課程設計--語音錄放器

1、<p>　　南華大學電氣工程學院 </p><p>　　《電子技術(shù)課程設計》</p><p>　　設計題目： 語音錄放器 </p><p>　　專 業(yè)： </p><p>　　學生姓名： </p

2、><p>　　學 號： </p><p>　　指導教師: </p><p>　　教研室主任： </p><p>　　《電子技術(shù)課程設計》任務書</p><p><b>　　目

3、錄</b></p><p>　　引 言...................................................... 6</p><p>　　1 語音錄放器的設計............................................ 6</p><p>　　1.1 總體設計..............

4、................................... 7</p><p>　　1.2 駐極體話筒............................................... 7</p><p>　　1.2.1 概述................................................. 7</p><p>

5、;　　1.2.2 構(gòu)造與原理........................................... 7</p><p>　　1.2.3 駐極體話筒的主要參數(shù)................................. 8</p><p>　　1.3 動圈式揚聲器............................................. 8</p&

6、gt;<p>　　1.4 ISD1820語音錄放器芯片介紹................................ 8</p><p>　　1.4.1 芯片介紹............................................. 8</p><p>　　1.4.2 主要特性.....................................

7、........ 8</p><p>　　1.4.3 封裝形式............................................. 9</p><p>　　1.4.4 引腳描述............................................. 9</p><p>　　1.4.5 ISD1820參數(shù)............

8、............................. 10</p><p>　　1.4.6 ROSC口電阻與錄音時間關(guān)系............................ 10</p><p>　　2 電路的制作與調(diào)試........................................... 11</p><p>　　2.1 電路的布線與焊接

9、........................................ 11</p><p>　　2.1.1 總線特點............................................ 11</p><p>　　2.1.2 在Altium designer軟件畫原理圖....................... 11</p><p>

10、;　　2.1.3 Altium designer軟件畫PCB............................ 11</p><p>　　2.1.4 焊接................................................ 11</p><p>　　2.2 調(diào)試................................................

11、.... 12</p><p>　　2.2.1 調(diào)試所用儀器........................................ 12</p><p>　　2.2.2 調(diào)試電路的方法和技巧................................ 12</p><p>　　2.2.3 調(diào)試過程中遇到的故障、原因與排除方法..............

12、.. 12</p><p>　　2.3 功能測試................................................ 12</p><p>　　3 擴 展................................................... 13</p><p>　　3.1 加入功率放大器..............

13、............................ 13</p><p>　　3.2 使用單片機控制.......................................... 13</p><p>　　3.3 批量拷貝................................................ 13</p><p>　　4 結(jié)

14、 論................................................... 13</p><p>　　參 考 文 獻............................................... 14</p><p>　　附錄A 所需元件清單........................................... 15&

15、lt;/p><p>　　附錄B 語音錄放器原理圖....................................... 15</p><p>　　附錄C 語音錄放器PCB圖....................................... 16</p><p>　　附錄D 實物圖....................................

16、............. 16</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　從20世紀30年代初到50年代末，有聲電影主要應用光學錄音方法。雖然有聲電影初期曾使用過唱片配音的方法，光學錄音是以感光材料為媒介記錄聲音的方法，泛用這種方法錄制的影片為數(shù)不多，時間很短。光學錄音進入電影領域后，在世界范圍內(nèi)掀起了從無聲電影到有聲電影的高潮，推動了電影事業(yè)的

17、大發(fā)展。40年代末50年代初磁性錄音也進入了電影領域，但大量拷貝仍以光學錄音為主；80年代磁性錄音和光學錄音兩種方法并用。</p><p>　　隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，現(xiàn)在的人已經(jīng)離不開音樂，而且對聽覺要求越來越高。計算機技術(shù)和數(shù)字電子的發(fā)展，現(xiàn)在的語音系統(tǒng)有了重大的飛躍，從以前的體積較大的單放機、復讀機發(fā)展到了音質(zhì)較好、體積小、容量大的MP3、MP4、手機，可以說語音技術(shù)已經(jīng)相當成熟了。&l

18、t;/p><p>　　自80年代以來，美、日等國的數(shù)字語音技術(shù)的研究工作進入了應用階段，相繼研制的大規(guī)模集成電路語音芯片已經(jīng)供應市場，并不斷推出新的產(chǎn)品。數(shù)字語音技術(shù)的應用領域十分廣泛，首先是數(shù)字通信系統(tǒng)。當通過數(shù)字通信系統(tǒng)傳送語音信號時，語音數(shù)字化技術(shù)是必不可少的。發(fā)送端實際上即為語音編碼，接收端為語音合成。在我們?nèi)粘Ｉ钪?，?shù)字化語音存儲與回放技術(shù)得到了廣泛的應用，比如說公交車的報站器，MP3播放器，手機等，使得

