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1、目 录摘 要随着数字技术的发展，尤其是计算机技术在控制领域中的广泛应用，使得用数字电路处理模拟信号更加广泛。论文通过对音频信号的处理，转化为数字信号控制LED的显示电路，用立体声左右声道的音频信号控制LED在垂直与水平位置上显示，使LED发光阵列随音乐节奏发光。整个电路由两个十进制计数/分频器CD4017、点阵式LED显示器和运算放大器等组成。关键词：音频信号，计数/分频器CD4017，点阵式LED显示器Title: Audio dynamic sonic application circuit Applicant: Nan Fei （07010255）Speciality: Electric
2、al Engineering and AutomationABSTRACTWith the development of digital technology, especially in the field of computer technology in control, makes widely used in digital circuit processing analog signals more extensive. Paper on audio signal processing, into digital signal control LED display circuit
3、, the vocal about in stereo audio signal control LED in vertical and horizontal position shows, make LED with music rhythm glow. Array The whole circuit consists of two decimal count/points CD4017, dot-matrix frequency of an LED monitor and operational amplifier etc. KEY WORDS: Audio signals, Count/
4、points CD4017, Dot-matrix frequency of an LED monitor 目 录第1章 绪论11.1音频动态声控应用电路的设计目的和意义11.2课题研究的主要内容1第2章 音频动态声控应用电路硬件介绍32.1 音频信号32.2 LED显示器42.2.1 LED显示器简介及工作原理42.2.2点阵式LED显示器的工作原理及电路62.3计数/分频器CD4017的简介72.4运算放大器102.4.1 运放的分类及特点102.4.2 运放的主要参数12第3章 音频动态声控应用电路的设计173.1音频动态电路的组成173.2音频动态声控电路的介绍及工作原理17第4章 电
5、路的调试与实验结果194.1 电路的调试194.2 实验结果及分析19第5章 结论与展望21致 谢23参考文献25第1章 绪论第1章 绪论1.1音频动态声控应用电路的设计目的和意义音频信号是（Audio）带有语音、音乐和音效的有规律的声波的频率、幅度变化信息载体。 根据声波的特征，可把音频信息分类为规则音频和不规则声音。其中规则音频又可以分为语音、音乐和音效。音频是多媒体中的一种重要媒体。我们能够听见的音频信号的频率范围大约是20Hz-2OkHz，其中语音大约分布在300Hz-4kHz之内，而音乐和其他自然声响是全范围分布的。声音经过模拟设备记录或再生，成为模拟音频，再经数字化成为数字音频。音
6、频信号的处理在语音、声纳、地震、通信系统、机械振动、遥感预测、故障诊断等众多领域都得到广泛应用。对音频信号的处理时主要应用数字信号处理技术，灵活方便的实现复杂信号的处理任务，达到高精度、高稳定性和高机动性。目前，信号处理技术、通信技术和多媒体技术的迅猛发展都得益于 DSP 技术的广泛应用。但是对于便携式和家用的语音系统而言，基于一般的 DSP 芯片的设计方案并不理想。首先 DSP 的芯片成本以及开发成本在现阶段仍然是比较高的，尤其是芯片成本，远远不及大批量 ASIC 芯片成本之低。其次便携式的设备对体积要求十分苛刻，限制了一部分 DSP 芯片的使用，而体积正是 ASIC 芯片的优点之一。 1）
7、数字信号处理大都采用 DSP 与 FPGA 现在方兴未艾的移动通信许多关键技术:CDMA 技术，软件无线电，多用户检测等技术都依靠高性能的 DSP 与 FPGA 来实现。第三代数字蜂窝通信系统和其它方兴为艾的高性能通信系统如宽带通信、MPEG-4 和视频点播等的快速发展对 DSPFPGA 提出了许多新的要求。随着超大规模集成电路技术的发展芯片做得越来越小，制造线宽越来越窄，集成的晶体管越来越多，时钟频率越来越高。 软件无线电技术的发展和实用取决于高速集成电路，如 DSP 与 FPGA、模/数、数/模的技术发展情况。2）我国 FPGA 技术和产品的研究开发相对国外落后 我国在 DSP 技术和产品
8、的研究开发成绩斐然，我国 DSP 技术起步较早，基本上与国外同步发展，而在 FPGA 方面的起步较晚。全国有 100 来所高等院校从事 DSP 与 FPGA 的教学和科研，除了一部分 DSP 芯片需要从国外进口外，在信号处理理论和算法方面，与国外处于同等水平。而在 FPGA 信号处理和系统方面，有了喜人的进展，正在进行与世界先进国家同样的研究。1.2课题研究的主要内容本次课题研究内容就是应用A/D转换方式，把模拟信号处理成数字信号，然后把数字信号通过点阵式LED显示出来。先对用放大电路对音频信号处理，再通过计数/分频器CD4017对模拟信号进行转换，最后产生高低电平激发对相应的LED点阵显示器
