基于MC1495的有效值音频数字功率计的设计
尹继武
(陕西理工学院电信工程系，陕西汉中723003)
1 引言
目前，对音频电功率进行测量的主要方法有3类：一是通过测量负载(扬声器)两端电压的方式估算出功率，测量设备简单，但通常是依靠峰值检波或均值检波法来标定正弦有效值，只适用于正弦信号功率测量，不能真实测量音乐、语音等复杂信号的实际功率；二是使用真有效值电压表或真有效值音频电功率计，不依赖于信号种类而对音频功率进行准确测量，但这离不开价格较昂贵的专用设备。三是主要用于工频电力系统的电功率数字化采样测量方法，软硬件结合完成所要求的运算和测量，准确度好，但工作频率不高，系统复杂，成本较高。由于3种方案各自的特点，很难将上述测量方法应用到音频设备(如功率放大器)中去实现(从直流到)音频范围的电功率测量。本设计通过检测负载电流与电压的乘积信号来测量电功率，该测量方法与负载产生的相移无关，不依赖于负载阻抗的变化，以有效值方式实现了有功功率的数字化测量。
2 工作原理及电路设计
2.1 工作原理
电路组成如图1所示，由取样电路、乘积运算电路、电平转换电路、A／D转换电路和LED显示部分组成。
本设计基于电功率等于电流与电压乘积的基本原理。完成该乘积运算的核心器件是模拟乘法器MC1495，配合使用运算放大器LM741实现电平转换，ICL7107完成A／D转换并驱动LED实现功率的数字显示。
其中，取样电路获取负载电压UL和负载电流IL，模拟乘法器MC1495实现负载电流与电压的乘积运算，即功率运算，该模拟乘法器采用差动方式从2脚和14脚输出与负载功率成比例的电流I2-I14口由运放LM741组成的电平转换电路将乘法器输出的差动电流转换成电压VO，此电压正比于负载上的平均有功功率PO，再配接由ICL7107为核心组成A／D转换及显示电路，LED数码管显示的数字即为负载有功功率。
2.2 电路设计
总体电路如图2所示。整个电路制作在一块5×8 cm的印刷电路板上。
(1) 取样电路
取样电路的任务是获取负载电流IL和负载两端的电压UL。图2中精密取样电阻Rsense将负载电流，IL转换为电压VX′，Rsense=0.1 Ω，故VX′=ILRsense=0.1IL。负载电压UL则直接送至VY′。
(2) 有效值功率转换电路
由四象限线性模拟乘法器MC1495实现负载电流与电压的乘积运算，采用差动方式输出与负载功率成比例的电流。这部分电路主要设计是依据制造商提供的MC1495技术资料及设计要求，详见文献[4]。
按最大有效值电功率P=100 W设计，扬声器阻抗RLoad耐变化范围在4～16 Ω之间，则负载电流IL最大约5 A(峰值7 A)，负载电压UL最大约40 V(峰值57 V)。从而有VX′(max)=0.7 V，VY′(max)=57 V。选择R01=51 kΩ，R02=R03=R04=10 kΩ，则
满足MC1495输入电压范围不超过±10 V的要求。
根据设计要求，MC1495的13脚外接电阻R13=12 kΩ，3脚外接电阻由R3=12 kΩ与RP3=5.0 kΩ串联组成，从而保证13脚电流I13和3脚电流I3均为1 mA左右。RP3可微调乘法器的增益系数。
根据VX(max)
至此，乘法器MC1495对电流与电压的乘积运算已实现，从2脚和14脚双端差动方式输出与负载功率成比例的电流信号。设MC1495的2脚和14脚电流(方向如图2所示)分别为I2和I14，则有
(3) 电平转换与滤波电路
电平转换电路由图2中的RL，R07，RP4，Rf和运放LM741组成，作用是将MC1495差动输出电流线性转换成单端输出电压，以便A／D转换。若电路对称(R07+Rp4=Rf，可通过微调RP4实现)，则可得运放的输出电压VO=(I2-I14)Rf，，由式(2)代入得
前面已选择I3=1 mA，RX=0.51 kΩ，RY=10 kΩ，并将式(1)代入式(3)得
就一般情况而言，可能存在非阻性负载引起的相移φ，那么应该以负载电流和电压瞬时值进行深
入分析，设，由式(5)得运放输出瞬时电压为
cosφ是功率因数。对式(7)作频域分析可看出，第一项是直流成分，正是负载上消耗的有功功率。后两项则是输入信号的2次谐波，很容易滤除掉(从而得υO的平均值)。运放输出信号υO经分压、滤波电路R08，R09，C3，C4后的电压作为A／D转换器的输入电压VIN送到ICL7107的31脚，此电压代表负载上的平均有功功率，根据图2得
对于任意非正弦电压和电流可看作是由一系列正弦波叠加组成，可证明，上述结论对有功功率的计算仍然正确。
(4) A／D转换及显示电路
这部分电路主要由ICL7107为核心组成，外围元件参数选择及设计是依据制造商提供的ICL7107技术资料及设计要求。ICL7107是3.5bit A／D转换器，能直接驱动LED数码管，其显示数N和输入电压VIN之间的关系是
说明数码管显示的数字正比于负载有功功率，实现设计目的。
可通过RP5调节ICL7107的36脚参考电压VRFF，来对该功率计进行定标。当采用±5 V为
ICL7107供电时，要求VIN<3.5 V，前述VIN(max)=2V完全满足要求。此时调节RP5使VREF 大约为2 V时，4位LED数码管将显示“1000”，正确选择小数点位，此即代表电功率为100.0W。
3 调试
电路中所有电位器均使用精密多圈电位器，安装并检查电路连接无误后，按如下过程调节：
(1) 乘法器X输入端直流偏置调节：在MC1495的Y输入端4脚接入1.0 kHz，5.0 V(P-P)正弦波，将X输入端9脚接地，调节RP1，使示波器在运放LM741输出端6脚观察到的波形幅度尽量接近零。
(2) 乘法器Y输入端直流偏置调节：在MC1495的X输入端9脚接1.0 kHz，0.5 V(P-P)正弦波，Y输人端4脚接地，调节RP2，使运放LM741的输出端6脚波形幅度尽量接近零。
(3) 运放输出平衡调节：将MC1495的X输入端9脚和Y输入端4脚接地，调节RP4，使运放LM741的输出端6脚直流电位为零(LED数码管也将显示零，该步骤实际是功率计调零)。
(4) 乘法器增益系数调节：依据式(3)，在MC1495的X输入端9脚接入0.2 V直流电压，在Y输入端4脚接入4.0 V直流电压，调节RP3，使运放LM741的输出端6脚直流电压为3.0 V(与此对应VIN=2 V)。
(5) A／D转换器的初步定标：在步骤(4)的基础上调节RP5，使4位LED数码管显示“1000”。
