基于單片機(jī)的音頻信號分析儀的設(shè)計(jì)

O 引 言
目前，大多數(shù)音頻信號處理儀不但體積大而且價(jià)格貴，在一些特殊方面難以普及使用，而嵌入式系統(tǒng)分析儀具有小巧可靠的特點(diǎn)，所以開發(fā)基于特殊功能單片機(jī)的音頻分析儀器是語音識別的基礎(chǔ)，具有很好的現(xiàn)實(shí)意義。信號分析原理是將信號從時(shí)間域轉(zhuǎn)換成頻率域，使原始信號中不明顯特性變得明顯，便于分析處理。對于音頻信號來說，其主要特征參數(shù)為幅度譜、功率譜。該音頻信號分析儀的工作過程為：對音頻信號限幅放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換、快速傅里葉變換(FFT，時(shí)域到頻域的轉(zhuǎn)換)、特征值提取；從到音頻信號的幅度譜，進(jìn)而得到音頻信號的功率譜。

1 硬件設(shè)計(jì)
“智能家居”(SmartHome)也稱智能住宅。家居網(wǎng)絡(luò)智能控制系統(tǒng)就是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)和嵌入式技術(shù)，將家中的各種設(shè)備通過家庭網(wǎng)絡(luò)連接成系統(tǒng)。整個智能家居系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示。在該系統(tǒng)中，對于某些家用電器設(shè)備的監(jiān)測與控制需要進(jìn)行音頻信號的分析。

本設(shè)計(jì)選用Microchip公司的DSPIC30F6014A單片機(jī)為核心處理器，該芯片是MCU技術(shù)與DSP技術(shù)的結(jié)合，既包含了16位MCU的控制功能，又融合了DSP的高速運(yùn)算技術(shù)，實(shí)際上就是數(shù)字微處理器、可方便地實(shí)現(xiàn)音頻信號分析的各種功能。音頻系統(tǒng)框圖如圖2所示，包括電源模塊、預(yù)制電路、A／D轉(zhuǎn)換模塊、DSP模塊、LCD顯示模塊等幾個部分。各模塊以及接口的具體設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)功能如下：
(1)電源模塊：采用直流三端穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)，220 V交流電經(jīng)降壓、整流、濾波和穩(wěn)壓后，轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)需要的±5 V、±12 V電源電壓。
(2)預(yù)制電路：為保證輸入頻寬在音頻范圍，前端直流偏置電路采用OP07放大器，第一級的加法器將輸入信號與2．5 V電壓值相加，第二級的反相器將信號轉(zhuǎn)移到A／D轉(zhuǎn)換能處理的0～5 V范圍。因輸入端50 Ω電阻的接地，故系統(tǒng)輸入阻抗近似為50 Ω。