19、產(chǎn)品功能強大，淘汰了磁帶錄音的傳統(tǒng)方式，方便了人們的生活，推動了社會進步。</p><p>　　本設計的主要是制作一個語音錄放設備。一個簡單的語音錄放器必須由聲音傳感器、聲音播放設備和語音芯片三個主要部分組成。本文按照設計要求，采用麥克風作為聲音傳感器，揚聲器作為聲音播放，語音芯片則采用了美國ISD公司生產(chǎn)的相對簡單且較為實用的ISD1820芯片。</p><p><b>　　1

20、語音錄放器的設計</b></p><p><b>　　總體設計</b></p><p>　　該語音錄放器的語音錄放功能實現(xiàn)主要是通過語音芯片ISD1820完成的。在錄音模式下，語音信號，即聲波信號，通過麥克風，將其轉(zhuǎn)換成電信號，然后經(jīng)過電路的放大和濾波，將相對比較“干凈”的電信號傳給芯片ISD1820，最后，芯片ISD1820采樣并記錄下這樣一段信號。在播

21、放模式下，芯片ISD1820再將之前獲得并儲存的電信號經(jīng)電路傳給喇叭，喇叭將此電信號還原成聲波信號播放出來，送入我們的耳朵。如圖1所示，語音錄放器的總體結(jié)構(gòu)框圖。</p><p>　　圖1.語音錄放器的總體結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　1.2 駐極體話筒</b></p><p><b>　　1.2.1概述</b>&

22、lt;/p><p>　　駐極體話筒具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、電聲性能好、價格低的特點，廣泛用于盒式錄音機、無線話筒及聲控等電路中。屬于最常用的電容話筒。由于輸入和輸出阻抗很高，所以要在這種話筒外殼內(nèi)設置一個場效應管作為阻抗轉(zhuǎn)換器，為此駐極體電容式話筒在工作時需要直流工作電壓。</p><p>　　1.2.2構(gòu)造與原理</p><p>　　駐極體話筒由聲電轉(zhuǎn)換和阻抗變換兩部分

23、組成。 聲電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件是駐極體振動膜。它是一片極薄的塑料膜片，在其中一面蒸發(fā)上一層純金薄膜。然后再經(jīng)過高壓電場駐極后，兩面分別駐有異性電荷。膜片的蒸金面向外，與金屬外殼相連通。膜片的另一面與金屬極板之間用薄的絕緣襯圈隔離開。這樣，蒸金膜與金屬極板之間就形成一個電容。當駐極體膜片遇到聲波振動時，引起電容兩端的電場發(fā)生變化，從而產(chǎn)生了隨聲波變化而變化的交變電壓。駐極體膜片與金屬極板之間的電容量比較小，一般為幾十 pF。因而它的輸出阻抗值

24、很高(Xc＝1／2~tfc)，約幾十兆歐以上。這樣高的阻抗是不能直接與音頻放大器相匹配的。所以在話筒內(nèi)接入一只結(jié)型場效應晶體三極管來進行阻抗變換。場效應管的特點是輸入阻抗極高、噪聲系數(shù)低。普通場效應管有源極(S)、柵極(G)和漏極(D)三個極。這里使用的是在內(nèi)部源極和柵極間再復合一只二極管的專用場效c應管。接二極管的目的是在場效應管受強信號沖擊時起保護作用。場效應管的柵極接金屬極板。這樣，駐極體話筒的輸出線便有三根。即源極 S，一般用藍

25、色塑線，漏極 D，一般用紅色塑料線和連接金屬外殼的編織屏蔽線。</p><p>　　圖2.駐極話筒的原理圖和結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1.2.3駐極體話筒的主要參數(shù)</p><p>　　工作電壓：Uds 1.5~12V，常用的有 1.5V，3V，4.5V 三種</p><p>　　工作電流：Ids 0.1~1mA 之間</p>

26、<p>　　輸出阻抗：一般小于 2K（歐姆）</p><p>　　靈敏度：單位：伏/帕，國產(chǎn)的分為 4 檔，紅點（靈敏度最高）黃點，藍點，白點（靈敏度最低）</p><p>　　頻率響應：一般較為平坦</p><p><b>　　指向性：全向</b></p><p>　　等效噪聲級：小于35分貝</p&

