变声器的毕业设计

1、 毕业设计变声器的设计与实现学生姓名： 学号： 系 部： 专 业： 指导教师： 2015年6月诚信声明本人郑重申明：所呈交的毕业论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本人签名： 年 月 日语龄变换麦克风的设计与实现摘 要变声器从总的方面分为硬件变声器和软件变声器。变声器的原理都是通过改变输入声音的基本频率，进而改变声音的音色和音调，使输出的声音在感官上与原来有很大的差异。实质就是对语

2、音信号进行基频和共振峰频率的变化。本设计通过介绍基于WIN8072变声芯片的硬件变声系统，对系统各部分功能模块的工作原理进行了详细介绍和硬件的设计。芯片内部有自带的A/D、D/A转换功能和声音频率改变功能。使用驻极体麦克风对语音信号进行采集，利用芯片对语音信号进行模数转换，使声音频率发生改变，然后又进行数模转换使信号输出。将改变的信号搭配使用LM386的音频功率放大电路，对语音信号进行放大处理，最终通过电动式扬声器输出变声后的声音。经过检测发现本设计基本实现了变声功能，达到了预期的效果。关键字： 变声芯片，声音频率，LM386，音频功率放大The Design and Implementati

3、on of a Language Age Shift Microphone AbstractVoice changer in general can be divided into hardware and software. The principle of voice changer is by changing the fundamental frequency of the voice input, and then change the sound timbre and tone, enable the voice output in sensory and had great di

4、fference. The essence is the change of the fundamental frequency and the fundamental frequency of the speech signal.Through the design of the hardware voice system based on WIN8072 voice chip and working principle of each part of the function modules of the system were introduced in detail and the h

5、ardware design. The chip has its own A/D, D/A conversion function and sound frequency change function. The speech signal is acquired by using the microphone in the polar body, and the signal is converted by the chip to the speech signal, and the sound frequency is changed, and then the signal output

6、 is converted to a digital mode. Using LM386 audio power amplifying circuit of the signal will change the match, on speech signal for amplification processing, finally through the electric loudspeaker output voice after voice. After tests found the design basically achieved the voice function, achie

7、ve the expected effect.Key words: Voice chip，Voice frequency，LM386，Audio power amplifier目 录第1章 绪 论11.1 课题意义与背景11.2 国内外研究现状1 国内外语音变换研究现状1 语音处理存在的问题与缺陷31.2.3 本文主要研究的内容4第2章 变声器的原理介绍52.1 变声的基本原理52.2 变声器的基本原理62.3 变声器的类别和功能7第3章 变声器各部分功能模块83.1 语音信号的采集83.1.1 驻极体话筒的构造及原理83.1.2 驻极体话筒主要的参数指标93.2 模数转换（A/D）和数模转换

8、（D/A）103.2.1 模数转换（A/D）103.2.2 数模转换（D/A）113.3 SRAM（静态随机存取存储器）11 SRAM主要规格11 SRAM基本特点和用途12 SRAM结构原理123.4 电动式扬声器123.4.1 电动式扬声器结构123.4.2 电动式扬声器各部分介绍13第4章 音频功率放大器LM386154.1 LM386具体描述154.2 LM386特性154.3 LM386详细介绍164.3.1 LM386内部电路164.3.2 LM 386的引脚特点17第5章 基于WIN8072的变声系统设计185.1 变音ICWIN8072的具体描述185.2 WIN8072特征1

9、85.2.1 电气特征185.2.2 脚位描述195.2.3 典型的应用电路195.3 变声器硬件的实现19第6章 总 结23参考文献24致 谢26第1章 绪 论1.1 课题意义与背景对语音信号进行一些变换使之能够产生性别变化的特效，比如在男声、女声、老年人声和童声之间相互变换，最后达到伪装的效果。语音转换技术的飞速发展对我们的生活产生了极大的意义，有着非常广泛的使用价值，能够产生很大的经济效益，具体有以下几个方面:(1) 声音恢复。比如在医学的领域，有些因为声带受损的病人发音不清楚，如果利用声音变换技术那就可以修复声音，对声音信号进行加强和修复，使声音信号能够清楚的被人所接收，在人与人之间的