根据需要，重复(1)～(5)的步骤。
(6) A／D转换器的准确定标：本电路采用直接耦合，直流电压和电流便于准确测量，故采用直流信号对系统进行准确定标。
选择RLoad=8.0 Ω，耗散功率大于100 W的假负载，对取样电阻Rsense的要求是耗散功率大于
5 W，稳定性好。测试时UL接直流稳压电源，用数字电压表和电流表分别同时测量假负载RLoad 的电压UL和电流IL，在UL=20.0V时(约50W)，仔细调节RP5，使LED数码管显示功率与此时理论计算功率PL=ULIL完全一致，从而完成准确定标。
4 测试
(1) 交流功率测试
选择音频功放配接RLoad=8 Ω的扬声器，用低频信号发生器的单频正弦信号作音频功放信号源，用DS5022M数字示波器测试负载交流电压和取样电阻上的电压，从而求得负载功率，测试结果表明，在音频范围内，本系统显示功率与实际功率的满度相对误差不超过±3％。
(2) 直流功率测试
UL接直流稳压电源进行测量，结果如表1所示。相对误差小于2.5%。
注：*处相对误差按(显示功率P-实际功率PL)÷实际功率PL计算，满度相对误差小于此数值。
5 结论
(1) 本电路既能用于直流电功率测量，又能用于低频交流电功率测量，从直流到音频范围内都能正常工作。上限工作频率主要取决于乘法器MC1495，其频率范围可从直流达到100 kHz以上。本设计是以量程100W的音频电功率测量来详细说明系统的设计方法。
(2) 由于采用有效值乘积的计算方式，不论对正弦单频信号，还是复杂波形的音乐、语音信号，本电路直接给出的都是负载实际消耗的有功功率，满度误差一般不超过±3％。
(3) 本电路的突出优点是电路简单可靠，工作频率范围宽，低成本，以有效值方式实现了有功功
率的测量。既可单独使用，也可直接内嵌到相关设备中实现直流和低频电功率的测量及数字显示。
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数字录音机硬件设计
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第一章
系统硬件设计
1.1 硬件系统框图
如图 3-1 所示：系统硬件系统由单片机控制电路、语音输出电路、USB 接口 电路、 存储器电路以及计算机等几部分组成， 各模块间的连接方式如图 3-1 所示， 下面来分别介绍各模块功能。
图 3-1 硬件系统整体框图
1.2 单片机控制电路
单片机控制电路由 SPCE061A 芯片，复位电路，时钟电路等组成。原理图如 图 3-2 所示。
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图 3-2 单片机控制电路原理图
1、SPCE061A 芯片介绍 SPCE061A 是凌阳科技研发生产的性价比很高的一款十六位单片机， 使用它 可以非常方便灵活的实现语音的录放系统，该芯片拥有 8 路 10 位精度的 ADC， 其中一路为音频转换通道，并且内置有自动增益电路。这为实现语音录入提供了 方便的硬件条件。两路 10 精度的 DAC，只需要外接功放（SPY0030A）即可完 成语音的播放。 SPCE061A 芯片特性： 16 位 μ’nSP 微处理器； 工作电压：内核工作电压 VDD 为 2.6~3.6V(CPU)，IO 口工作电压 VDDH 为 VDD~5.5V(I/O)； CPU 时钟：0.32MHz ~ 49.152MHz； 内置 2K 字 SRAM； 内置 32K 闪存 ROM； 可编程音频处理； 晶体振荡器； 系统处于备用状态下(时钟处于停止状态)，耗电小于 2μA@3.6V； 2 个 16 位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)；
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数字功率计 一、概述 数字功率计是数字化的虚拟仪器，其功率单元采用先进的前端数字化技术，将被测对象在测量前端转换为数字信号进行传输，然后通过数字信号传输至信号处理端，在虚拟仪器上进行数据分析，数值显示等操作。 数字功率计采用光纤作为通讯的传输介质，完全避免了传输干扰以及传输线路产生的信号衰减，是功率测量领域的新方向。 二、特点 数字功率计主要用来测定电压、电流、频率、有功功率、功率因数、谐波、实时波形等电参量。 按照被测回路的相数，可以分为单相数字功率计、三相数字功率计、六相数字功率计以及多相数字功率计； 数字功率计通常采用表贴技术，体积小、性能稳定，有丰富的接口功能及测量功能，测量功能更全面，如谐波、PWM波、空载损耗等，能满足实验室工频产品检测要求。 数字功率计按测试电压相线可分为单相功率计和三相功率计。单相功率计广泛应用于电视机、变压器等的测量，三相功率计适用于电动机等三相仪器的参数测量。 数字功率计又可分为交流功率计、直流功率计或交直流功率计，可根据实际应用需要选择对应的型号。 交流数字功率计通常适用于工频或某特定频率范围内的电参量的测量，用于电能测量的数字电能表，就是一种数字功率计。 数字功率计按照测试精度又可分为一般功率计和高精度功率计。市场上常规的功率计精度一般为0.5级，即误差为千分之五；高精度方面可高达万分之五。 三、DP800数字功率计 DP800数字功率计是一款低成本、高精度、适合5~400Hz三相正弦交流电有功功率测量的数字化虚拟仪器。 DP800数字功率计包括功率单元、传输光纤、OPC232光纤转换器、安装数字功率计软件的上位机等构成。 DP800数字功率计的功率单元包含三个电压通道和三个电流通道，可采用二瓦计法或三瓦计法测量三相电压有效值、电流有效值、频率及有功功率。功率单元以高速串行光纤通讯的方式输出数字信号，可实现长达1000m的远距离无干扰、无衰减信号传输。光纤信号经OPC232光纤转换器转换为RS232接口与上位机建立通讯，由上位机数字功率计软件实现三相电压、三相电流、三相功率、频率等17个参数的实时显示。 四、DP800功率计特点 1、前端数字化产品，功率单元可就近安装在传感器或一次回路附近，缩短模拟线路传输距离，输出采用光纤传输，避免了传输环节的损耗与干扰，适合复杂电磁环境下的高精度测量； 2、功率单元与虚拟仪器主机之间采用光纤传输，最远传输距离可达1000m，特别适用于测试现场与主控室距离较远的场合。
