【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 需要時(shí)再將其回放，存入與放出由開關(guān)通過(guò)微處理器來(lái)控制實(shí)現(xiàn)。存儲(chǔ)器的容 量選擇視所存語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)間長(zhǎng)短而定。為了使 A/D 的輸入信號(hào)穩(wěn)定在其動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，在輸入級(jí)加上了自動(dòng)增益控制電路，同時(shí)也使音量穩(wěn)定。 4 電路設(shè)計(jì) 拾音器是一種聲傳感器， 聲傳感器是把外界聲場(chǎng)中的聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器。它在通訊、噪聲控制、環(huán)境檢測(cè)、音質(zhì)評(píng)價(jià)、文化娛樂(lè)、超聲檢測(cè)、水下探測(cè)和生物醫(yī)學(xué)工程及醫(yī)學(xué)方面有廣泛的應(yīng)用 [10]。它的種類很多，按其特點(diǎn)和頻率等，將它劃分為超聲傳感器、聲壓傳感器和聲表面波傳感器 等 。 單純的磁性拾音器工作的電學(xué)原理 為 當(dāng) 聲音 在銅絲繞制的線圈內(nèi)震動(dòng)切割被該線圈所纏繞的磁 芯產(chǎn)生的磁感線時(shí)，線圈內(nèi)感應(yīng)出電信號(hào)并流出。感應(yīng)電流的強(qiáng)弱取決于切割磁感線的多寡（振幅）、切割頻率（震動(dòng)頻率）和磁感線自身的強(qiáng)弱。 拾音器包括拾音頭（換能裝置、唱針）和音臂等附件。其換能裝置主要有壓電式、電磁式、電容式以及半導(dǎo)體等 [11]。電磁式拾音頭，用電磁感應(yīng)原理，將機(jī)械振動(dòng)變換成電信號(hào)的幅度響應(yīng)拾音頭。主要由線圈和磁鋼等組成。唱針耦合在線圈上的稱 動(dòng)圈 式，耦合在磁鋼上的稱動(dòng)磁式。此外，也有將唱針耦合在銜鐵上的稱為動(dòng)鐵式，也稱可變磁阻式。在本設(shè)計(jì)中決定采用動(dòng)圈式拾音器 （１） 增益放 大器 拾音器輸出的毫伏信號(hào)實(shí)測(cè)其范圍約為 20~25Mv 此電信號(hào)太小不能夠進(jìn)行采樣，后級(jí) A/D轉(zhuǎn)換輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍為 0~5V，語(yǔ)音信號(hào)的范圍與采樣范圍的比較得出放大器的放大倍數(shù)應(yīng)為 200 倍左右，此處將信號(hào)通過(guò)一增益為 46dB 的放大器，將其放大到伏特量級(jí)，輸出級(jí)放大電路亦采用這種電路，兩級(jí)放大電路都采用增益可調(diào)的典型電路 [12]。為了將從拾音器獲得的微弱語(yǔ)音信號(hào)放大 ,采用兩極高輸入阻抗的同向放大器 ,電路圖如圖所示 ,每級(jí)放大器的放大倍數(shù)按下式計(jì)算 : 311 /1 RRA PV ?? 522 /1 RRA PV ?? ８ 3261 8574N E 55 3 43261 8574N E 55 3 4P O T 1 P O T 2R2R1R3R4 R5C?1 .0 uFE1C1C2E2 .2 uFM+ 15+ 151 51 5OUT 圖 增益放大器 （２）輸出放大器 經(jīng)帶通濾波器輸出的聲音回放信號(hào)，其幅度為 0～ 5V，足以用耳機(jī)來(lái)接收聽，可不接任何放大器。但考慮到實(shí)際中經(jīng)?；赜玫嚼韧夥?，故在本系統(tǒng)中增加外放功能，前端放大器采用通用型音頻功率放大器 LM386 來(lái)完成 [13]。電路如圖 。該電路增益為 50～ 200，連續(xù)可調(diào)，最大不失真功率為325mW。輸出端接 C R9 串聯(lián)電路，以校正喇叭的頻率特性，防止高頻自激．腳7 接 220uF 去偶電容，以消除低頻自激．為便于該功放在高增益情況下 工作，這里將不使用輸入端腳 2 對(duì)地短路． 圖 輸出放大器 ９ 濾波器是一種能使有用頻率信號(hào)通過(guò)同時(shí)抑制 (或大為衰減 )無(wú)用頻率信號(hào)的電子裝置。工程上常用它來(lái)作信號(hào)處理、數(shù)據(jù)傳輸和抑制干擾等。這里主要討論模擬濾波器。以往這種濾波電路主要采用無(wú)源元件 R、 L 和 C 組成， 60 年代以來(lái)，集成運(yùn)放獲得了迅速發(fā)展，由它和 R、 C 組成的有源濾波電路，具有不用電感、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn) [14]。此外，由于集成運(yùn)放的開環(huán)電壓增益和輸入阻抗都很高，輸出阻抗又底，構(gòu)成有源濾波電路后還具有一定的電壓放大和緩沖 作用。但是，集成運(yùn)放的帶寬有限，所以目前有源濾波電路的工作頻率難以作的很高，這是它的不足之處。 