10、交流中起了很大的作用。还有就是对一些缺损的音频进行恢复，使之能够最大化的发挥其的研究价值。(2) 多媒体的应用。比如在电影的配音中，工作人员要给不同角色反复配音，这样会产生巨大的工作量。可是在使用语音转换技术以后就会大大减少工作量，节省时间和成本。在日常的生活中，语音变换还能应用到玩具中，给玩具增加语音变换功能，让大人的声音能变换成小孩的声音，反之小孩也能发出大人的声音,增加了无穷的乐趣。另外，在网络游戏中可以让玩家自己录制声音，运用转换技术进行改变，使得玩家的游戏角色能够发出玩家自己的声音，这会大大增加玩家的游戏兴趣，能够产生身临其境的感觉，对游戏的推广有巨大的作用。(3) 声音的伪装。在公

11、安系统中，有时发布信息为了保护说话人的个人隐私，可以使用语音转换技术对说话人的声音进行改变后再发布;相反的是，公安机关如果截获犯罪嫌疑人经过伪装后的声音，可以使用声音恢复技术对声音进行还原，获得有利信息可以大大加快破案速度。总的来说，语音转换技术在不断地飞速发展，极大的满足人们在各行各业的需求 。说到底，语音转换技术是对语音的识别、合成的延伸和发展，在语音技术领域有着极其重要的地位。我相信在不久的将来语音转换技术对人们的生活做出更大的贡献，各种各样的语音产品将会不断产生，走进寻常老百姓的家中，为老百姓的生活增添无穷的乐趣1。 1.2 国内外研究现状 1.2.1国内外语音变换研究现状语音变换的实

12、质就是对语音信号进行转换，使语音信号发生类似性别改变的特效，使人的声音能够在小孩、老人、男人和女人声音之间随意转换，让听到声音的人分辨不出说话人的年龄。语音变换技术在软件娱乐领域有着非常大的前景和市场，现在已经开发出许多优秀的变声软件。就目前所知道的比较有名的商用软件AVVCS、Vodi、开源软件SoundTouch和国际知名的语音软件Praat都具有变声功能。就目前许多大的通信运营商都有把目光投向变声这一功能业务，设计好变声模块让人说话时可以选择转换声音，受到人们的强烈欢迎。还有各式各样的变声软件被开发出来，不断地完善变声缺陷。表1.1是各种变声系统的比较。通常来讲，比较受大家认可的是Pra

13、at，这是一个相对来说比较能更好实现变声的系统。可现如今所有的变声系统都有缺陷，Praat也不例外。首先是它的基频检测模块比较复杂，导致后台程序运行检测语音将会花费大量的时间，造成更大的语音延迟。经过检测发现它的延时一般都是几百毫秒级别的，这就造成了实时语音的困扰。其次，因为延时比较大就造成了这个系统是基于离线的，如果说要想让这个系统能够实时，并且能够长期和稳定那将会非常的困难2。除了Praat以外，其他变声产品或变声系统如AVVCS等，都是基于类似相位声码器的基频移动，然后再附加后端均衡器调制的原理实现的。还有一些系统比说如SoundTouch等，是通过WSOLA变速和重采样变调实现的，这两

14、个方法相对比之下还是比较接近的。这两个方法相对于Praat，优点是经过系统处理后能后获得长期稳定的变声语音，缺点是生成的变声语音不是很真实，并且带有卡通化的感觉。还有就是Vodi，它的原理与Praat较为接近。并且在22050赫兹的采样频率下，实现声音的实时转换效果是比较良好的，但是运行时所占用的CPU却十分高。表1.1 各种变声系统的比较原理实时性变声效果语音质量PraatPSOLA离线好，真实、自然好SoundTouchWSOLA实时较好，有一点 卡通化好AVVCS基频移动和后端均衡处理实时较好，有一点 卡通化好VoDiPSOLA实时好，真实、自然好1.2.2语音处理存在的问题与缺陷

15、60;在对语音的处理过程中，基本上都是对语音的音调、音色、频率和语音信号强度的处理，所以问题一般就出现在这几个基本参数上面。对声音的处理大体上有几个主要方向，比如说声音的复原、声音的变声处理、声音的压缩和扩展。首先对声音的复原是指音频文件损坏以后，对音频文件中的损坏部分进行修复，使声音能够被清楚地播放出来，解决语音信号的模糊与失真。声音的变声处理是使语音信号发生改变如对基频和共振峰进行改变，能够使人的声音在男女声之间随意转换。声音的压缩和扩展就是实现声音的快慢放，改变人说话的语速，这样就会使原文件的时长与改变过后文件的时长不一样3。(1) 信道处理缺陷如今好多的音频管理系统，使用的都是节省的管

