一种声音频率采集装置的制作方法

本发明涉及音频测试技术领域，特别涉及一种声音频率采集装置。

背景技术：

在音频测试中，通常需要对待测音频设备产生的音频信号进行频率采集以进一步分析处理，一般使用带有频谱分析功能的声级计，其能够测量出被测音频信号所包含的所有(不包括人耳听不见的次声和超声)频率，在声信号转换成电信号时，可以模拟人耳对声波反应速度的时间特性，对高低频有不同灵敏度的频率特性以及不同响度时改变频率特性的强度特性，因此声级计是一种主观性的电子仪器。同时这种分析仪器价格比较高昂，一般只有专业的实验室才配有，也增加了开发和生产的成本。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

为了解决上述问题，本发明提供了一种声音频率采集装置，采用了数字化音频的测试模型，整个测试过程自动完成，操作人员通过配置与调整相关的测试参数，满足不同音频设备的测试需求，其电路成本低廉，性能稳定，测试结果客观准确。

(二)技术方案

一种声音频率采集装置，包括直流稳压电源、音频放大器模块、负电压模块、运放比较器模块、三极管模块、数字电位器模块、mcu微处理器模块和uart通讯接口模块；

所述直流稳压电源为所述mcu微处理器模块和其他各模块提供正电压；

所述负电压模块用于生成加载到所述运放比较器模块负电压端的负电压；

所述音频放大器模块为音频信号接收放大模块，处理mic接收的音频测试波形，输出脉动电压信号到所述运放比较器模块的同相端；

所述数字电位器模块输出可调参考电压信号到所述运放比较器模块的反相端；

所述运放比较器模块对同相端的所述脉动电压信号和反相端的所述参考电压信号进行比较，输出正负脉冲信号；

所述三极管模块对所述运放比较器模块的输出信号进行电平转换，以便所述mcu微处理器模块进行频率信息的采集；

所述mcu微处理器模块为所述参考电压信号的设置、所述频率信息的采集和所述uart通讯接口模块的数据输出提供程序控制；

所述uart通讯接口模块将所述频率信息传输到监控系统。

进一步的，所述直流稳压电源为+5v。

进一步的，所述负电压模块包括电压转换器、第一电解电容和第二电解电容；所述电压转换器的8脚接所述正电压，5脚输出所述负电压，2脚连接所述第一电解电容的正端，4脚与所述第一电解电容的负端相连，3脚和6脚接地，所述第二电解电容的负端与5脚相连，所述第二电解电容的正端接地。

进一步的，所述负电压为-5v。

进一步的，所述音频放大器模块包括mic、音频放大器、第三电解电容、第四电解电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；所述mic的1脚分别与所述第一电阻的一端、所述第七电容的一端和所述第八电容的一端相连，所述mic的2脚和所述第八电容的另一端接地，所述音频放大器的8脚连接所述第七电容的另一端，12脚串联所述第六电容接地，13脚与所述第三电阻的一端和所述第一电阻的另一端相连，14脚连接所述第三电阻的另一端和所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端接地，所述音频放大器的1脚与所述第五电容的一端相连，3脚与所述第三电解电容的正端相连，所述第五电容的另一端和所述第三电解电容的负端接地，6脚连接所述第四电解电容的正端，所述第四电解电容的负端与所述第四电阻的一端相连，7脚、9脚和所述第四电阻的另一端接地，2脚、5脚和10脚接所述正电压。

进一步的，所述数字电位器模块包括数字电位器、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻和第十电容；所述数字电位器的1脚连接所述第十电阻的一端，16脚连接所述第十电容的一端，7脚连接所述第十电容的另一端，17脚连接所述第九电阻的一端，5脚连接所述第八电阻的一端，6脚连接所述第七电阻的一端，3脚输出所述参考电压信号，所述第十电阻的另一端、所述第十电容的一端、所述第九电阻的另一端、所述第八电阻的另一端和所述第七电阻的另一端接入所述正电压，2脚、4脚、14脚、15脚和所述第十电容的另一端接地。

进一步的，所述运放比较器模块包括运放比较器和第九电容；所述运放比较器的同相端连接所述第四电解电容的负端和所述第四电阻的一端，反相端连接所述数字电位器的3脚和所述第九电容的一端，所述第九电容的另一端接地，所述运放比较器的正电压端接所述正电压，负电压端接所述电压转换器的5脚。

进一步的，所述三极管模块包括三极管、二极管、第五电阻、第六电阻和第十一电阻；所述三极管的基极与所述第五电阻的一端相连，发射极接地，集电极连接所述第六电阻的一端，所述第五电阻的另一端分别连接所述二极管的负端和所述第十一电阻的一端，所述二极管的正端连接所述运放比较器的输出端，所述第六电阻的另一端接所述正电压，所述第十一电阻的另一端接地。