综合设计题目:数字录音机 一、设计目的： 1、了解数字录音技术的基本原理。 2、进一步掌握A/D 转换器与D/A 转换器的使用方法。 3、巩固和加深用汇编语言程序设计的能力。 二、设计所用器件和仪器设备： 1、实验箱 1台 2、计算机 1台 3、麦克及喇叭各1个 三、设计内容及要求： 1、将声传感器接J2，把代表语音的电信号送给ADC0809通道2(IN2)；D/A 转换器的输出端J1接喇叭(采用单缓冲方式)。电路如下： 2、编程以每秒钟5000次的速率采集IN2输入的语音数据并存入内存，共采集30000个数据（录6秒），然后再以同样的速率将数据送DAC0832使喇叭发声（放音） 四、设计方案流程图: Y N
五、实现的程序清单及注释: DATAS SEGMENT ioport equ 0c800h-280h io0809 equ ioport+29ah;ADC0809通道2的入口地址 io0832 equ ioport+290h;DAC0832的片选地址 io8253 equ ioport+280h;8253的片选地址 io8255 equ ioport+288h;8255的片选地址 io8253c equ ioport+283h;8253的控制字地址 io8255c equ ioport+28bh;8255的控制字地址 msg0 db'
数字音频功率放大器的设计与制作 摘要：本数字音频功率放大器的设计以芯片TDA8920B为核心。本文简要介绍了该芯片TDA8920B的功能，并描述了以其基本组成的数字音频功率放大器。文章还包含对功率放大器的相关参数的一些简单测试方法，以及对该制作的评估。 关键词：数字音频；功率放大器；芯片TDA8920B；制作 经过十多年的发展，数字音频功率放大器的技术已经日趋成熟。且由于数字功放所具有的诸如小体积大功率[1]的优点，也使它的应用已经渗透到了许多需要用到音频放大的领域，如舞台扩音、家庭影院等等。出于对所学应用物理专业知识进行巩固与提升的目的，笔者选择了数字音频功率放大器的设计制作这个课题。下面将会介绍以芯片TDA8920为核心的数字功放电路的设计过程.。 1 音频功率放大器的分类 在数字功率放大器得到发展之前，我们熟悉的功放都是模拟功放。模拟功放是对时间轴上的连续变化的信号（如电压、电流）进行放大。后来出现的数字音频功率放大器通俗的讲则是对时间轴上的离散信号0、1进行变换[2]。 1.1 模拟功放 模拟功放的基础是是放大线性信号。按放大器的静态工作点来分类，有A类、B 类、AB类[3]。其中，A类放大器中，电流连续地流过所有输出器件，即输出级元件总处于导通区。它的电源转换效率非常低，功耗也很大。B类放大器是一种器件导通时间为50%的放大器。效率比A类高但随之而来的失真更大。AB类放大器则融合了A类放大器和B类放大器的特点。它在B类放大电路的基础上升级，但采用了一种推挽式电路，因此每个晶体管都不会被彻底截止。 1.2 数字功放 数字功放就是核心功率放大部分完全处于开与关状态的放大器。D类放大器的内部晶体管只有两种工作状态，即开与关工作，它属于数字功放。D类功放工作原理是先把模拟音频信号转换为PWM 信号(脉冲宽度调制)或PDM（脉冲密度调制）信号,，而后用这两种脉冲信号去控制大功率开关器件通或断。D类放大器从理论上来讲效率可达百分之百。电源利用率可逼近90%。它的转换速率高，瞬态响应特性好，可靠性极高，体积小，发热小。 图1 数字功放与模拟功放的比较 2 芯片TDA8920介绍 2.1 功能说明
实验13、CoolEdit数字音频处理 实验课时： 课内：2课时；课外：1课时 实验目的： 了解音频数据的特性及其获取和处理的方法，学会使用音频编辑工具CoolEdit进行音频数据的录制、编辑和播放 实验内容： 操作准备 1.在D:或E:分区创建一个以你的“完整学号+姓名”命名的文件夹（名称应类似： 198009010001文立斌），我们把这个文件夹简称为“你的文件夹” 2.以下操作步骤中所涉及的198009010001、文立斌均应替换成你的学号、姓名 3.准备好音频实验环境，个别人物需要准备麦克风、音箱（或耳机） 任务一、音频提取 1.打开CoolEditPro软件 2.如下图所示，单击工具栏最左边的按钮切换到波形编辑界面 → 3.依次执行菜单命令【文件】→【从视频文件中提取】，通过系统显示的“选择视频文件” 对话框选定“说唱脸谱.dat”文件后单击【打开】按钮，系统开始从“说唱脸谱.dat” 中提取音频 4.等待系统提取音频结束后，执行菜单命令【文件】→【另存为】，将提取到的波形保存 为类似“文立斌A.wma”（.wma格式）的文件 任务二、淡入淡出 1.打开CoolEditPro软件 2.如下图所示，单击工具栏最左边的按钮切换到波形编辑界面 → 3.依次执行菜单命令【文件】→【打开】，通过系统显示的“打开波形文件”对话框选定 “最炫民族风.mp3”文件后单击【打开】按钮打开该文件，原始波形编辑面板类似：
4.单击视窗左下角录播工具面板中的播放按钮，试听歌曲，确定演唱（人声）从何时（第 几秒）开始——大约是第23秒！ 5.如下图所示，在波形编辑面板中以鼠标拖拽的方式选定最前面23秒波形： 如果需要精确选定波形区域，您还可以借助视窗右下角的如下面板，直接输入始末时间： 6.依次执行菜单命令【效果】→【波形振幅】→【渐变】，如下图所示，在“波形振幅” 对话框中，选择“Fade in”（淡入），然后单击【确定】按钮： 7.系统进行淡入处理后的波形类似： 您应该对照一下处理前后的前23秒波形的异同 8.试听，您应该能听到淡入处理的效果（音量越来越大）才对！ 9.从4分20秒位置开始选定直到音频结束处的波形，为选定的波形添加淡出效果，处理 第2页