16、理方式，比如说一个模块数据包能包含许多数据，不可能为一个音频使用单独的列阵，它们是相互交叉和错杂分布的。总的来说，这对语音设备的识别和管理提供了很大的方便，所以这种模式的使用非常普遍。但是这样又会造成问题，因为相互交叉的通道格式，使得数据不能方便的获取和使用，因为数据必须要排列和重新排列。在这种情况下，就必须要有一个专门的数据组传递储存数据，这就是现在最通用的方式。总的来说，声音的处理方式都是大体相同的。可是现实生活中许多因素都是不可避免的，比如说设备的好坏、编写程序的限制、音频的格式等等，最后造成声音处理的缺陷。(2) 声音失真缺陷在声音的录制与播放还有处理中，声音就会不可避免的失真。声音的

17、失真是指声音的音色、音调发生改变，播放以后的声音没有达到预期的效果。声音的失真在声音的处理中是最常见而且不可避免的，根据实验证明，最容易产生问题的地方是音频时长的压缩和扩展。在音频压缩和扩展的过程中，所用到的主流方法是对于帧频的删除和复制，这样一来就会大大增加数据关键帧的丢失和音频噪声的扩大。在声音的录制方面，声音的失真一般都是由于设备的简陋与不完善造成的，设备在接收到声音时就已经发生改变，和原本的声音有了很大的不同。处理声音的丢失，一般是指在处理的过程中，程序有着缺陷，运行以后就会造成其中部分声音的消失。就比如说声音在处理时，程序运行到某个部分，由于程序出错没有读取语音文件或者在存储语音文件

18、时没有存储成功等等。这些不可避免的因素都会造成声音的失真。(3) 声音处理效率缺陷声音的处理效率，是声音处理领域上要解决的一大难题。声音的变换处理从声音的输入，经过声音的处理到再输出的这一整段过程中会花费至少好几秒的时间，如果是声音的实时转换将会造成非常大的局限。声音对于基频和共振峰的处理，所花费的时长基本是一致的，能够改变时长的是在声音的压缩和扩展方面。在声音处理这里主要有两个问题。首先，在声音的单信道和双信道的环境下处理声音将会花费很长的时间。其次如果音频文件越大，那处理的时长就会越长，处理的效率就会大大降低。根据实验结果，在选择音频处理方式的时候，根据时长选择不同的处理方式。当音频时间很

19、短大概几秒到几十秒的时候，就能选择单信道处理方式；如果音频时间很长超过一分钟，那就选择双信道处理方式。按这样的划分选择相应的处理方式就会大大节省时间4。 本文主要研究的内容在本设计中，主要研究变声器各个模块的功能，弄清每个模块的原理知识。我决定使用专门的变声芯片来实现语音的变换功能。了解芯片的设计范畴，及其中每个部分所能起到的作用。设计要用到的变声芯片WIN8072是一种具有变音效果的集成电路 ,其中内置存储器的设计，可以直接对语音信号进行储存。还有内置音频编码器的设计，可以随意转换说话人的语速，可以把人的语速转换成正常和非正常的速率。即它是把说话人的正常声音通过采样频率的不同，把用语音信号转

20、变过来的数字信号进行变化，输出不同的声音。变音芯片通过内置声音放大器来稍微扩大音量，而且设计拥有减少噪音的功能来降低电路中产生的噪音。最后设计出电路，制作PCB板，进行焊接做出变声器硬件电路，运用变声器实现变声效果。第2章 变声器的原理介绍2.1变声的基本原理语音科学家们通过研究总结把人类的发声过程比作一个由肺部呼出的气体经过以喉部、嘴巴、鼻子组成的滤波器作用后生成。人类的语音可以分为有声语音和无声语音。有声语音是气流在经过肺部出来后，通过喉部，经过声带的震动，同时鼻腔提供共鸣腔，经过调制后发出不同的声音。这就是人类发声的基础，其中声带的震动频率称之为基频。无声语音是指声带不发生震动，并没有发

21、出声音。通常人说话的基频跟人的性别有着很大的关系，通过下面的表2.1我们就可以看出。还有决定人说话的另外一个重要参数就是共振峰频率的分布。从表中我们可以看出男性的共振峰频率最低，然后是女性，分布较高的是儿童。共振峰频率是由声道的长短所决定的，声道越短，共振峰频率却越高5。表2. 1 男声、女声和童声基频、共振峰频率关系表人群基频分布Hz共振峰频率分布男声50, 180偏低女声160, 380中童声400, 1000偏高由上表可知，在进行语音性别转换的时候，主要改变的两个参数是基频和共振峰频率。这两者之间是相互变换的，当基频发生变化时共振峰频率也随之改变。当基频变大，同时也增加共振峰频率，男生的