27、gt;<p>　　1.3 動圈式揚聲器</p><p>　　目前市面上90%的揚聲器都是動圈式揚聲器，所以本設計中也采用這種揚聲器作為聲音的輸出設備。</p><p>　　1.4 ISD1820語音錄放芯片介紹</p><p><b>　　1.4.1芯片簡介</b></p><p>　　美國ISD公司于20

28、01年最新推出一種單片8～20秒單段語音錄放電路ISD1820，它的基本結(jié)構(gòu)與ISD1110、1420完全相同，采用CMOS技術(shù)，內(nèi)含振蕩器，話筒前置放大，自動增益控制，防混淆濾波器，揚聲器驅(qū)動及FLASH陣列。 </p><p><b>　　1.4.2主要特性</b></p><p>　?。?）使用方便的單片8至20秒錄音錄放；</p><p&g

29、t;　?。?）高質(zhì)量，自然的語音還原技術(shù)；</p><p>　　（3）邊沿/電平觸發(fā)放音；</p><p>　?。?）自動節(jié)電，維持電流0.5uA；</p><p>　?。?）不耗電信息保存100年（典型值）；</p><p>　?。?）外界電阻調(diào)整錄音時間；</p><p>　?。?）內(nèi)置喇叭驅(qū)動放大電路；</

30、p><p>　?。?）10000次錄音周期（典型）；</p><p>　?。?）3-5V單電源工作；</p><p>　?。?0）借助專用設備可以批量拷貝。</p><p><b>　　1.4.3封裝形式</b></p><p>　　該芯片有四種不同封裝形式，其中常用的有兩種，這次選用的是硬包封雙列直

31、插14腳的DIP14。</p><p>　　圖3.通用的，軟包封單列直插12腳的COB12，字符標記為1810COB</p><p>　　圖4.的，硬包封雙列直插14腳的DIP14，字符標記為ISD1820P</p><p><b>　　1.4.4引腳描述</b></p><p>　?。?）電源(VCC)：芯片內(nèi)部的模擬

32、和數(shù)字電路使用的不同電源總線在此引腳匯合，這樣使得噪聲最小。去耦電容應盡量靠近芯片。</p><p>　?。?）地線(VSSA, VSSD)：芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路的不同地線匯合在這個引腳。</p><p>　?。?）錄音（REC)：高電平有效。只要REC變高(不管芯片處在節(jié)電狀態(tài)還是正在放音)，芯片即開始錄音。錄音期間，REC必須保持為高。REC變低或內(nèi)存錄滿后，錄音周期結(jié)束

33、，芯片自動寫入一個信息結(jié)束標志(EOM)，使以后的重放操作可以及時停止。然后芯片自動進入節(jié)電狀態(tài)。注：REC的上升沿有84毫秒防顫，防止按鍵誤觸發(fā)。</p><p>　?。?）邊沿觸發(fā)放音(PLAYE)：此端出現(xiàn)上升沿時，芯片開始放音。放音持續(xù)到EOM標志或內(nèi)存結(jié)束，之后芯片自動進入節(jié)電狀態(tài)。開始放音后，可以釋放PLAYE。</p><p>　?。?）電平觸發(fā)放音(PLAYL)：此端從低變

34、高時，芯片開始放音。放音持續(xù)至此端回到低電平，或遇到EOM標志，或內(nèi)存結(jié)束。放音結(jié)束后芯片自動進入節(jié)電狀態(tài)。</p><p>　?。?）錄音指示(/RECLED)：處于錄音狀態(tài)時，此端為低，可驅(qū)動LED。此外，放音遇到EOM標志時，此端輸出一個低電平脈沖。此脈沖可用來觸發(fā)PLAYE，實現(xiàn)循環(huán)放音。</p><p>　　（7）話筒輸入(MIC)：此端連至片內(nèi)前置放大器。片內(nèi)自動增益控制電路(

35、AGC)控制前置放大器的增益。外接話筒應通過串聯(lián)電容耦合到此端。耦合電容值和此端的10KΩ輸入阻抗決定了芯片頻帶的低頻截止點。</p><p>　?。?）話筒參考(MIC REF)：此端是前置放大器的反向輸入。當以差分形式連接話筒時，可減小噪聲，提高共模抑制比。</p><p>　　（9）自動增益控制(AGC)：AGC動態(tài)調(diào)整前置增益以補償話筒輸入電平的寬幅變化，使得錄制變化很大