《数字音频创作》课程教学大纲 课程类型：专业方向必修课程 课程代码：0221fb21 课程适用专业（或专业方向）：数字媒体专业、教育技术学 课程总学分/总学时：2/42 一、课程教学总体目标 “数字音频创作”是全日制普通高等教育教育技术学专业开设的专业课之一。本课程是一门理论指导性强、实践程度高的课程。数字音频创作课程融合了计算机技术、音频数字化技术、、数字媒体存储技术、音频处理与编辑技术等学科知识，呈现出多学科综合交融的形态，它主要描述了数字音频信息从录制、控制、混音、记录到后期编辑的完整技术处理过程。对于学习者来说，可以深化理解数字音频的基本概念，培养其实际操作能力和创新意识。 课程设置的目的和要求：本课程是为了使学生，能够掌握数字音频创作的专业技术知识，以适应我国数字媒体业走向专业化并与国际数字媒体业接轨的要求而设置的。通过本课程的学习，要求学生能够正确理解数字音频创作的主要内容，了解数字音频创作的主要设备及其特性，掌握常见数字音频创作设备的使用方法，并能够在数字化视音频作品中发挥重要的作用。 二、章节教学目标与主要教学内容 第一章数字音频概述A 1、基本要求 通过本章的学习，了解数字音频的基本优势和概念，掌握数字音频的应用领域和数字音频创作过程中软、硬件系统的主要构成。 2、讲授内容 （1）数字音频的内涵（一般）理解：数字音频的基本概念、数字音频与模拟音频的联系与区别。 （2）数字音频的优势（一般）理解：数字音频便于存储、后期的技术处理快捷方便、在进行传输和复制的过程中实现无失真。 （3）数字音频应用领域（重点）理解：唱片制作；影视配音、配乐；动画片和游戏配音、配乐；多媒体作品配音、配乐；手机铃声制作。 （4）数字音频系统的构成（次重点）识记：数字音频创作过程中硬件系统和软件系统的基本构成。 （5）知识拓展 第二章数字音频基础A 1、基本要求 通过本章的学习，理解各种声音的基本构成，了解声音的物理特性与声学特性之间的关联，理解数字音频的采样、量化和编码的基本原理；掌握常见数字音频压缩格式。 2、讲授内容 （1）声音的构成（一般）识记：语音、音乐、音响三者之间的联系和特点；。理解：各种声音素材的含义。 （2）声音的特性（次重点）。理解：声音的物理特性、声音的声学特性 （3）音频数字化原理（重点）理解：采样量化编码常见数字音频压缩格式。
数字电参数(功率表,功率计,功率仪,电参数仪) HP100数字电参数基本型 产品描述 应用功能： 数字电参数测量仪(又名数字功率计)内部采用高性能取样部件，并应用了先进的PLL锁相环技术和高精度的A/D，对波形数据进行量化分析，保证了仪器的高准确度和高稳定度。现已广泛地应用于家电、电机、电源、变压器及照明电器等领域，是传统式指针表和数字式电工仪表的理想换代产品。 性能参数： 四窗口同时显示：电压、电流、功率、功率因数/频率：V,A,W,PF/Hz ； 有测量值均为“真有效值”； 电压：75V/150V/300V/600V 自动量程； 电流：0.5A/2A/8A/20A 自动量程； 功率因数：-1.000-1.000 ； 准确度：±（0.4%读数+0.1%量程+1字）、0.5级； HP102 数字电参数限值报警 产品描述 应用功能： 常规仪表以测量人员来判断测量数据是否合格，不仅效率低且容易出错，由HP102数字电参数测量仪自动判断电流、电压、功率的超上限或超下限即提高了效率又保证了判断的正确性。特别适用于生产厂家生产线的大批量检测。 性能参数： 四窗口同时显示：电压、电流、功率、功率因数/频率：V,A,W,PF/Hz ； 所有测量值均为“真有效值”； 电压：75V/150V/300V/600V 自动量程； 电流：0.5A/2A/8A/20A 自动量程； 功率因数：-1.000-1.000 ； 基频：45Hz-65Hz，带宽：5kHz ； 准确度：±（0.4%读数+0.1%量程+1字），0.5级； 电压、电流、功率可设定上下限报警； HP130 三相数字电参数 产品描述 应用功能： HP130三相数字电参数测量仪具备了三相，单相电参数的测量功能，测试方便，准确度高，并具备了谐波分析功能，满足IEC61000-3-2最新国际标准要求，是各类电机、空调、变压器、交流电源、电焊机照明电器等用电器的电性能测量仪器，适用于生产线、实验室，质检部门和标准计量部门、商检及电力部门。 性能参数： 1.三窗口同时数字显示各相的各种参数，直观方便； 2.多种线制选择，使用灵活方便； 3.所测信号数值均为真有效值，对于波形失真的信号同样适用； 4.仪器内部双重看门狗设计，复杂环境不死机，可靠性更高； 5.具备电能积分功能、外接互感器的变比功能、谐波分析功能等； 6.具备打印接口，直接接打印机可打印测试数据及波形； 7.具备RS-232C串行通讯接口，便于与电脑进行通讯
实验题目：数字录音机 实验目的：1、了解数字录音机的基本原理 2、进一步掌握A/D转换器与D/A转换器的使用方法 3、巩固和加深汇编语言程序设计的能力 实验平台：1、实验箱1台 2、计算机1台 3、麦克风及喇叭各一个 内容要求：编程实现以每秒5000次的速率采集ADC0809的IN2输入的语言数据并存入内存，共采集30000各数据（录音6秒），然后再以同样的速率将数据送DAC0832 使喇叭发声 实验原理：一、各芯片的使用及工作方式 1、ADC0809在本次设计中的作业及工作方式 ADC0809作数据采集用，用麦克6秒的语音信号并保存到相应的存储单元。 对ADC0809的8个模拟通道，这里是用数据总线的低8位D2、D1、D0来 控制ADC的通道选择信号ADDC、ADDB、ADDA，以实现选择其中之一 模拟通道输入。在本次设计中，初始值为010（D2=0,D1=1,D0=0）,即选择 IN2通道进行数据采集，其地址为29aH。然后使ADC0809的ALE、START 有效，START和ALE信号通过CPU向选中的通道口执行一条输入指令，启 动A/D转换。 2、DAC0832在本次设计中的作用及工作方式 在本次设计中，DAC0832的ILE信号与+5V连在一起，WR1和WR2 均接 地，总是有效的，DAC0843的输入寄存器和DAC寄存器均处于选通状态， 只要CPU想88H端口执行一条输入指令，就会使XFER有效，CPU输出繁 荣数字量就会顺利通过DAC0832的两个寄存器，然后进行D/A转换，在运 算放大器的输出端得到转换结果。 3、8253、8255A在本次设计中的作业及工作方式 8253在本次设计中用作定时，工作于方式0，与8255A连接使用完成定时操 作。8255A采用工作方式0进行输入操作，工作方式0是8255A个端口的基 本输入输出方式，CPU可从指定端口输入信息，也可向指定端口输出信息。 当8253写入方式0控制字后，计数输初端OUTO立即变为低电平，并且在 计数过程中一直保持低电平，当计数完成时，OUTO输出百年未高电平，8253 计数器0的OUTO与8255A的PAO连接，因此可通过查询PAO是否为1， 判断计数是否完成。计数完成，则表示定时时间到。 二、管脚接线图 1、ADC0809：
本科生毕业论文（设计） 数字音频均衡器设计 The design of digital audio equalizer 阮志强 指导教师：赵红伟（讲师） 云南农业大学昆明黑龙潭650201 学院：基础与信息工程学院 专业：电子信息工程年级： 2005 论文（设计）提交日期：2009年5月答辩日期：2009年6月 答辩委员会主任：杨林楠 云南农业大学 2009年5月
