信号音产生装置的制作方法

专利名称：信号音产生装置的制作方法
专利说明 本实用新型涉及电子技术领域中的一种信号音产生装置。在现代工业生产与商业生活中，常需要利用一些声音信号来实现各种提示，以方便用户的操作，做到更加人性化。如手机的铃声，可以根据不同类别的来电设置不同的信号提示。当信号音的种类较少、频率种类也少且对质量要求不高时，实现方法较易；当信号种类多、频率范围宽、且对质量要求较高时，利用普通的方案来实现就有一定的难度。
目前实现音频段内的各种提示信号音常有如下几种方案1、利用录音芯片对各种信号音事先进行录音，然后由主CPU对录音芯片进行控制，从而根据需要放出各种信号音。因录音芯片上的存贮空间有限，因此能录制的信号音种类及时长均有限，当需要对某一种信号音进行长时间的反复播放时，中间就会出现停顿现象；信号音的质量与录制环境有关，存在着噪声现象；录音芯片的价格较高，不太适合于在对价格要求敏感、大批量生产的产品当中使用。
2、在带有操作系统的应用系统中采用。方法为利用一些语音处理软件，对各种信号音的幅度进行A/D采样，将采样后的数据以文件的形式存入存贮器内，然后由主CPU从存贮器内读取，并写给外部的FIFO(First in，First out；先入先出队列)缓冲区，外部电路从FIFO中取出采样数据并经D/A变换后输出，从而放出各种信号音。因这种FIFO的容量一般都较小，当FIFO中的数据被取完以后，FIFO就向主机产生中断以申请新的数据写入。这种不停地(通常为毫秒级别)对主机申请中断的方式，对主机的工作造成了极大的干扰，尤其是在多任务的应用环境当中更加突出，这种干扰直接影响了主机的正常工作。如果是有两路以上的类似信号音需要处理时，主CPU基本上不能处理其它的任务，这样也就限制了许多种应用。
3、利用单片机外加D/A转换的方式。该方案也是将经A/D转换后的数据存在存贮器里，然后经由D/A转换器送出，从而放出信号音。该方案存在着前两种方案的不足，一是对于单片机应用系统来说，其数据文件占用的空间太多，不适合于较长信号音的录制；二是当单片机放音时，基本上就不能处理任何其它的任务，系统的性能将受到限制。
4、利用单片机外加简单的RC整形电路的方式。该方案是利用单片机产生不同频率的方波送给RC整形电路，经RC整形后产生一个接近于正弦波的信号音。该方案的问题是简单的RC电路只能将某一个频率点的方波处理为类似于正弦波的频率，对其它的频率点将产生很大的畸变，输出的信号音中将含有较大的噪声，在正规产品中不适合于采用这种方案。
综上所述，无论是在单片机级别的应用系统中，还是在带有操作系统的应用系统中，都没有一种很好的方法来解决音频范围内信号音的产生及播放问题。本实用新型的目的在于提出一种信号音产生装置，以克服现有技术中存在的问题。
本实用新型的目的是这样实现的构建一种信号音产生装置，包括单片机，用于根据不同的输入提供不同频率的方波信号；RC滤波器，包括串联的电阻和电容，以及与电阻两端并联的正向连接的二极管；与单片机的输出相连接，用于将方波信号变换成输出包络线为正弦波的信号；直流分量消除器，与RC滤波器的输出相连接，用于去除直流成分，输出正弦波信号。
本实用新型因为采用了上述方案，能对频率在400HZ～2000HZ范围内的信号音，产生正弦波输出信号，并且音质纯正，无杂音，完全覆盖了音频范围内对信号音的要求。

图1是本实用新型中单片机的原理示意图。
图2是与单片机输出相连接的电路部分实施例图。
图3是点A方波电压时序图。
图4是经过一级滤波后点B的电压时序图。
图5是经过二级滤波后点C的电压时序图。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的阐述。
