帮助我理解威廉希尔官方网站 中发生了什么。

我们将主要在非稳定模式下使用 555 定时器。这意味着该威廉希尔官方网站 由 RC 威廉希尔官方网站 供电，并且可以自由运行以生成输出方波。Atari Punk 控制台在非稳态模式下使用第一个 555 计时器，在单稳态模式下使用第二个 555 计时器。单稳态模式意味着它由外部源馈电并输出单次脉冲。在 Atari Punk 控制台中，我们使用非稳态 555 计时器向单稳态 555 计时器提供信号。

第 2 步：特雷门

 

 

 

 

 

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现在是时候制作你的特雷门了！不像典型的特雷门那样使用接近度，这种特雷门使用光强度来确定音符的频率。该电阻器在 RC 威廉希尔官方网站 中有两个光敏电阻器为 555 定时器威廉希尔官方网站 供电，以影响电容器的充电/放电速率。光敏电阻的电阻随着光强度的降低而降低，这意味着电容器将需要更长的时间来充电和放电。因此，通过减少到达光敏电阻的光量，可以降低播放频率。要增加频率，请增加光强度。

要构建您的特雷门，首先将 555 计时器芯片放在面包板上。您可以按照自己的方式构建威廉希尔官方网站 。我通常首先按顺序放置组件，从 IC 芯片的引脚 1 开始，一直移动到引脚 8。确保在光敏电阻之间放置一定距离，以便您可以分别控制到达每个光敏电阻的光量. 请注意电容器和扬声器的极性。R5 是用于音量控制的电位器。

一旦你建立了威廉希尔官方网站 ，再次从引脚 1 到引脚 8 绕过 IC，以再次检查一切是否正确连接。要确认没有短路，您可以在 555 计时器的引脚 1 和引脚 8 之间连接万用表。您应该在这两点之间看到相当多的阻力。一旦你确定一切都正确连接，你可以连接 9V 电池。你的特雷门应该开始发出声音了！如果您没有听到任何声音或声音微弱，请调整 R5 以根据您的喜好微调音量。

由于环境光强度会根据您演奏特雷门琴的位置而有很大差异，因此您可能需要更换 C3。如果您的Theremin的频率范围太高，请尝试将C3切换为电容值稍大的电容器。如果频率太低，请尝试使用稍低值的电容器。

第 3 步：器官

 

 

 

 

 

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现在是时候制作你的风琴了！该风琴在非稳态模式下使用 555 定时器威廉希尔官方网站 。触觉开关用于切换不同的电容器以确定播放音调的频率。您可以根据需要并联添加任意数量的不同开关和电容器。您也可以通过同时按下两个按钮或键将它们组合在一起（并联组合电容器会产生等于两个电容之和的等效电容值，这将产生频率低于两个开关中的任何一个的声音他们自己）。

要计算每个键的特定音调，您可以使用以下等式。R1 将成为基于雨刷位置的电位器的值，R2 为 10kOhm。C 是您要接入的电容器的值。f 是以赫兹为单位的结果频率。0.693 是 2 的自然对数。

f = 1 / (0.693×C×(R1 + 2×R2))

作为起点，上面是一些常见电容值及其相应计算频率的表格，假设 R1 为 100 kOhm。请记住，如果您没有所需的确切电容值，则可以使用以下等式组合电容器。

对于串联电容器：1/C_equivalent = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3

对于并联电容器：C_equivalent = C1 + C2 + C3

为了更容易地弄清楚如何组合已经必须创建特定电容值的电容器，请查看本教程并尝试我的Stocked Resistor/Capacitor Equivalence Calculator 。

以与构建特雷门相同的方式构建您的管风琴。首先将 555 定时器芯片放在面包板上。请记住，您需要为按钮节省大量空间。开始放置其余组件，从连接到 IC 引脚 1 的部件开始，一直移动到引脚 8。在连接其他所有部件后，我放置了按钮及其相应的电容器。

请注意电容器和扬声器的极性。和以前一样，仔细检查威廉希尔官方网站 并确认没有短路。一旦你确定一切都正确连接，你可以连接 9V 电池。按下琴键，您的风琴应该开始演奏了！如果您没有听到任何声音或声音微弱，请调整 R3 以根据您的喜好微调音量。

第 4 步：雅达利朋克控制台

 

 

 

 

 

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现在是时候制作您的 Atari Punk 控制台了！Atari Punk 控制台 (APC) 本质上是一个非稳态 555 定时器威廉希尔官方网站 ，它产生一个方波来驱动一个产生单个方脉冲的单稳态 555 定时器威廉希尔官方网站 。有两个用于控制的电位器：一个用于振荡器的频率 (R2)，另一个用于脉冲宽度 (R3)。APC 被认为是最具标志性的简单 DIY 合成器之一。

以与构建其他乐器相同的方式构建 Atari Punk 控制台。我将首先为第一个 555 计时器 (U1) 构建威廉希尔官方网站 ，然后再转到第二个 555 计时器 (U2)。开始放置其余组件，从连接到 IC 引脚 1 的部件开始，一直移动到引脚 8。完成 U1 周围的威廉希尔官方网站 后，将 U2 添加到板上并构建 U2 周围的威廉希尔官方网站 。

和以前一样，请注意电容器和扬声器的极性。仔细检查威廉希尔官方网站 并确认没有短路。一旦你确定一切都正确连接，你可以连接 9V 电池。您的 APC 应该开始播放了！开始转动频率和脉冲宽度旋钮并播放您自己的合成器。如果您没有听到任何声音或声音微弱，请调整 R4 以根据您的喜好微调音量。

第5步：战斗！混音！

现在您已经拥有了所有三种乐器，并且可以组建您的乐队了！在我的课堂上，我花了大约一天半的时间来完成 555 计时器、搭建威廉希尔官方网站 、组装乐队、想出名称和徽标、写歌和准备表演。最终的结果很有趣。有的乐队拥有完美调音的乐器，他们演奏了近乎完美的“Lavender Town”，而其他乐队则更多地采用了自由爵士乐和即兴的方式。总而言之，对于任何级别的任何人来说，这些都是非常有趣的威廉希尔官方网站 。

您还可以尝试更多地重新混合这些威廉希尔官方网站 ！尝试将 APC 中的电位器换成光敏电阻。尝试将风琴或特雷门与 APC 的第二阶段结合起来。尝试使用热敏电阻或压敏电阻代替光敏电阻。尝试使用固定电阻和可变电容，而不是固定电容和可变电阻。您可以使用这些工具有很多不同的方向。玩得开心！