9、，来形成音频动态声控电路的设计。第2章 音频动态声控应用电路硬件介绍23第3章 音频动态声控应用电路的设计第2章 音频动态声控应用电路硬件介绍2.1 音频信号1 ）数字音频信号的采集音频信号是模拟信号，是通过麦克风捕获到的变成为一定电平的信号。它是时间的连续函数。我们知道这个信号振幅就是音量，频率就是音调。一般来说人耳可感受的正弦波的范围是从20 Hz 的低频声音到20 000 Hz 的高频声。把这样的模拟信号转变成计算机以及网络能够接受的数字信号的第1 步是对模拟信号进行采样，使其成为时间的离散函数（此为固定周期）。为了以后恢复模拟信号的原貌，采样频率应该不低于模拟信号最高频率的两倍。第2步
10、就是对采样来的离散信号进行编码即所谓的脉冲编码调制（pulse code modulation，PCM），也就是用二进制码来表示每个离散信号的幅度。硬件实现上主要是由采样保持器和模数转换器来完成的，即构成一个音频输入设备。2 )音频数据压缩采集来的音频数据有着相当巨大的数据量，如果不经过压缩，保存它们需要大量的存贮空间，传输起来也比较困难，很自然，人们想到了压缩。可以说，这一环节在数字音频技术中占有特别重要的地位。目前常用的压缩方法有很多种，不同的方法具有不同的压缩比和还原音质。编码的格式和算法也各不相同，其中某些压缩算法相当复杂，普通程序不可能去实现其编解码算法。值得庆幸的是，Windows
11、 为数字音频技术提供了这方面的支持，引入了音频压缩管理器（audio compression manager，ACM），它是负责管理系统中所有数字音频的编解码器（coder decoder，CODEC）。我们可以通过ACM提供的编程接口调用这些系统中现成的编解码器来实现音频数据的压缩和解压缩。3) 常见音频信号常见的音频信号主要有电话音频信号、调频、调幅无线电广播音频信号和高保真数字的立体声音频信号。由于用途不同，这些音频信号频带宽度也各不相同，而且，在音响设备中，通常以音频信号的带宽来衡量声音的质量。图4-4中表示了这4种常见音频信号的带宽。4）音频信号的获取音频信号的获取框图如图2-1所示
12、。 2-1音频信号的获取框图 5) 音频信号的处理不管多媒体信息是音频信号还是视频信号，其数据量都是十分巨大的。如果像图2-1所示的那样，经A/D转换的数字化音频信号直接进入计算机进行存储(记录)或进行传送，是不可取的。6) 音频信号的回放经压缩的音频信号以一定的格式记录在有关的媒体上，例如，磁带、磁盘及光盘等，或者以一定的格式传送到接收端。在音频信号接收端或由媒体回放音频信号时，首先由专用的硬件或软件对压缩数据进行解压缩，恢复音频数字信号，然后，经由图2-2所示的电路框图对音频信号进行放音。 图2-2对音频信号进行放音框图2.2 LED显示器2.2.1 LED显示器简介及工作原理1）LED
13、显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。由于它具有发光率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点，自20世纪80年代后期开始，随着LED制造技术的不断完善，在国外得到了广泛的应用。在我国改革开放之后，特别是进入90年代国民经济高速增长，对公众场合发布信息的需求日益强烈，LED显示屏的出现正好适应了这 一市场形势，因而在LED显示屏的设计制造技术与应用水平上都得到了迅速的提高。LED显示屏经历了从单色、双色图文显示屏，到图象显示屏，一直到今天的全彩色视频显示屏的发展过程。无论在期间的性能（提高亮度LED显示器及蓝色 发光灯等）和系统的组成（计算机化
14、的全动态显示系统）等方面都取得了长足的 进步。目前已经达到的超高亮度全彩色视频显示的水平，可以说能够满足各种应用条件的要求。其应用领域已经遍及交通、证券、电信、广告、宣传等各个方面。我国LED显示屏的发展可以说基本上与世界水平同步，至今已经形成了一个具有相当发展潜力的产业。2）led电子显示屏工作原理（1）LED电子显示屏系统组成 本系统由计算机专用设备、显示屏幕、视频输入端口和系统软件等组成。 计算机及专用设备：计算机及专用设备直接决定了系统的功能，可根据用户对系统的不同要求选择不同的类型。 显示屏幕：显示屏的控制电路接收来自计算机的显示信号，驱动LED发光产生画面，并通过增加功放、音箱输出
15、声音。 视频输入端口：提供视频输入端口，信号源可以是录像机、影碟机、摄像机等，支持NTSC、PAL、S_Video等多种制式。 系统软件：提供LED播放专用软件，powerpoint或ES98视频播放软件。 系统原理图如下：（2）LED电子显示屏系统功能 该系统具备如下功能： 以计算机为处理控制中心，电子屏幕与电脑显示器(VGA)窗口某一区域逐点对应，显示内容实时同步，屏幕映射位置可调，可方便随意地选择显示画面的大小。 显示点阵采用超高亮度 LED发光管(红、绿双基色)，256级灰度，颜色变化组合65536种，色彩丰富逼真，并支持VGA 24位真彩色显示模式。配备图文信息及三维动画播放软件，可播放高质量的图文信息及三维动画。播放软件显示信息的方式有覆盖、合拢、开帘、色彩交替、放大缩小等十多种形式。使用专用节目编辑播放软件,可通过键盘,鼠标、扫描仪等不同的输入手段编辑、增加、删除和修改文字、图形、图像等信息。编排存于控制主机或服务器硬盘,节目播放顺序与时间,实现一体化交替播放,并可相互叠加。可以接
