任意波形频域变换器设计(下)——软硬件设计与测试分析

任意波形频域变换器设计(下)——软硬件设计与测试分析


本设计是多年前作者本科时的课程设计,限于当年水平有限,也许有一些bug。分享出来供大家借鉴交流

硬件电路

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图1:音频滤波器设计仿真电路图

实时变调系统前级采集保持音质核心部分即为3.4K音频滤波器,通过仿真,设计截止频率为3.4K的音频专用滤波器,通过仿真,确定该滤波电路-3dB带宽为20Hz-3.4kHz,实现所需要的音频滤波要求。
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图2:输入隔离原理图
前级隔离,匹配阻抗,防止后级电路拉低驻极话筒电压。

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图3:前级放大原理图
话筒采集信号幅值较小,需要两级放大进行后续的处理。采用THS4032设计制作了两级同相放大器。
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图4:滤波原理图

两阶有源低通滤波器,滤除音频信号带外噪声,提高音质。
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图5、图6:直流偏置原理图
由于STM32只能采集到0V-3.3V的信号,音频信号是一个双极性信号,故需要加法器为采集的信号加一个直流偏置,采用REF5050精准5V电压,THS4032做加法器,使交直流信号通过加法器整体抬升到0V-3.3V,符合单片机采集需要。
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图7:衰减原理图
由于考虑放大处理后的信号可能超出3.3V幅值范围,故进行一定的可调节衰减,保证最后的信号幅值可控。
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图8 测试点标注原理图
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图9 电源模块

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后级音频滤波,提高音质。
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后级功率放大电路,驱动喇叭播放音频信号

软件设计

整体流程图如下
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系统测试

  • 在测试变频效果时,衰减器和放大器辅助MCU做频率变换,效果良好。整机视听。用8Ω/8W的扬声器代替负载电阻。将一话筒的输出信号或幅值小于5mV的音频信号接入到音频功率放大器,调节音量控制电位器,应能改变音量的大小。调节高、低音控制电位器,应能明显听出高、低音调的变化。敲击电路板应无声音间断和自激现象。
  • 功放测试:
    (1)通电观察。接通电源后,我们先不急于测试,首先观察功放电路是否有冒烟、发烫等现象。若有,应迅速切断电源,重新检查电路,排除故障。
    (2)静态测试。将功率放大器的输入信号接地,测量输出端对地的电位应为0V左右,电源提供的静态电流一般为几十毫安左右。若不符合要求,应仔细检查外围元件及接线是否有误;若无误,可考虑更换集成功放器件。
    (3)动态测试。在功率放大器的输出端接额定负载电阻R (代替扬声器)条件下,功率放大器输入端加入频率等于1kHz的正弦波信号,调节输入信号的大小,观察输出信号的波形。若输出波形变粗或带有毛刺,则说明电路发生自激振荡,应尝试改变外接电路的分布参数,直至自激振荡消除。然后逐渐增大输入电压,观察测量输出电压的失真及幅值,计算输出最大不失真功率。改变输入信号的频率,测量功率放大器在额定输出功率下的频带宽度是否满足设计要求。

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