對(duì)于幅頻響應(yīng)，通常把能夠通過(guò)的信號(hào)頻率范圍定義為通帶，而把受阻和衰減的信號(hào)頻率范圍定義為阻帶，理想濾波電路在通帶內(nèi)應(yīng)具有零衰減的幅頻響應(yīng)和線形的相位響應(yīng)，而在阻帶內(nèi)應(yīng)具有無(wú)限大的幅度衰減（ ? ? 0??jA ）。按照通帶和阻帶的相互位置不同，濾波器可分為低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器。 通常用幅頻響應(yīng)來(lái)表征一個(gè)濾波器的特征，欲使信號(hào)通過(guò)濾波器的失真很小，則相位和延時(shí)響應(yīng)亦 須考慮。當(dāng)相位響應(yīng) ???? 作線性變化，即時(shí)延響應(yīng) ????為常數(shù)時(shí)，輸出信號(hào)才可能避免失真。 圖 ? ? ? ?? ?sV sVsA 10? ， ? ? ? ?ejAjA ?? ? ????j (s= ?j ) 這里 ? ??jA 為傳遞函數(shù)的模， ???? 為其相位角。 延時(shí)向量 ???? ： ? ? ? ?? ?sdd ????? ?? 聲音信號(hào)經(jīng)動(dòng)圈拾音器轉(zhuǎn)有源濾波器換成電壓信號(hào)，通過(guò)前級(jí)放大，在對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)采集之前，有必要經(jīng)過(guò)帶通濾波器除帶外雜波，選定該濾波器的通帶范圍為 300Hz~： １． 保證 300～ 3400Hz 的語(yǔ)音信號(hào)不失真的通過(guò)濾波器； ２． 濾除帶外的低頻信號(hào)，以減少帶外功頻等分量的干擾，大大減少噪聲影響，該下限頻率可下延到 270Hz 左右； ３． 便于濾除帶外的高次諧波，以減 少因 8kHz 采樣率而引起的混疊失真，濾波電路 ??t1? ??t0? １０ 根據(jù)實(shí)際情況，該上限頻率可在 2700Hz 左右，帶通濾波器按品質(zhì)因數(shù)Q 的大小為窄帶濾波器（Ｑ＞ 10）和帶通濾波器（Ｑ＜ 10 兩種，本題中，上限頻率 fh=3400Hz,通帶濾波器中心頻率 f0 與品質(zhì)因數(shù)Ｑ分別為 f0= 1FhF = 3003400 ? =1010Hz Q= 100 ??? fFh FBWF 顯然， Q＜ 10，故該帶通濾波器為寬帶帶通濾波器．帶寬帶通濾波器由高通和低通濾波器級(jí)聯(lián)構(gòu)成 ，鑒于 Butterworth 濾波器帶內(nèi)平坦的響應(yīng)特性，我們選用二階 Butterworth 帶通濾波器，電路如圖 所示．實(shí)驗(yàn)證明，該濾波器能有效的濾除低頻分量，大大減少噪聲干擾，與之同時(shí)也綠除了多余的高頻分量，消除了高頻失真，性能足以滿足要求 [15]。 圖 帶通濾波器 這里介紹的穩(wěn)壓電源，采用三端可調(diào)穩(wěn)壓集成電路 LM317，外圍電路十簡(jiǎn)單，便于制作。該穩(wěn)壓電源，電壓可調(diào)范圍 ~25V,最大負(fù)載電流 [16]。 電路如圖 所示： 220V 交流電經(jīng)變壓器 T 降壓 ,得到 24V 交流電 ,再經(jīng)VD1~VD4 組成的全橋整流 ,由 C1 濾波后得到 33V左右的直流電壓 [17]。該電壓經(jīng)集成電路 LM317 后得穩(wěn)壓輸出 ,調(diào)節(jié)電位器 RP,即可連續(xù)調(diào)節(jié)輸出電壓。圖中 C2用以消除寄生振蕩 ,C3 的作用是抑制紋波 ,C4 是用以改善穩(wěn)壓電源的的暫態(tài)響應(yīng) ,VD VD7 在輸出端電容漏電或調(diào)整端短路時(shí)起保護(hù)作用。 VD5 為本電源的工作指示燈，電阻 R1 是限流電阻。輸出端接微型電壓表 PV，可以直觀的指示輸出電壓值。各元件具體參數(shù)如圖所標(biāo)。 １１ 圖 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源 MCS— 51 系列單片機(jī) 單片微 型計(jì)算機(jī)（ SingChip Microputer）簡(jiǎn)稱單片機(jī)。它是在一塊芯片上集成中央微處理器（ Central Processing Unit, CPU）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（ Random Access Memory, RAM）、只讀存儲(chǔ)器（ Read Only Memory, ROM）、定時(shí) /計(jì)數(shù)器及 I/O（ Input/Output）接口電路等部件，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。它的特點(diǎn)是：高性能，高速度，體積小，價(jià)格低廉，穩(wěn)定可靠，應(yīng)用廣泛 [18]。 正是由于單片機(jī)具有上述顯著的特點(diǎn)，使單片機(jī)的應(yīng)用范圍日 益擴(kuò)大。