音频信号幅度频率指示器

摘要:本系统采用OP07构成输入放大电路，对输入或采样的音频信号进行放大，放大倍数可调，放大后的音频信号经10频段音频带通滤波器在50Hz~10KHz内进行分频，各频段所得信号经放大后独立控制一组10LED灯，以每频段灯亮的数目来表示该频段信号的强弱。经测试，该系统10频段分频准确，所控制LED灯亮数目和亮度符合设计要求。

关键词:音频带通滤波 LM3915

Abstract:The system USES the OP07 constitute input amplifier circuit, Input or sampling audio signal amplifier, Magnification adjustable, Enlarge the audio signal after by 10 band audio tapes Filter 10KHz within in 50Hz ~ separate frequency, Each frequency band income signal after enlargement independent control a group of 10 LED lamp, The number of each frequency band with lights to represent the frequency signal intensity. By test, this system frequency accurately, 10 frequency points Control LED light number and brightness comply with the design requirements. Key words:audio frequency Band-pass filter LM3915

目录

1．系统方案设计 (1)

1.1方案论证与比较 (1)

1.2总体方案 (1)

2．电路设计与参数计算 (1)

2.1输入电路 (1)

2.2带通滤波器 (2)

2.3 LED控制单元 (3)

3．系统调试与结果测试 (4)

3.1输入信号测试 (4)

3.2滤波单元测试 (4)

3.3 LED控制单元测试 (5)

3.4系统测试 (5)

4．结论 (6)

参考资料 (6)

1．系统方案设计

1.1方案论证与比较

测量音乐信号频率掩护幅度的方法有很多，但都存在一定的优缺点。往往显得美中不足。有的使用单片机作为核心，用点阵模块显示；有的采用三极管与发光二极管结合的方法，通过放大不同幅度与频率的电压来驱动显示。

方案一：基于MSP430F1161单片机的音频信号测试

被测信号首先通过8阶有源巴特沃兹滤波器进行抗混叠处理，然后通过放大衰减，电平搬移缓冲网络后，送单片机处理。

该系统需要用到2片MSP430F1611单片机，一片负责对模拟信号进行采样，并对采集得到的信号进行4096点的FFT计算，另一片负责控制显示设备以及完成对信号的频率和幅度。

因为输入信号最高为10 kHz，而有源巴特沃兹滤波器中心频率较高，过采样率较低，故对滤波器的要求就比较高。

由于输入音频信号的幅度可能会较大，可能达到10 V峰峰值，MSP430F1611单片机片内AD采集信号范围为0～2．51 V，故需将信号进行压缩。信号经压缩后可能会失真，整个过程相对比较繁琐。

方案二：采用0P07双重组合构成带通滤波电路，该电路由十个部分，每一路都输出相应的一组频率与电压幅度值。该电路不仅可以放大信号，更重要的是它能将信号分成10个不同的频率段，这样就有十个等级来显示音乐信号的频率，经放大的幅度值就用来驱动后续的发光二极管模块，这些二极管根据输出幅度的不同可以显示不同的亮度，再加上AT89S52单片机的控制，使得频率的区分更加明显，这样就不容易相互干扰，使显示层次分明，效果很不错。

综合考虑，我们选择方案二。

1.2总体方案

本系统主要由三个模块组成，分别为输入模块，分频滤波模块，控制显示模块。输入模块为整个系统提供稳定幅度范围的信号源，接收外界音频信号，放大，在把信号输给下一级。分频滤波模块把信号分成十个频段，分十路输出，并对信号进行放大，以符合后续驱动电压要求，驱动后面的显示电路，以此来显示音频各频率强度的变化。控制显示模块主要对前级的信号进行显示，以发光的个数来区别信号的各频段的幅度值。并且在此基础上加入LED指示灯，以该指示灯的亮度来表示输入信号的整体强度。

2．电路设计与参数计算

2．1输入电路

音频信号的输入方式有三种，第一种采用信号发生器输入，第二种使用麦克风输入，第三种可以用MP3等播放器直接输入。由于采用多方式的输入，既给试验带来方便，又可以避免某些突发情况。

系统的输入模块包括由OP07构成的电压放大电路，根据信号输入的不同，可以调节放大倍数，以符合后续电路的要求

2.2带通滤波器

由带通滤波器构成的分频电路是整个系统的核心，由输入电路传来的信号经过它的分频，变成十个频段的信号，再由这些信号驱动后续显示模块。

通滤波器是设计系统的关键所在，其性能直接决定系统的设计结果。在此通过OP07运放构成带通滤波器。带通滤波器的设计要求时，当输入信号达到滤波器的中心频率时，可以最大限度的放大，而其它频率的信号幅值均要受到衰减或抑制。

设计时根据国际半导体列出过音频阈的10频段的带通滤波器频段划分（32、64、125、250、500、1000、2000、4000、8000和16000(Hz)）作为系统设计10频段划分的依据，因设计要求音乐信号频率在50Hz —10KHz 的范围内，因此系统划分为（60，145，250，600，1000，2200，3300，5000，7000，10000（Hz ））。设计采用反馈式带通滤波器，其单个原理图1如下：

图1反馈式带通滤波器

二阶带通滤波器的设计表其性能参数有：中心频率o f ，对应的增益A ，带宽H L BW f f =-，品质因0Q f Q =，Q 值越高，滤波器的选择性越好，衰减速率越高，但Q 值也不能太高，否则会使电路难以调整，一般取10Q ≤较好。 题目的基本要求频率高低等级不少于6个，但为了更好的显示效果，在此采用十个频段等级，每个频段均采用二阶带通滤波器，是的输出更加精确。

根据电路图1所示，设定Q ，A ，C ，计算各电路参数

02a Q

R f AC

π=

()

2

022b Q

R f C Q A π=

- (1) 0c Q

R f C

π=