拾音器(话筒) 前置放大器 带通滤波器(BPF) ADC0809转换模块 ZLG7289按键与显示 STC89C52单片机 LED录放指示 DAC0832模块(I/V变换) 4片UT62256存储阵列 带通滤波器(BPF) 扬声器/耳机 音频功放(LM386)
图3.1 系统总体框图
系统总体组成如上图所示,由输入通道、STC89C52单片机和输出通道三部分组成。输入通道部分由拾音器、前置放大电路、带通滤波器、电平移位电路组成；输出通道由带通滤波器、后级放大电路组成。拾音器输出的毫伏级信号实测其范围约为10~20mV，此电信号太小不能够进行采样，后级A/D转换输入信号的动态范围为0~5V，语音信号的范围与采样范围的比较得出放大器的放大倍数应为200倍左右，此处将信号通过一增益为46dB可调的放大器，将其放大到伏特量级，以满足采样条件。输出级放大电路则采用了美国国家半导体公司的音频功率放大器LM386对转换后的信号进行播放。考虑到语音信号的固有特点，将低于300Hz和高于3.4kHz的分量滤掉后语音质量仍然良好。此处将其通过一增益为46dB的放大器，因此，将带通滤波器设计为典型的300Hz~3.4kHz,输出级带通滤波器亦为300Hz~3.4kHz,这样既可滤掉低频分量又可滤掉D/A转换带来的高频分量，很好的滤除掉噪声。根据奈奎斯特抽样定理知欲使采样信号无失真，抽样频
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率最低为6.8kHZ，考虑到留有一定的裕量采用8KHz的采样率，这样就足够保证语音质量。经量化后，微处理器将数据存到处理器，需要时再将其回放，存入与放出由开关通过微处理器来控制实现。存储器的容量选择视所存语音信号的时间长短而定。为了使A/D的输入信号稳定在其动态范围内，在输入级加入了电平移位电路，将负电平部分的信号全部上移为正信号。
4 电路设计
4.1拾音器
拾音器是一种声电传感器，即将外界声场中的声信号转换成电信号的传感器。它在通讯、噪声控制、环境检测、音质评价、文化娱乐、超声检测、水下探测和生物医学工程及医学方面有广泛的应用。它的种类很多，按其特点和频率等，将它划分为超声传感器、声压传感器和声表面波传感器等。
目前应用广泛的一类是驻极体话筒（内部原理图如图4.1.1），其关键元件是驻极体振动膜，它是一片极薄的塑料膜片，在其中一面蒸发上一层纯金薄膜。然后再经过高压电场驻极后，两面分别驻有异性电荷。膜片的蒸金面向外，与金属外壳相连通。膜片的另一面与金属极板之间用薄的绝缘衬圈隔离开。这样，蒸金膜与金属极板之间就形成一个电容。当驻极体膜片遇到声波振动时，引起电容两端的电场发生变化，从而产生了随声波变化而变化的交变电压。驻极体膜片与金属极板之间的电容量比较小，一般为几十pF。因而它的输出阻抗值很高(Xc＝1)，约几十兆欧以上。这样高的阻抗是不能直接与音频放大器相匹配的。2?fc所以在话筒内接入一只结型场效应管来进行阻抗变换。场效应管的特点是输入阻抗极高、噪声系数低。普通场效应管有源极(S)、栅极(G)和漏极(D)三个极。这里使用的是在内部源极和栅极间再复合一只二极管的专用场效应管。接二极管的目的是在场效应管受强信号冲击时起保护作用。场效应管的栅极接金属极板。这样，驻极体话筒的输出线便有三根。即源极S，一般用蓝色塑线，漏极D，一般用红色塑料线和连接金属外壳的编织屏蔽线。
驻极体话筒与电路的接法有两种：源极输出与漏极输出。源极输出类似晶体三极管的射极输出。需用三根引出线。漏极D接电源正极。源极S与地之间接一电阻Rs来提供源极电压，信号由源极经电容C输出。编织线接地起屏蔽作用。源极输出的输出阻抗小于2k，电路比较稳定，动态范围大。但输出信号比漏极输出小。漏极输出类似晶体三极管的共发射极放入。只需两根引出线。漏极D与电源正极间接一漏极电阻RD，信号由漏极D经电容C输出。源极S与编织线
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一起接地。漏极输出有电压增益，因而话筒灵敏度比源极输出时要高，但电路动态范围略小。
图4.1 驻极体话筒内部原理图
4.2放大器的设计
（１）增益放大器 拾音器输出的信号实测其范围约为10~20mv左右， 此电信号太小不能够进行采样，后级A/D转换输入信号的动态范围为0~5V，语音信号的范围与采样范围的比较得出放大器的放大倍数应为200倍左右，此处将信号通过一最大增益为46dB的可调放大器，将其放大到伏特量级。放大电路如图4.2.1所示，放大倍数按下式计算：
A?1?R42R39
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图4.2.1 前置放大器
（２）输出放大器 经带通滤波器输出的声音回放信号，其幅度为0～5V，足以用耳机来接收听，可不接任何放大器。但考虑到实际中经常回用到喇叭作外放，故在本系统中增加外放功能，前端放大器采用通用型音频功率放大器LM386来完成。电路如图4.2.2所示。该电路增益为50～200连续可调，最大不失真功率为320mW。输出端接C10、R11串联电路，以校正喇叭的频率特性，防止高频自激．脚7接22pF去偶电容，以消除低频自激。
图4.2.2 输出放大器
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4.3有源带通滤波器设计
滤波器是一种能使有用频率信号通过同时抑制(或大为衰减)无用频率信号的电子装置。工程上常用它来作信号处理、数据传输和抑制干扰等。这里主要讨论模拟滤波器。以往这种滤波电路主要采用无源元件R、L和C组成，60年代以来，集成运放获得了迅速发展，由它和R、C组成的有源滤波电路，具有不用电感、体积小、重量轻、选择性好等优点。此外，由于集成运放的开环电压增益和输入阻抗都很高，输出阻抗又底，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。但是，集成运放的带宽有限，所以目前有源滤波电路的工作频率难以作的很高，这是它的不足之处。
对于幅频响应，通常把能够通过的信号频率范围定义为通带，而把受阻和衰减的信号频率范围定义为阻带，理想滤波电路在通带内应具有零衰减的幅频响应和线形的相位响应，而在阻带内应具有无限大的幅度衰减（A?j???0）。按照通带和阻带的相互位置不同，滤波器可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器。
由于滤波器相关知识比较重要，经此课题对有源滤波器的认识和设计有了更进一步的认识，下面就将本人在这方面的一点认识详细道来。
图4.3.1 二阶有源LPF 上图为典型二阶有源LPF，其传递函数表达式如下：
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