进一步的，所述mcu微处理器模块的输入端连接所述三极管的集电极，输出端连接所述uart通讯接口模块的输入端，所述uart通讯接口模块的输出端与所述监控系统相连。

再进一步的，所述mcu微处理器模块与所述数字电位器模块之间通过i2c总线进行通信连接。

(三)有益效果

本发明提供了一种声音频率采集装置，通过待测音频设备发送出去的音频测试波形与mic接收到的音频测试波形之间的相似度，从而获得该待测音频设备的音频测试结果，+5v直流稳压电源大大提高了电路的抗干扰性能，使整个电路工作更加安全稳定，负电压模块驱动运算比较器更加稳定工作，mcu微处理器的频率信息通过uart通讯接口的输出监控，为智能化监控提供了通道，本发明采用了数字化音频的测试模型，整个测试过程自动完成，操作人员通过配置与调整相关的测试参数，满足不同音频设备的测试需求，其电路成本低廉，性能稳定，测试结果客观准确，可应用于不同的音频检测场合。

附图说明

图1为本发明所涉及的一种声音频率采集装置的工作流程示意图。

图2为本发明所涉及的一种声音频率采集装置的负电压模块电路图。

图3为本发明所涉及的一种声音频率采集装置的数字电位器模块电路图。

图4为本发明所涉及的一种声音频率采集装置的音频放大器模块、运放比较器模块和三极管模块电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所涉及的实施例做进一步详细说明。

如图1所示，一种声音频率采集装置，包括直流稳压电源、音频放大器模块、负电压模块、运放比较器模块、三极管模块、数字电位器模块、mcu微处理器模块和uart通讯接口模块；

直流稳压电源为mcu微处理器模块和其他各模块提供正电压；

负电压模块用于生成加载到运放比较器模块负电压端的负电压；

音频放大器模块为音频信号接收放大模块，处理mic接收的音频测试波形，输出脉动电压信号到运放比较器模块的同相端；

数字电位器模块输出可调参考电压信号到运放比较器模块的反相端；

运放比较器模块对同相端的脉动电压信号和反相端的参考电压信号进行比较，输出正负脉冲信号；

三极管模块对运放比较器模块的输出信号进行电平转换，以便mcu微处理器模块进行频率信息的采集；

mcu微处理器模块为参考电压信号的设置、频率信息的采集和uart通讯接口模块的数据输出提供程序控制；

uart通讯接口模块将频率信息传输到监控系统。

直流稳压电源为+5v，电路接入+5v弱电，供mcu微处理器模块和其他各模块使用，大大提高了电路的抗干扰性能，使整个电路工作更加安全稳定。

如图2所示，负电压模块包括电压转换器u4、第一电解电容c1和第二电解电容c2；电压转换器u4的8脚接+5v(vcc)，5脚输出-5v(-vcc)，2脚连接第一电解电容c1的正端，4脚与第一电解电容c1的负端相连，3脚和6脚接地，第二电解电容c2的负端与5脚相连，第二电解电容c2的正端接地。

第一电解电容c1为储能电容，第二电解电容c2为滤波电容，用-5v驱动运算比较器，使其更加稳定工作。

如图3所示，数字电位器模块包括数字电位器u2、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10和第十电容c10；数字电位器u2的1脚连接第十电阻r10的一端，16脚连接第十电容c10的一端，7脚连接第十电容c10的另一端，17脚连接第九电阻r9的一端，5脚连接第八电阻r8的一端，6脚连接第七电阻r7的一端，3脚输出参考电压信号com，第十电阻r10的另一端、第十电容c10的一端、第九电阻r9的另一端、第八电阻r8的另一端和第七电阻r7的另一端接入+5v(vcc)，2脚、4脚、14脚、15脚和第十电容c10的另一端接地。

数字电位器亦称数控可编程电阻器，是一种代替传统机械电位器(模拟电位器)的新型cmos数字、模拟混合信号处理的集成电路。数字电位器带有总线接口，可通过单片机或逻辑电路进行编程，由数字输入控制，产生一个模拟量的输出。数字电位器u2的5脚和6脚与mcu微处理器模块之间以i2c总线的传输方式进行通信连接，因此通过mcu微处理器编程可智能化修改设置数字电位器模块的输出电压，用于设置运放比较器模块的反相输入端的电压参考点，从而与音频放大器模块输出的脉动电压信号进行比较，满足不同音频设备的测试需求，应用于不同的音频检测场合。

