來源：電子設(shè)計應(yīng)用 | 姚曉亮 劉春河等系統(tǒng)設(shè)計 總體設(shè)計 系統(tǒng)主要由語音處理前向通道、A／D轉(zhuǎn)換、單片機控制兼數(shù)據(jù)處理、D／A轉(zhuǎn)換、鍵盤顯示模塊及后向處理通道組成，單片機構(gòu)成系統(tǒng)的控制中心，用來進行控制功能選擇和結(jié)果顯示。CPLD內(nèi)集成373、138和分頻器。通過前級放大，將微弱的電信號放大到2.5v，中間由射極跟隨器進行隔離，再通過300Hz～3.4kHz的帶通濾波器濾除50Hz的市電影響和高頻噪聲。ADC0809的參考電壓選為+5V，其采集的電壓信號范圍是0～+5V。而語音信號是雙極性的，可正可負(濾波器輸出信號幅值約為土2.5V)，因此，有必要加一直流偏置電壓(約為+2.5V)，使語音信號變?yōu)閱螛O性信號(0～+5V)，保證ADC0809采樣有效，同時也保證其具有一定的采樣精度。通過反相加法器將雙極性的電信號轉(zhuǎn)換為0～+5V的單極性信號。信號通過A／D轉(zhuǎn)換后進入單片機進行相應(yīng)處理，然后D／A轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出，后極通過300Hz～3.4kHz的帶通濾波器使之平滑，并用音頻功放放大語音信號后輸出?？傮w框圖如圖1所示。
各模塊設(shè)計 前級放大模塊
話筒的輸出阻抗不可忽略，故放大前必須進行隔離，并盡量減小信號輸出 阻抗。本電路采用射隨隔離電路。從話筒輸出的電壓峰-峰值約為幾百mV，因此，只需要將信號放大幾倍，使其峰-峰值達到5V左右即可。采用多級放大，減少噪聲干擾。在加法器兩輸入端及ADC輸入端均加上射隨隔離，電路參數(shù)設(shè)計如圖2所示。
單片機 單片機是系統(tǒng)的控制中心，它主要實現(xiàn)以下的功能：一方面控制LCD顯示語音信號的相關(guān)信息，控制按鍵識別和功能選擇；另一方面控制62256的存儲和A／D、D／A轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)語音的存儲和回放。單片機內(nèi)部的程序流程不在此祥述了。 CPLD 系統(tǒng)中的373、分頻器及138均在CPLD內(nèi)部實現(xiàn)，這樣可減少芯片的使用，并為以后系統(tǒng)實現(xiàn)功能擴展提供條件。CPLD內(nèi)部的源程序不在此詳述。 濾波模塊 在設(shè)計帶通濾波器時，按品質(zhì)因數(shù)Q的大小，分為窄帶(Q>10)和寬帶(Q<10)兩種情況，若上限頻率為fh，下限頻率為fl，中心頻率為fo，則 濾波器的類型可由下面的公式給出定量計算， 當 低通濾波器的截止頻率設(shè)為3.4kHz，根據(jù)二階低通濾波器(巴特沃斯響應(yīng))設(shè)計表設(shè)定各元器件參數(shù)值為： 第一級，R1=6.8kΩ，R2取50kΩ的電位器，C=6.8nF，C1=2.2nF；第二級，R1取10kΩ的電位器，R2取20kΩ，C=6.8nF，C1=2.2nF。 高通濾波器的截止頻率設(shè)為300Hz，根據(jù)二階低通濾波器(巴特沃斯響應(yīng))設(shè)計表設(shè)定各元器件參數(shù)值為： 第一級，R1=3.9kΩ+150Ω，R2取100kΩ的電位器，C1=C2=100nF；第二級，R1取100kΩ的電位器，R2取9.1kΩ，C1=C2=100nF。 根據(jù)設(shè)計的參數(shù)值，用Multisim2001進行模擬，其帶通寬度、截止點和矩形系數(shù)都達到了系統(tǒng)要求。 系統(tǒng)實現(xiàn)電路 按上述設(shè)計思路，系統(tǒng)采用89C52單片機及EPM7128SLC84-15做主體控制。