目录 摘要 ······································································································ABSTRACT·······························································································1 前言 ······································································································2设计原理·································································································2.1均衡器分类 ························································································2.2数字滤波器 ························································································ 2.2.1数字滤波器的原理简介 ··································································· 2.2.2 FIR与IIR滤波器的比较与选择 ······················································ 2.2.3 IIR数字滤波器的设计方法 ·····························································2.3均衡器的原理 ·····················································································2.4软件设计··························································································· 2.4.1 数据流图····················································································· 2.4.2 模块划分.....................................................................................3软件实现 (1) 3.1界面设计 (1) 3.2均衡器模块的实现 (1) 3.3Filter函数································································错误！未定义书签。
E4418B功率计 和 E4412A型功率传感器使用手册 安捷仑技术公司
E4418B功率计 使用手册 目录 第一章：准备工作 第二章：功率计操作 第三章：参考菜单 第四章：错误信息 第五章：规格
第一章：准备工作 第一节：打开功率计 1．接上电源线，打开功率计开关，此时功率指示灯亮（绿色），功率计将自检，如果自检不成功，错误指示灯将亮，请与安捷仑技术公司售后服务部联系。 注意：输入电压的范围应在交流85伏到264伏之间。在极低的环境温度下，本仪器需要预热几分钟。 2．按照面板屏幕的显示按软键调整对比度，如果软键未出现，重复按预置键（Prev）直到出现。 3．接上功率传感器。 4．在精确测量前应保证至少预热30分钟。测量前信号要调零、校正传感器。 第二节：前面板各键的功能 1．预置键。Preset/local 2．显示键。在前面板的左边从上数第二和第三个键。▲▼表示在上下窗口之间选择，另一个表示是否分两个窗口 显示。 3．电源开/关键。在前面板的左下角。 4．系统/输入键和软键菜单。System/inputs 5．保存/重置键。Save/Recall
6．专用“窗口”键和软键菜单Meas/Setup，Rel/Offset，dBm/W 7．专用“频道”键和软键菜单Frequency/Cal Fac，Zero/Cal。8．频道输入插座CHANNEL 9．功率参考输出插座POWER REF 10．上下左右箭头键 11．与菜单相关的键Prev和More键 12．软键指显示屏右边4个未标字的键，它们是选择键。 第三节：显示形式 分两个窗口显示时，上面是数字式显示，下面是逻辑式显示。1．窗口顶端菜单条。显示“LCL”自身状态。“ERR”错误信息。 2．单或双窗口显示区。 3．测量结果区。 4．测量单位显示区。 5．逻辑式显示区。 6．当前显示菜单的页数选择区。。 7．任何软键显示区。 8．菜单目录显示区。 9．测量结果超出限制显示区。 10．相关模式打开后的显示区。 11．偏置设定后的显示区。
科技学院 微机原理课程设计 题目数字录音机 学生 XX 专业班级 10计算机科学与技术3班 学号 X 所在系信息工程学院 指导教师 完成时间 2012 年 1 月 4 日
州科技学院 微机原理课程设计任务书 题目数字录音机 专业 X 班级 3班学号X X 一、基本要求 将声传感器MIC接J2，把代表语音的电信号送给ADC0809通道2；D/A转换器的输出端通过K8跳线接喇叭。编程，以8KHz的速率采集IN2输入的语音数据并存入存，共采集64000个数据（录8秒），然后再以规定的速率和幅度将数据送DAC0832使喇叭发声；要求用开关K0控制开始，K2停止，K3控制重放，也可用键盘控制启停。二、设计任务 按图连接好线路，将传感器（话筒）接T2，由话筒传入语音电信号，把代表语音的电信号传送给ADC0809。利用可编程定时/计数器8253，由CLK0计数时钟，输入时钟频率1MHz，再由GATE0门控信号接+5V，通过GATE0端控制计数器的启动计数和停止计数操作；CS片选信号接实验箱地址280H。 三、设计时间 2012年12月30日至2013年1月4日 指导教师： 教研室主任：
