無線語音放大系統(tǒng)設計教學

1、畢業(yè)設計（論文）開題報告書學生姓名 MERGEFIELD student_RealName * MERGEFORMAT student_RealName學號 MERGEFIELD student_CodeNumber * MERGEFORMAT student_CodeNumber題目無線語音放大系統(tǒng)設計目的及意義信息時代社會的飛速發(fā)展，以科技技術(shù)尤其是移動通信技術(shù)的發(fā)展，改變了人們的生活方式和溝通方式。人們對操作簡單、體積小巧、功能強大、攜帶方便的移動通信設備越來越鐘愛，這就極大的促進了無線語音通信技術(shù)的發(fā)展。近十年來，隨著信息科學技術(shù)和計算機科學的變革和發(fā)展，無線語音通信技術(shù)逐漸取代有線語

2、音通信技術(shù)，因此無線語音通信成為科學技術(shù)發(fā)展最活躍最光明的領(lǐng)域之一。無線通信技術(shù)的發(fā)展日新月異，新理論、新技術(shù)、新方法不斷涌現(xiàn)。無線語音通信技術(shù)已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢在各個領(lǐng)域當中逐步得到應用，無線語音通信技術(shù)已經(jīng)廣泛的應用在通信、計算機、自動控制、遙控/遙測、醫(yī)療設備和家用電器等領(lǐng)域中。無線語音通信傳輸技術(shù)具有成本低、無需通訊電纜、不受應用環(huán)境限制、組態(tài)靈活、重構(gòu)性強等優(yōu)點，這使得無線語音通信技術(shù)有廣闊的發(fā)展空間。無線語音通信技術(shù)最常見的使用場景之一就是短距離無線通話。目前大多使用的短距離無線話簡是以模擬音頻電路為主，一個無線話簡只能固定到一個場合中使用，電路功耗特別大，而且需要錯開相近的射頻

3、頻點或鄰接的外界干擾信號1，否則相鄰的話筒就會發(fā)生串音或有干擾噪音而無法使用。例如在多媒體教室所使用的短距離無線話簡，如果以模擬音頻電路為主，將造成功耗大、臨近教室話筒相互干擾，影響正常的教學活動。基于以上分析，本設計將設計一種面向多媒體教室的低成本、低功耗、無失真、體積小、攜帶方便的無線數(shù)字音頻傳輸系統(tǒng)，滿足教師上課之用?；緝?nèi)容、目標、擬采用的技術(shù)方案及措施一、基本內(nèi)容無線語音放大系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成2。麥克風將聲音轉(zhuǎn)換為音頻電信號，經(jīng)過內(nèi)部電路的處理后，將包含音頻信息的無線電波通過發(fā)射機發(fā)射出去3。接收部分通過天線接收無線信號，經(jīng)過內(nèi)部芯片的處理，將電信號還原成音頻信號，送到外接

4、設備，完成音頻信號的接收和放大4。但是在一些學校的教學過程中經(jīng)常因教室大、學生多而坐在教室后面的學生聽不見教師聲音5。傳統(tǒng)的系統(tǒng)主要是針對此問題而設計。其發(fā)射機部分體積小、重量輕可由教師侗帶在身上，接收機可以放置在教室的后方。調(diào)試好發(fā)射機和接收機的頻率，即可使教師的聲音通過無線發(fā)射機發(fā)送出去，接收機通過接收模塊和功率放大模塊將接收到的信號轉(zhuǎn)換為音頻信號并進行放大6-7，從而使整個教室都能聽教師的聲音。但裝置往往由于開關(guān)而引起噪音使教室顯得嘈雜不堪，為了克服這一弱點采用筒低噪音語音前置放大器克制了電路語音電路一級以上的噪聲，這樣做是利用不同的語音和噪聲波形附靈敏度和信噪比的要求卻有所提高使麥克風

5、的設計產(chǎn)生影響，提高ECM信噪比8-10。研究目標本設計系統(tǒng)是專門針對教師的課堂教學，精簡了專業(yè)無線話筒的功能，給出一套數(shù)字式低功耗、低成本、高保真、抗干擾力強的無線音頻傳輸系統(tǒng)的設計方案，使其在價格、品質(zhì)上有很大的優(yōu)勢。具體研究目標包括以下兩點：(1)分析目前無線語音放大器系統(tǒng)的基本技術(shù)以及各種設計方案，并以此為基礎提出自己的無線語音放大器系統(tǒng)初步方案。研究基于單片機控制的，以nRF2401射頻芯片為核心的音頻傳輸系統(tǒng)的硬件、軟件構(gòu)成及其實現(xiàn)。(2)確定無線語音放大器系統(tǒng)的總體設計，包括教室無線語音系統(tǒng)以及系統(tǒng)應擁有的各項功能。本設計除了有無線語音系統(tǒng)的功能，還要增加單工無線語音放大器。三、

6、擬采用的技術(shù)方案及措施（1）硬件部分目前的語音放大系統(tǒng)大致有三種方案可供選擇，具體方案如下:方案一：利用專業(yè)芯片，其失真和共模抑制比都非常理想。此方案硬件電路簡單，但成本較高，不適合大規(guī)模推廣使用。方案二：利用模擬信號電路，用分立元件搭建功率放大器，無非就是三極管和場效應管，實現(xiàn)電流的放大，但是會出現(xiàn)較大的噪聲，交越失真也比較大，共模抑制比也比較低，電路復雜。方案三：基于單片機控制，采用集成運算放大器和功率放大器，大量采用數(shù)字化處理技術(shù)。這些集成芯片噪聲、失真和共模抑制比都比較理想，抗干擾強，成本低，適合語音放大。因此本設計采用方案三，確定無線語音放大器系統(tǒng)的總體設計、單片機控制nRF2401