單片機(jī)的應(yīng)用打破了人們傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，原來(lái)很多用模擬電路、脈沖數(shù)字電路和邏輯部件來(lái)實(shí)現(xiàn)的功能，現(xiàn)在均可以使用單片機(jī)，使用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。使用單片機(jī)具有體積小、可靠性高、性能價(jià)格比高和容易產(chǎn)品化的優(yōu)點(diǎn)。 89C51 簡(jiǎn)介 89C51 是一種帶 4K 字節(jié) 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 ， 且是 高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī) [19]。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 89C51 是一種高效微控制器，為很 多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 １２ 圖 89C51 引腳圖 89C51 有 40 個(gè)引腳， 4 個(gè) 8 位并行輸入 /輸出（ I/O）端口： P0、 P P P3，其中， P1 是完整的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，兩個(gè)外中斷， 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器，兩個(gè)全雙向串行通信口，一個(gè)模擬比較放大器。此外， 89C51 的時(shí)鐘頻率可為零，即具備可用軟件設(shè)置的睡眠省電功能，系統(tǒng)的喚醒方式有 RAM、定時(shí) /計(jì)數(shù)器 、串行口和外中斷口，系統(tǒng)喚醒后即進(jìn)入工作狀態(tài)，省電模式中，片內(nèi)RAM 將被凍結(jié)，時(shí)鐘停止震蕩，所有功能停止工作，直至系統(tǒng)被硬件系統(tǒng)復(fù)位方可繼續(xù)工作 2. 引腳介紹 Vcc：接 +5V電源正端 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng)P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是 一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P1口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL門電流，當(dāng) P2口被寫 “1” 時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作 １３ 為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16位地 址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1” 時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3 口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL門電流。當(dāng) P3 口寫入 “1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為 89C51 的一些特殊功能口，如下表 所示： 表 P3 口管腳的特殊功能 引腳 第 二 功 能 RXD (串行輸入口 ) TXD (串行輸出口 ) INTO (外部中斷 0 請(qǐng)求輸入端 ) INT1 (外部中斷 1 請(qǐng)求輸入端 ) T0 (定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 記數(shù)脈沖輸入端 ) T1 (定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 記數(shù)脈沖輸入端 ) WR (片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)輸出端 ) RD (片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器讀選通信號(hào)輸出端 ) RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。 PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 １４ EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 3. 主要性能指標(biāo) MCS51 兼容 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 ： 1000 寫 /擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 ： 0Hz24Hz *8 位內(nèi)部 RAM 可