目录 摘要 (1) 引言 (2) 1. 实验目的 (3) 2.课题设计容 (4) 3.设计方案及论证 (6) 4.系统设计 (7) 4.1 硬件设计 (7) 4.1.1数字录音电路工作原理 (7) 4.1.2芯片简介及管脚功能介绍 (8) 4.2具体实现方法 (15) 4.2.1实现该声音录放系统功能 (15) 4.2.2调试程序 (20) 5.分析与总结 (25) 致 (27) 附录 (28) 附1:元件清单 (28)
机顶盒数字音频的无线转发系统电路设计 本文采用nRF24Z1无线射频芯片对电视机顶盒的数字音频S/PDIF信号进行无线发送与接收。该方案根据实际应用环境设计电路，并采用PIC18系列单片机分别对发送端和接收端射频芯片及接收端的D/A转换芯片进行配置，并设计按键控制其音量的增减。实验表明，该方案能够实时接收机顶盒音频，且在室内收听时音质较好。 引言 模拟音频受外界影响较大，稳定性差。因此数字音频渐渐取代模拟音频成为现代音频的主要形式。数字音频信号直接从机顶盒输出，不在内部进行D/A转换，并将数字音频进行无线转发，在接收端进行D/A转换，可避免音频布线的影响以及音频线上音质的损耗。这种方法可 有效地减少机顶盒内部的干扰，并保证较好的音质。 2.4GHz数字高速射频技术是目前较为成熟的音频应用无线技术。其抗干扰性强、传输距离远，并且采用完全开放式的网络协议。nRF24Z1无线射频芯片工作于2.4GHz,通信速率高达4Mbps,实际音频数据传输率为1.54Mbps,且具有S/PDIF数字音频信号接口。本方案从机顶盒直接提取数字音频S/PDIF信号，保证了较好的音质；通过nRF24Z1无线射频芯片进行发送和接收，保证了音频无损无线传输。 1系统总体方案设计 机顶盒数字音频无线转发系统的总体结构框图如图1所示。系统主要由数字音频信号的提取与传输、数字音频无线发送、数字音频无线接收三部分组成。大部分的机顶盒都具有数字音频S/PDIF输出接口，且一般采用同轴线输出。射频芯片nRF24Z1既可用在音源端发送音频数据，也可用在接收端接收音频数据。采用PIC18系列单片机配置射频芯片相应的寄存器，实现数字音频无线发送与接收。nRF24Z1芯片经过内部处理后输出I2S数字音频信号，送至数模转换芯片以及外围电路处理，实现模拟接收。同时，采用单片机控制音量的增减。
实验报告 课程名称数字音视频原理 实验题目MATLAB音频文件处理 专业电子信息工程 班级3班 学号09080323 学生姓名王志愿 实验成绩 指导教师吴娱 2012年3月 一、实验目的 1、掌握录制语音信号的基本过程； 2、掌握MATLAB编程对语音信号进行简单处理的方法并分析结果。 二、实验要求
上机完成实验题目，独立完成实验报告。 三、实验内容 1、问题的提出：数字语音是信号的一种，我们处理数字语音信号，也就是对一种信号的处理，那信号是什么呢？ 信号是传递信息的函数。离散时间信号（序列）——可以用图形来表示。 按信号特点的不同，信号可表示成一个或几个独立变量的函数。例如，图像信号就是空间位置（二元变量）的亮度函数。一维变量可以是时间，也可以是其他参量，习惯上将其看成时间。信号有以下几种： （1）连续时间信号：在连续时间范围内定义的信号，但信号的幅值可以是连续数值，也可以是离散数值。当幅值为连续这一特点情况下又常称为模拟信号。实际上连续时间信号与模拟信号常常通用，用以说明同一信号。 （2）离散时间信号：时间为离散变量的信号，即独立变量时间被量化了。而幅度仍是连续变化的。 （3）数字信号：时间离散而幅度量化的信号。 语音信号是基于时间轴上的一维数字信号，在这里主要是对语音信号进行频域上的分析。在信号分析中，频域往往包含了更多的信息。对于频域来说，大概有8种波形可以让我们分析：矩形方波，锯齿波，梯形波，临界阻尼指数脉冲波形，三角波，余弦波，余弦平方波，高斯波。对于各种波形，我们都可以用一种方法来分析，就是傅立叶变换：将时域的波形转化到频域来分析。 2、设计方案： 首先要对声音信号进行采集，Windows自带的录音机程序可驱动声卡来采集语音信号，并能保存成.WAV格式文件，供MATLAB相关函数直接读取、写入或播放。 利用MATLAB中的wavread命令来读入（采集）语音信号，将它赋值给某一向量。再将该向量看作一个普通的信号，对其进行FFT变换实现频谱分析，再依据实际情况对它进行滤波。对于波形图与频谱图（包括滤波前后的对比图）都可以用MATLAB画出。我们还可以通过sound/wavplay命令来对语音信号进行回放，以便在听觉上来感受声音的变化。 3、主体部分： （1）语音的录入与打开： [x,fs,bits]=wavread('d:\1.wav');%用于读取语音，采样值放在向量x中，fs 表示采样频率(Hz)，bits表示量化位数。
数字语音实验 吕佩壕 10024134 一、实验要求 1.编程实现一句话语音的短时能量曲线，并比较窗长、窗口形状（以直 角窗和和哈明窗为例）对短时平均能量的影响 ； 2. 编程分析语音信号的短时谱特性，并比较窗长、窗口形状（以直角窗 和和哈明窗为例）对语音短时谱的影响 ； 3. 运用低通滤波器、中心削波和自相关技术估计一段男性和女性语音信 号的基音周期，画出基音轨迹曲线，给出估计准确率。 二、实验原理及实验结果 1.窗口的选择 通过对发声机理的认识，语音信号可以认为是短时平稳的。在5~50ms 的范围内，语音频谱特性和一些物理特性参数基本保持不变。我们将每个短时的语音称为一个分析帧。一般帧长取10~30ms 。我们采用一个长度有限的窗函数来截取语音信号形成分析帧。通常会采用矩形窗和汉明窗。图1.1给出了这两种窗函数在窗长N=50时的时域波形。 图1.1 矩形窗和hamming 窗的时域波形 矩形窗的定义：一个N 点的矩形窗函数定义为如下： {1,00,()n N w n ≤<=其他 Hamming 窗的定义：一个N 点的hamming 窗函数定义为如下： 0.540.46cos(2),010,()n n N N w n π-≤<-??? 其他 = 这两种窗函数都有低通特性，通过分析这两种窗的频率响应幅度特性可以发 0.2 0.40.60.811.2 1.41.61.82矩形窗 sample w （n ） 0.1 0.20.30.40.50.6 0.70.80.91hanming 窗 sample w （n ）