如图4所示，音频放大器模块包括mic、音频放大器u1、第三电解电容c3、第四电解电容c4、第五电容c5、第六电容c6、第七电容c7、第八电容c8、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和第四电阻r4；mic的1脚分别与第一电阻r1的一端、第七电容c7的一端和第八电容c8的一端相连，mic的2脚和第八电容c8的另一端接地，音频放大器u1的8脚连接第七电容c7的另一端，12脚串联第六电容c6接地，13脚与第三电阻r3的一端和第一电阻r1的另一端相连，14脚连接第三电阻r3的另一端和第二电阻r2的一端，第二电阻r2的另一端接地，音频放大器u1的1脚与第五电容c5的一端相连，3脚与第三电解电容c3的正端相连，第五电容c5的另一端和第三电解电容c3的负端接地，6脚连接第四电解电容c4的正端，第四电解电容c4的负端与第四电阻r4的一端相连，7脚、9脚和第四电阻r4的另一端接地，2脚、5脚和10脚接+5v(vcc)。

运放比较器模块包括运放比较器u3和第九电容c9；运放比较器u3的同相端连接第四电解电容c4的负端和第四电阻r4的一端，反相端连接数字电位器u2的3脚和第九电容c9的一端，第九电容c9的另一端接地，运放比较器u3的正电压端接+5v(vcc)，负电压端接电压转换器u4的5脚输出的-5v(-vcc)。

三极管模块包括三极管q1、二极管d1、第五电阻r5、第六电阻r6和第十一电阻r11；三极管q1的基极与第五电阻r5的一端相连，发射极接地，集电极连接第六电阻r6的一端，第五电阻r5的另一端分别连接二极管d1的负端和第十一电阻r11的一端，二极管d2的正端连接运放比较器u3的输出端，第六电阻r6的另一端接+5v(vcc)，第十一电阻r11的另一端接地。

mcu微处理器模块u5的输入端连接三极管q1的集电极，输出端连接uart通讯接口模块u6的输入端，uart通讯接口模块u6的输出端与监控系统相连。

当运放比较器u3同相端的音频脉动电压信号高于反相端的参考电压信号，输出端输出正电压，钳位二极管d1导通，基极-发射极侧满足导通电压vbe，三极管q1即导通，mcu微处理器模块u5输入端的电压为集电极对地电压vc；而当运放比较器u3同相端的音频脉动电压信号低于反相端的参考电压信号，输出端输出负电压，钳位二极管d1截止，三极管q1也截止，mcu微处理器模块u5通过上拉电阻r6连接+5v，从而将运放比较器u3输出端的正负脉冲信号进行了转换，产生的脉动电平的变化供mcu微处理器采集。

mcu微处理器模块采集到的频率信息通过uart通讯接口模块，将音频信息传输到监控系统，在此过程中，mcu微处理器对uart通讯接口的数据输出进行监控，从而为智能化监控提供了通道。

装置的工作原理：接入+5v直流稳压电源，供mcu微处理器模块和其他各模块使用，负电压模块输出的-5v(-vcc)加载到运放比较器的负电压端，用于产生运放比较器的输出正负脉冲信号。首先mic接收待测音频设备发送的音频测试波形，经音频放大器输出脉动电压信号到运放比较器的同相端，同时在运放比较器的反相端加载数字电位器输出的参考电压信号，通过运放比较器的比较输出正负脉冲信号，经过三极管模块的电平转换，产生脉动电平的变化供mcu微处理器采集，mcu微处理器采集到的频率信息通过uart通讯接口，将音频信息传输到监控系统，与待测音频设备发送的音频测试波形之间的相似度进行对比，从而获得该待测音频设备的音频测试结果。mcu微处理器软件编程控制，可智能化修改设置数字电位器模块的输出电压，用于设置运放比较器模块的反相输入端的电压参考点，从而与音频放大器模块输出的脉动电压信号进行比较，满足不同音频设备的测试需求，应用于不同的音频检测场合。

本发明提供了一种声音频率采集装置，通过待测音频设备发送出去的音频测试波形与mic接收到的音频测试波形之间的相似度，从而获得该待测音频设备的音频测试结果，+5v直流稳压电源大大提高了电路的抗干扰性能，使整个电路工作更加安全稳定，负电压模块驱动运算比较器更加稳定工作，mcu微处理器的频率信息通过uart通讯接口的输出监控，为智能化监控提供了通道，本发明采用了数字化音频的测试模型，整个测试过程自动完成，操作人员通过配置与调整相关的测试参数，满足不同音频设备的测试需求，其电路成本低廉，性能稳定，测试结果客观准确，可应用于不同的音频检测场合。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。