A／D轉(zhuǎn)換部分采用ADC0809，其最大允許時鐘可達1.28MHz，典型時鐘為640kHz，但這樣的時鐘限制了ADC0809的采樣速率，由于所使用的晶振為12MHz，故將單片機的ALE端經(jīng)CPLD內(nèi)部二分頻后引入，作為ADC0809的時鐘。 系統(tǒng)調(diào)試與測試 采用模擬與數(shù)字分離，然后級聯(lián)的方法對系統(tǒng)進行調(diào)試，先對各模擬電路分別調(diào)試，當每個模擬電路都達到設(shè)計標準后，將前向輸入部分與后級輸出部分用導線連起來，輸入語音信號，檢查揚聲器是否能輸出正常放大的語音信號。調(diào)節(jié)各部分放大電路、濾波電路和功率放大電路，使輸出語音清晰。將模擬與數(shù)字部分級聯(lián)，先用單片機控制由ADC一邊采集、DAC一邊轉(zhuǎn)換，不經(jīng)RAM存儲的方式調(diào)試，直至經(jīng)信號采集與轉(zhuǎn)換后，語音仍能清晰地放出，再調(diào)試直接存儲回放的PCM模式。最后對整個系統(tǒng)的按鍵、顯示及各種語音信號壓縮編碼模式進行調(diào)試。 測試儀器 Tektronix TDS 1002雙信道數(shù)字示波器，SG173SB3直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源，Agilent 33120A信號發(fā)生器，F(xiàn)LUKE17B型4位數(shù)字萬用表。 濾波模塊的調(diào)試 觀測濾波器的截止頻率fc及放大倍數(shù)Av，測得fc不滿足設(shè)計要求，對電路進行分析和調(diào)整。根據(jù)二階RC濾波器的性能參數(shù)表達式
 ，可得 其中，Q為濾波器的品質(zhì)因數(shù)，Q值越大，濾波器的衰減速率越大，濾波效果越好，但Q值變大的同時會使幅頻特性曲線在即將衰減的區(qū)域上升，通常情況下取Q=0.707，所以，要改變截止頻率的大小，只需適當調(diào)整R的值。通過調(diào)節(jié)電位器的大小來調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)的濾波特性。 來源：電子設(shè)計應(yīng)用 | 姚曉亮 劉春河等
指標測試 帶通濾波模塊的幅頻特性參數(shù)如表1和表2所示。
分別對C51和CPLD的軟件調(diào)試和仿真，分別換用不同的編碼方式，各種編碼方式的最終放音效果記錄如表3所示。 總結(jié)及注意點 1.由于在PCM編碼及DPCM編碼模式下都要采用8kHz的采樣率，所以，每次壓縮中斷服務(wù)程序必須在不超過125μs的時間內(nèi)完成，因此，壓縮錄音處理程序的代碼必須進行最大可能的優(yōu)化，以減少程序執(zhí)行時間，以免采樣和數(shù)據(jù)處理或信息顯示發(fā)生沖突，也可避免在中斷采樣時造成采樣點的丟失。 2.在選擇ADC0809的時鐘時，經(jīng)典選擇是640kHz左右，最初選擇將單片機的ALE端四分頻后作為ADC0809的時鐘信號，但發(fā)現(xiàn)雖然語音信號能正常采集，但卻影響了LCD的輸出顯示。將ALE改為二分頻后(用1M觸發(fā))作為ADC0809的時鐘信號，問題得到解決。 |
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時，應(yīng)采用高通-低通相級聯(lián)的方式來實現(xiàn)。根據(jù)實際要求，設(shè)計300Hz～3.4kHz的帶通濾波器，采用兩級低通級聯(lián)、兩級高通級聯(lián)來提高Q值，并把低通和高通模塊級聯(lián)起來。