现（如图1.2）：矩形窗的主瓣宽度小（4*pi/N ），具有较高的频率分辨率，旁瓣峰值大（-13.3dB ），会导致泄漏现象；汉明窗的主瓣宽8*pi/N ，旁瓣峰值低（-42.7dB ），可以有效的克服泄漏现象，具有更平滑的低通特性。因此在语音频谱分析时常使用汉明窗，在计算短时能量和平均幅度时通常用矩形窗。表1.1对比了这两种窗函数的主瓣宽度和旁瓣峰值。 图1.2 矩形窗和Hamming 窗的频率响应 2．短时能量 由于语音信号的能量随时间变化，清音和浊音之间的能量差别相当显著。因此对语音的短时能量进行分析，可以描述语音的这种特征变化情况。定义短时能量为： 2 2 1 [()()] [()()]n n m m n N E x m w n m x m w n m ∞ =-∞ =-+= -= -∑∑ ，其中N 为窗长 特殊地，当采用矩形窗时，可简化为： 2 () n m E x m ∞ =-∞ = ∑ 图2.1和图2.2给出了不同矩形窗和hamming 窗长,对所录的语音“我是吕佩壕”的短时能量函数： （1）矩形窗（从上至下依次为“我是吕佩壕”波形图，窗长分别为32,64,128,256,512的矩形窗的短时能量函数）： 00.10.20.3 0.40.50.60.70.80.91 -80 -60-40-20 0矩形窗频率响应 归一化频率(f/fs)幅度/d B 00.10.20.3 0.40.50.60.70.80.91 -100 -50 Hamming 窗频率响应 归一化频率(f/fs) 幅度/d B
前言……………………………………………………… 一、设计目的………………………………………………… 二、设计内容及要求………………………………………… 三、具体设计过程…………………………………………… 1、总体设计思想…………………………………………………… 2、硬件连接图…………………………………………………… 3、各芯片的作用及工作方式…………………………………… 4、各芯片工作原理及功能简介…………………………………… （1）ADC0809………………………………………………………………………………（2）DAC0832……………………………………………………………………………………（3）可编程计数/定时接口芯片8253………………………………………………………… （4）可编程并行I/O接口芯片8255A………………………………………………………… （5）74LS138译码器……………………………………………………………………………… 5、流程图……………………………………………………………… 6、具体实现方法………………………………………………………… 四、心得体会…………………………………………………………参考文献……………………………………………………………附录1 实验总程序………………………………………………附录2 实验原理图………………………………………………
由于计算机技术的飞速发展，微机原理与接口技术课程已经作为一门比较重要的专业基 础课。微机原理与接口技术已经融入我们的基本生活当中，我们生活中的许多电子产品都与 之密切相关。微机原理与接口技术是一门实践性强的学科，其中很多理论和知识仅考书本的 学习是无法掌握的，必须通过实践才能比较直观深刻的理解。通过课程设计可以培养我们动 手的能力，使我们对书本的理论知识掌握更加牢固，培养学生编程的能力以及提出问题，分 析分体，解决问题的能力。本次课程设计所做的是关于数字录音机的设计。 一、设计目的 1.进一步加深对微机系统的理解和认识，提高微机系统的应用水平。 2.进一步学习和掌握汇编语言程序的编写和应用的方法，通过较大规模程序的编写，提高编写汇编语言程序的水平和学习程序调试方法。 3.进一步熟悉接口，DAC0832、ADC0809及定时计数器等芯片的使用。 二、设计内容及要求： 1.设计一个声音录放系统，通过传感器及ADC0809以每秒5000次的速率采集语言信号，录音12秒后，再以同样的速率将语音数据通过DAC0832送出至喇叭发声（放音）。 2.用protel画出系统的硬件连接图。 3.画出程序流程图并编写程序实现上述功能。 三、具体设计过程 1.总体设计思想 根据设计要求，本次数字录音机的汇编语言设计所需芯片有模数转换芯片ADC0809、数模转换芯片DAC0832、定时计数器8253、可编程并行I/O接口8255A及译码器 74LS138。设计过程可简述为：利用传感器和ADC0809采集语音数据，以每秒5000的速率采集IN0输入的语音数据并存入内存，共采集数据60000个，即录音12秒。DAC0832进行数模转换，以同样的速率将数据送DAC0832使喇叭发声。8253用作定时，定时0.2ms，设置成方式0，计数初值为200。8253计数器0的OUT0与8255A的PA0连接，利用PA0查询OUT0电平，如果为高点平则表示定时时间到。用译码器74LS138对地址线进行译码以产生各接口芯片所需的信号。 2.硬件连接图（见附录） 3.各芯片的作用及工作方式 （1）ADC0809在本次设计中的作用及工作方式
贵州大学实验报告
单击“声音”图标，弹出“声音属性”对话框，如图a所示。在该界面内，可以根据具体的应用需要对声音和音频设备属性进行设置，如对录音设备的属性进行设置，如图b所示。 a b 图a中音频设置功能分为三个部分:声音播放、录音和MIDI音乐播放。 单击“音乐播放”栏中的“音量”按钮，可以调整系统的声音来源设置，如CD、MIDI和其他的已安装设备。单击“高级”按钮，可以选择扬声器、调整音频播放功能，以及选择要应用与音频播放功能，以及选择要应用与音频播放的声音的效果。 单击“录音”栏中的按钮，启动默认录音设备的“录音控制”，可以设置系统录音时的音量大小。 在“MIDI音乐播放”栏中指定播放MIDI输出的乐器，该乐器通常用于游戏。 仅“仅使用默认设备”复选框，限定程序使用选定的声卡。如果使用的程序需要特定类型的声卡，而且在“默认设备”下来列表中已选中此卡，可勾选该复选框。如果程序可以使用计算机上的一种声卡，则清除该复选框。 现场录制 关于现场录制，这里介绍两种方法。
一种是依靠windows系统自带的“录音机”，对话框如下图所示。 单击右侧的开始录制的红色按钮，即开始录制。 一个一种方法就是使用Cool Edit pro 提供的现场录制功能。 1.新建波形 选择“文件”/新建菜单命令，弹出“新建波形”对话框，如图b所示。 在对话框中设置新建波形的采样率，声道和采样精度。由于这里只采用一个话筒进行录音，因此选择单声道，可以减少声音文件的容量。对于一般音质，选择常用的44100采样率和8位的采样精度。 单击“新建波形”对话框中的“确定”按钮，程序界面如图c所示。 B