36、的音量(從耳語到喧囂聲)時失真都能保持最小。通常4.7uF的電容器在多數(shù)場合下可獲得滿意的效果。</p><p>　?。?0）喇叭輸出(SP+,SP-)：這對輸出端可直接驅(qū)動8Ω以上的喇叭。單端使用時必須在輸出端和喇叭之間接耦合電容，而雙端輸出既不用電容又能將功率提高至4倍。SP+和SP-之間通過內(nèi)部的50KΩ的電阻連接，不放音時為懸空狀態(tài)。</p><p>　　（11）外部時鐘(XCLK

37、)：此端內(nèi)部有下拉元件，只為測試用，不用接。</p><p>　　（12）振蕩電阻(ROSC)：此端接振蕩電阻至VSS，由振蕩電阻的阻值決定錄放音的時間。</p><p>　?。?3）直通模式(FT)：此端允許接在MIC輸入端的外部語音信號經(jīng)過芯片內(nèi)部的AGC電路、濾波器和喇叭驅(qū)動器而直接到達喇叭輸出端。平時FT端為低，要實現(xiàn)直通功能，需將FT端接高電平，同時REC、PLAYE和PLAYL

38、保持低。</p><p>　　1.4.5ISD1820參數(shù)</p><p>　　圖5.ISD1820參數(shù)</p><p>　　1.4.6ROSC口電阻與錄音時間關(guān)系</p><p>　　圖6. ROSC口電阻與錄音時間關(guān)系</p><p><b>　　2電路的制作與調(diào)試</b></p>

39、<p>　　2.1 電路的布線與焊接</p><p><b>　　2.1.1總體特點</b></p><p>　　該設計所設計的各部分硬件電路，總體特點是：</p><p>　　大部分的電容電阻采用貼片封裝，節(jié)約板材，減少成本；</p><p>　　為了檢錯方便電路采用分模塊制作；</p>&

40、lt;p>　　在電路布局時，盡量合理安排空間，這樣可以避免跳線，從而美化電路；</p><p>　　因此，應合理布線，以降低焊接難度，降低出錯率，同時防止干擾。</p><p>　　2.1.2在Altium designer軟件畫原理圖</p><p>　　用Altium designer軟件將已經(jīng)設計好的語音錄放器電路圖畫出來，如圖7所示。</p>

41、;<p>　　圖7.語音錄放器原理圖</p><p>　　2.1.3Altium designer軟件畫PCB</p><p>　　在本設計中，畫PCB要注意的一些地方。首先，在原理圖轉(zhuǎn)換成PCB之后，不要急于連線，要把元器件的分裝擺放好，以減少跳線的麻煩。其次，元器件擺放好之后，接下去就是布線，布線時盡量不用自動布線，不要怕麻煩，要自己手動布線。在遵循一定的規(guī)則下，手動布線

42、更加美觀。附錄C為語音錄放器的PCB圖。</p><p><b>　　2.1.4焊接</b></p><p>　?。?）焊接電阻器套件中的電阻器采用的是4道色環(huán)的普通電阻器。</p><p>　?。?）焊接電容器　　電路中的電容器有陶瓷電容器和電解電容器之分。陶瓷電容器沒有極性：電解電容器有極性，長腳為“十”。短腳為“一”，插裝時務必注意極

43、性，采用臥式插裝。</p><p>　?。?）焊接微動開關(guān)　　焊接微動開關(guān)前先測量開關(guān)的好壞，插裝時要緊貼電路板。由于開關(guān)柄比較長，注意按動時用力要均勻，防止損壞。</p><p>　?。?）焊接集成電路　　集成電路是有方向的。插裝時將集成電路的半圓槽與符號中的半圓圈對應起來，保證極性正確。</p><p>　?。?）焊接發(fā)光二極管　　發(fā)光二極管的長腳為“+”

44、，插裝時注意調(diào)整其高度，保證與外殼有很好的配合，從孔中露出一點點即可。</p><p>　?。?）焊接話筒　　話筒是有極性之分的，與外殼連接的那個極是負極。利用焊接電阻后多余的導線連成腳。話筒在電路上插裝時要緊貼電路板。</p><p>　　（7）揚聲器與電路板的連接揚聲器與導線焊接前要先上錫，然后與導線連接，然后導線與電路板相連接。</p><p><b