7、發(fā)射機和接收機的硬件設計并進行軟件系統(tǒng)的設計。本設計聲音通過麥克風輸入前置放大電路進行一次放大后輸入二階有源帶通濾波器。對通頻帶65Hz-1100Hz以外的信號進行濾波以消除雜音，再經(jīng)過單片機控制無線發(fā)射模塊傳遞到無線接收模塊，最后將經(jīng)過放大和濾波的信號輸入功率放大電路進行功率放大后將聲音通過揚聲器輸出。話筒送來的直流或低頻信號經(jīng)放大后多用單端輸出，在典型情況下，有用信號的最大幅度可能僅有若干毫伏，而共模噪聲可能高到幾伏，故放大器輸入漂移和噪聲以及放大器本身的共模抑制特性等因素對于總的精度至關(guān)重要。因此前置放大電路應是一個高輸入阻抗、高共模抑制比、低漂移的小信號放大電路。濾波器是一種選頻電路，

8、它是一種能使有用頻率信號通過，而同時抑制或衰減無用頻率信號的裝置。功率放大器的主要作用是向負載提供功率，要求輸出功率盡可能大，轉(zhuǎn)換效率盡可能高，非線性失真盡可能小?；谝陨戏治?，系統(tǒng)總體框圖如圖1所示：圖1系統(tǒng)總體框圖如圖1所示，無線語音放大系統(tǒng)由發(fā)射電路和接收電路組成。發(fā)射電路主要完成信號采集與轉(zhuǎn)換、放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換和信號發(fā)射接收電路主要完成信號接收、D/A轉(zhuǎn)換和功率放大。軟件部分單片機必須通過軟件對各種資源進行管理和使用。本設計的軟件設計分為兩個部分，即發(fā)射部分和接收部分。發(fā)射部分完成AD轉(zhuǎn)換和發(fā)射數(shù)字信號，接收部分完成數(shù)字信號接收和D/A轉(zhuǎn)換。無線收發(fā)芯片均采用nRF2401，一塊

9、作發(fā)射芯片， 一塊作接收芯片。首先芯片初始化，兩個模塊都選通道1。 nRF2401收發(fā)模式為Shock BurstTM模式，在這種模式下發(fā)送數(shù)據(jù)時，MCU只需將經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送入nRF2401片內(nèi)的堆棧區(qū)，nRF2401會自動加上字頭和CRC校驗碼，然后高速發(fā)射；而接收數(shù)據(jù)時，nRF2401也會自動處理掉字頭和CRC校驗碼，將有效數(shù)據(jù)輸出給MCU。也就是說與發(fā)送和接收有關(guān)的所有通信協(xié)議的處理均由nRF2401的片內(nèi)硬件自動完成，無需MCU干涉，而單片機的控制程序主要是對nRF2401進行配置，在nRF2401被配置完成之后，MCU就可以把它當作1種具有獨立IO口和寄存器的外設使用，從而實現(xiàn)通

10、信數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。軟件部分總體流程圖如圖2所示。圖2 整體流程圖如圖2所示，系統(tǒng)啟動進入初始化狀態(tài)，隨后進行A/D轉(zhuǎn)換，將經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送入nRF2401芯片，轉(zhuǎn)換完成后進行發(fā)射。接收模塊接收到信號后進行判斷，當斷定接收完成時，進行D/A轉(zhuǎn)換，數(shù)字量轉(zhuǎn)化成模擬量，再經(jīng)放大電路進行信號放大，傳輸至揚聲器，完成語音的無線傳輸及放大。進 度 安 排時間任務階段名稱及詳細項目2022.1-2022.2完成相關(guān)電路設計2022.2-2022.3完成硬件電路制作2022.3-2022.4 MERGEFIELD rep_j_ktbg8 * MERGEFORMAT 完成編程及硬件電路調(diào)試 MERGEFIE

11、LD rep_j_ktbg9 * MERGEFORMAT 2022.4-2022.5整理相關(guān)成果形成論文參考文獻1 黃卡瑪，劉長軍. 射頻通訊電路設計M. 北京:科學出版社，2005.2 喻金錢，喻斌. 短距離無線通訊詳解:基于單片機控制M. 北京: 北京航空航天大學出版社，2009.3 樊昌信等著. 通信原理M. 第四版.北京:國防工業(yè)出版社，1995.4 劉斌,楊延寧,李小敏. 無線語音放大系統(tǒng)的設計J. 電子世界,2017(20):137-138.5 孔謀夫. 授課用無線語音放大系統(tǒng)的制作J. 電子制作, 2006(1):2.6 程玻. 無線話筒的選擇與使用J. 電子世界2002:08.7 王東紅. 會議室話筒的選擇與使用J. 音響技術(shù), 2011:01.8 劉斌, 楊延寧, 李小敏. 無線語音放大系統(tǒng)的設計J. 電子世界, 2017(20):2.9 夏偉偉. 基于無線語音識別的工作臺控制系統(tǒng)D. 江蘇科技大學, 2016.10 黃智偉, 李圣, 劉宏,等. 語音/文字短信無線