如图1所示，采用低功耗、低价格、高性能的PIC16F628单片机以中断的方式来接受外部指令，并对接收到的外部指令进行分析，依据指令代码的内容来确定信号音的频率，从而控制定时器的定时周期，并产生对应频率的方波输出。该方波可以直接经过驱动电路(如CD4011)后用于驱动蜂鸣器或喇叭，用来播放各种提示音；也可以经过本实用新型电路部分处理后输出正弦波信号。
如图2到图5所示，本实用新型的电路部分包括RC滤波器和直流去除器，以及连接于其后的放大和驱动电路。其中的RC滤波器包括前后串连的两级RC电路，每级RC电路除了串连的电阻R和电容C之外，还在电阻R的两端并联了一个正向的二极管，形成一个特殊的RC电路。其特殊之处，在于利用二极管的特性改变了RC电路的充电和放电的常数。当处于脉冲的高电平期间对RC电路充电，二极管导通，充电常数较小，输出的波形弧度为上凸；当处于脉冲的低电平期间，RC电路开始放电，二极管截止，充电常数变大，输出的波形弧度同样地保持为上凸(通常的为下凹，这样输出的就为锯齿波)；这样经过二级的RC滤波电路后(采用两级的目的是为了保证输出波形的弧度更趋近于正弦波的弧度)，在一个脉冲的周期内就输出了包络线为正弦波的信号。当经过一级去直流分量的放大后，就输出了一个完整周期的正弦波，其频率与方波的频率相同。
本实用新型的电路部分适应面广，既可用在只有单路的少量音频信号音的简单系统中，也可以用在同时有两路且有多种信号音输出的复杂系统中。
实施例中采用的PIC16F628单片机，可以支持两路信号音的同时播放，每路可播放的信号音种类达八种以上，且时长不限。通过软件编程，可以输出含有多种频率(通常的为单一频率)的信号音。每播放一种信号音，只需由主机控制电路发出一条命令即可，当需要中途停止时，只需再发出一条停止命令，对主机的干扰极少，控制很灵活、方便。
本实用新型能对频率在400HZ～2000HZ范围内的信号音，产生标准的正弦波，低功耗，不工作时的功耗为微瓦级。播放控制端可看作一个普通的I/O口来使用，不占用主CPU的任何资源，可应用于单片机系统，也可应用于带有操作系统的较大的产品当中。
权利要求1.一种信号音产生装置，包括单片机，用于根据不同的输入提供不同频率的方波信号；其特征在于，还包括RC滤波器，包括串联的电阻和电容，以及与电阻两端并联的正向连接的二极管；与单片机的输出相连接，用于将方波信号变换成输出包络线为正弦波的信号；直流分量消除器，与RC滤波器的输出相连接，用于去除直流成分，输出正弦波信号。
2.根据权利要求1所述的信号音产生装置，其特征在于所述的RC滤波器包括两级所述并联有二极管的RC电路，两级之间串联连接。
3.根据权利要求1所述的信号音产生装置，其特征在于所述的单片机输出两路彼此独立的方波信号，分别接有顺次连接的所述的RC滤波器和直流分量消除器。
4.根据权利要求1所述的信号音产生装置，其特征在于所述直流分量消除器由一个电容和电阻串联而成。
5.根据权利要求1所述的信号音产生装置，其特征在于还包括运算放大器，其一路输入与所述直流分量消除器的输出相连接，另一路输入连接其他的语音信号。
专利摘要本实用新型公开了一种信号音产生装置，包括单片机，用于根据不同的输入提供不同频率的方波信号；RC滤波器，包括串联的电阻和电容，以及与电阻两端并联的正向连接的二极管，与单片机的输出相连接，用于将方波信号变换成输出包络线为正弦波的信号；直流分量消除器，与RC滤波器的输出相连接，用于去除直流成分，输出正弦波信号。本实用新型因为采用了上述方案，能对频率在400Hz～2000Hz范围内的信号音，产生正弦波输出信号，并且音质纯正，无杂音，完全覆盖了音频范围内对信号音的要求。
文档编号G06F3/16GK2622768SQ0323456
公开日2004年6月30日 申请日期2003年5月23日 优先权日2003年5月23日
发明者肖首信 申请人:深圳市冠日通讯科技股份有限公司