45、>　　2.2 調(diào)試</b></p><p>　　2.2.1調(diào)試所用儀器</p><p><b>　　萬用表等。</b></p><p>　　2.2.2調(diào)試電路的方法和技巧</p><p>　　制作完電路后，不要馬上上電，先用萬用表測量每一塊電路，確保每一個走線時聯(lián)通的。測量每一個電阻的阻值是否與設計值匹

46、配，二極管正負極是否接反，電解電容的正負極是否接反。最后要確保電源的正負極是否連接在一起。</p><p>　　2.2.3調(diào)試過程中遇到的故障、原因跟排除方法</p><p>　　故障是電路只能放音但不能錄音，原因是芯片相鄰兩個引腳導通導致電路出現(xiàn)故障，最后用萬用表挨個測試相鄰引腳電阻時發(fā)現(xiàn)有兩個導通。</p><p><b>　　2.3 功能測試<

47、/b></p><p>　　按住REC錄音按鍵不放即錄音，RECLED燈會亮起，送開按鍵錄音停止。放音有三種情況： 沿觸發(fā)放音，按PE鍵一下即將全段放音，除非斷電或放音結(jié)束，否則不停止放音； 電平觸發(fā)放音，按住PL鍵時即放音，松開按鍵即停止； 循環(huán)放音，置循環(huán)放音開關(guān)閉合，按動PE鍵即開始循環(huán)放音，只能斷電才能停止。 在直通模式下，直通開關(guān)閉合，對話筒說話會從喇叭里擴音播放出來，構(gòu)成喊話器功能，由于該模式下

48、的話筒放大，同時經(jīng)過AGC自動增益調(diào)節(jié)和帶通濾波器，其音質(zhì)比通常的話筒放大器要好很多，而且不會出現(xiàn)喇叭過載的情況。</p><p><b>　　3擴展</b></p><p>　　3.1 加入功率放大器</p><p>　　可以在揚聲器端加上一個功率放大器，其中LM386、D2283、D2822、TA7368、MC34119均可用。信號由SP+

49、或SP-通過電容耦合輸入，SP+或S-不用的一端必須懸空不能接地,使用LM386作放大器的連線圖如下：</p><p>　　圖8.LM386功率放大器連線圖</p><p>　　3.2 使用單片機控制</p><p><b>　　3.3 批量拷貝</b></p><p>　　借助ISD1425編程拷貝機，實現(xiàn)ISD182

50、0的批量拷貝?？梢韵葘⑿枰恼Z音編程制作在ISD2532或ISD2560芯片上，然后即可向ISD1820P拷貝模塊上的芯片拷貝即可，時間長度在模塊上事先設定；</p><p><b>　　4結(jié)論</b></p><p>　　本設計以ISD1820為核心部件，完成了課程設計任務書中所要求聲音的儲存與回放，而且該設計還可實現(xiàn)喊話器的功能，對麥克風說話會在喇叭里擴音播放出來

51、。</p><p>　　由于這一次為本人的第一次設計，經(jīng)驗尚淺，所以選用了一個相對較為簡單的電路方式，而且在焊接電路的過程中可能也是因為平時沒有怎么接觸，焊接出來的效果不是理想中那么好看，通過這次設計我真正體會到了自己認真研究一件事物并且將它在電路板上呈現(xiàn)出來的喜悅感。這也大大增加了我對電路制作與焊接的熱情，這是唯一能讓我在一個位子上坐了半天都沒起來過的事。在以后的學習中，我會主動去研究跟學習更多的電路，將自己所

52、學到的理論知識努力呈現(xiàn)到一些設計當中。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　黃智偉．全國大學生電子設計競賽技能訓練[M]．北京：北京航空航天大學出版社，2007</p><p>　　黃智偉．全國大學生電子設計競賽制作實訓[M]．北京：北京航空航天大學出版社，2007</p><p>　　黃智

53、偉．全國大學生電子設計競賽系統(tǒng)設計[M]．北京：北京航空航天大學出版社，2006</p><p>　　黃智偉．全國大學生電子設計競賽電路設計[M]．北京：北京航空航天大學出版社，2006</p><p>　　黃智偉．全國大學生電子設計競賽 常用電路模塊制作[M]．北京：北京航空航天大學出版社，2010</p><p>　　黃智偉等.基于NI multisim的電子電

54、路計算機仿真設計與分析[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2007</p><p>　　趙廣林.新型語音芯片應用手冊[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008</p><p>　　楊寶清.實用電路手冊[M]．北京：機械工業(yè)出版社.2002</p><p><b>　　附 錄</b></p><p><b>　　A．所需元