D类功率放大器 一．原理 D类功放也称为数字功放，与模拟功放的主要差别在于功放管的工作状态。传统模拟放大器有甲类、乙类、甲乙类和丙类等。一般的小信号放大都是甲类功放，即A类，放大器件需要偏置，放大输出的幅度不能超出偏置范围，所以，能量转换效率很低，理论效率最高才25%。乙类放大，也称B类放大不需要偏置，靠信号本身来导通放大管，理想效卒高达78 5%。但因为这样的放大，小信号时失真严重实际电路都要略加一点偏置，形成甲乙类功放，这么一来效率也就随之下降。虽然高频发射电路中还有一种丙类，即C类放大，效率可以更高，但电路复杂、音质更差，音频放大中一般都不采用。这几种模拟放大电路的共同特点是晶体管都工作在线性放大区域中，它按照输入音频信号的大小控制输出的大小，就像串在电源与输出间的一只可变电阻，控制输出，但同时自身也在消耗电能。 D类功放采用脉宽调制（PWM）原理设计，其功放管工作在开关状态。在理想情况下，功放管导通时内阻为零，两端没有电压，因此没有功率损耗；而截止时，内阻无穷大，电流又为零，也没有功率损耗。它在实际的工作中的功率消耗主要由两部分构成：转换损耗和I2R损耗。转换损耗如图1-1所示： 图1-1 转换损耗的产生 当开关式放大器输出在接通和断开之间切换，或断开和接通之间切换时通过线性区域而消耗功率。在D类功放中开关管如果采用的是金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET管），它的开关导通电阻较小一般远远小于1Ω，所以I2R损耗相对来说还是很小的。当达到最大额定功率时，D类放大器的效率在80％到90％的范围内。在典型的听音条件下，效率也可达到65％到80％左右，约为AB 类放大器的两倍以上。 D类放大器可分为数字D类放大器与模拟D类放大器两类，数字D类放大器一般用于数字音响领域，如CD信号的功率放大。模拟D类放大器一般可分为前置放大级、PWM调制、功率放大与低通滤波四个部分。其中PWM调制和功率放大是D类放大器的核心，PWM调制的一般方案有： （1）采用PWM调制芯片产生PWM信号，此类芯片可方便的产生PWM信号，但一般对电源有要求，不利于整机单5v供电，并且很多情况下产生的PWM 型号为方波。 （2）自己搭建PWM调制器，采用运放进行比较积分产生PWM信号。
怎样使用数字音频处理器现在数字音频处理器越来越多地运用到工程当中了，对于有基础有经验的人来说，处理器是一个很好用的工具，但是，对于一些经验比较欠缺的朋友来说，看着一台处理器，又是一大堆英文，不免有点无从下手。其实不用慌，我来介绍一下处理器使用步骤,以一个2进4出的处理器控制全频音箱＋超低音音箱的系统为例 1、首先是用处理器连接系统，先确定好哪个输出通道用来控制全频音箱，哪个输出通道用来控制超低音音箱，比如你用输出1、2通道控制超低音，用输出3、4通道控制全频。接好线了，就首先进入处理器的编辑（EDIT）界面来进行设置，进入编辑界面不同的产品的方法不同，具体怎么进入，去看说明书。 2、利用处理器的路由（ROUNT）功能来确定输出通道的信号来自哪个输入通道，比如你用立体声方式扩声形式，你可以选择输出通道1、3的信号来自输入A，输出通道的2、4的信号来自输入B。信号分配功能不同的产品所处的位置不同，有些是在分频模块里，有些是在增益控制模块里，这个根据说明书的指示去找。 3、根据音箱的技术特性或实际要求来对音箱的工作频段进行设置，也就是设置分频点。处理器上的分频模块一般用CROSSOVER或X-OVER表示，进入后有下限频率选择（HPF）和上限频率选择（LPF），还要滤波器模式和斜率的选择。首先先确定工作频段，比如超低音的频段是40－120赫兹，你就把超低音通道的HPF设置为40，LPF设置为120。全频音箱如果你要控制下限，就根据它的低音单元口径，设置它的HPF大约在50－100Hz,。处理器滤波器形式选择一般有三种，bessel,butterworth和linky-raily，我以前有帖子专门说明过三种滤波器的不同之处，这里不赘述。常用的是butterworth和linky-raily两种，然后是分频斜率的选择，一般你选24dB/oct就可以满足大部分的用途了。 4、这个时候你需要检查一下每个通道的初始电平是不是都在0dB位置，如果有不是0的，先把它们都调到0位置上，这个电平控制一般在GAIN功能里，DBX的处理器电平是在分频器里面的，用G表示。 5、现在就可以接通信号让系统先发出声音了，然后用极性相位仪检查一下音箱的极性是否统一，有不统一的，先检查一下线路有没有接反。如果线路没接反，而全频音箱和超低音的极性相反了，可以利用处理器输出通道的极性翻转功能（polarity或pol）把信号的极性反转，一般用Nomal或“＋”表示正极性，用INV或“－”表示负极性。 6、接下来就要借助SIA这类工具测量一下全频音箱和超低音的传输时间，一般来说是会有差异的，比如测到全频的传输时间是10ms，超低音是18ms，这个时候就要利用处理器的延时功能对全频进行延时，让全频和低音的传输时间相同。处理器的延时用DELAY或DLY表示，有些用m（米）有些用MS（毫秒）来显示延时量，SIA软件也同时提供了时间和距离的量，你可以选择你需要的数据值来进行延时 7、接下来就该进行均衡的调节了，可以配合测试工具也可以用耳朵来调，处理器的均衡用EQ来表示，一般都是参量均衡（PEQ），参量均衡有3个调节量，频率（F），带宽（Q 或OCT），增益（GAIN或G）。具体怎么调，就根据产品特性、房间特性和主观听觉来调了，这个就自己去想了。 8、均衡调好后，就要进行限幅器的设置了，处理器的限幅器用LIMIT来表示，进去以后一般有限幅电平（THRESHOLD），压缩比（RA TIO）的选项，你要做限幅就要先把压缩比RA TIO设置为无穷大（INF），然后配合功放来设置限幅电平，变成限幅器后，启动时间A TTACK和恢复时间RELEASE就不用去理了。DBX处理器的限幅器用PEAKSTOP来表示，启动后，直接设置限幅电平就可以了，至于怎么调限幅器，我有专门的帖子，自己去看。 9、都调好了就要保存数据，处理器的保存一般用STORE或SA VE表示，怎么存，就看产品说明书了。