22、声音就可以变成女生的声音，女生的声音就可以变成儿童的声音。反过来，如果基频减小，共振峰频率也同时减小，这样儿童的声音就可以转变成女人的声音，女人的声音就可以转变成男人的声音。但是为了能够得到良好的变声效果，就必须把基频和共振峰频率分开各自来变换如图2.1中所示。当把基频和共振峰频率分开变化的时候，就要保证两者之间互不相关。共振峰频率变化的时候，是通过重采样来实现的。可是我们通过了解重采样就可以知道重采样会使声音的基频发生改变。所以使基频发生改变的时候就必须消除重采样带来的影响，在理论方面只要能够准确的改变基频，就可以使基频和共振峰频率之间相互独立的变化。最后要介绍的是一个有名的算法叫基音同步叠

23、接相加算法（PSOLA），这个算法主要是为了实现语速和语调的联合改变。因为语速和语调的改变完全是相互独立的两个过程，它们的参数互不相同，而这个算法就能够一块实现变化。算法PSOLA是语音改变技术领域的重大突破，它既能够实现语音的时长扩大和缩小，又能够改变基频，最后得到想要的声音文件。基音同步叠接相加算法的主要思想是在基频周期级别精度上进行波形交叠拼接。音调改变是通过改变声音的基频周期，一部分一部分的处理改变的。音速的改变，是通过减少声音的帧节来实现压缩，通过复制帧节来实现声音的扩展6。图2.1 基频和共振峰频率分布的变化2.2 变声器的基本原理变声器的基本原理，就是通过改变输入声音的基本频率，

24、以此来改变声音的音色和音调，使输出的声音与原来的声音听起来不一样。平时我们听到的每个人的声音在感官上都不一样，这就是因为声音的音色和音调不一样。比如我们日常生活中经常听到的男高音、女高音，就是指声音的音调。关于音色的不同，就是指我们能区分开不同人的声音，再通俗点就像区分不同种乐器的声音。变声器就是借助对声音的音色和音调进行改变，实现变声的功能。也就是把基频和共振峰一起改变。当把基频和共振峰频率分开变化的时候，就要保证两者之间互不相关。共振峰频率变化的时候，是通过重采样来实现的。可是我们通过了解重采样就可以知道重采样会使声音的基频发生改变。所以使基频发生改变的时候就必须消除重采样带来的影响，在理

25、论方面只要能够准确的改变基频，就可以使基频和共振峰频率之间相互独立的变化7。声音经过重采样之后，声音信号的样本数目就会改变。如果按原来的采样频率播放，播放出来的声音就会与原来相比变快或变慢。这样听起来声音的语速会与原来有很大的不同，为了使声音的语速与原来听起来一样就必须要进行变速处理，这说的就是声音的变速不变调8。2.3 变声器的类别和功能变声器可以分为软件变声器和硬件变声器，其变声原理都一样。通常我们大多数时候接触到的都是软件变声器，比如会说话的汤姆猫。通过硬件实现变声的机器就是硬件变声器。软件变声器都是通过编写程序进行变声。两者之间如果要处理专业的语音用到更多的是硬件变声器，因为硬件变声的

26、处理效果比软件要好。软件变声器在娱乐方面应用的比较多。变声器根据功能的分类可分为以下几类:(1) 不限制格式录音: 不限格式录音是指对能够对声音的各种来源进行无限制的录制，并且能够选择性的对需要的声音进行录制。录制的过程中并不需要进行声音的缓存，这样就可以大大减少内存的占用。录制能够直接进行声音的转换，实现变声的效果。最终生成的声音文件在各种格式下都能够使用。(2) 对声音进行多种附加处理: 原本变声系统的主要功能是为了实现声音的变换，那就是对声音进行最基本的变速和变调的处理。可有些系统不光拥有这些处理功能，而且能够附加许多额外的声音效果，这样一来声音附加额外的特效就能输出比较完美的音色。 (

27、3) 声音文件的编辑: 能够对声音文件进行截取功能，只选择其中的一段进行存储。能够改变原来声音的音量大小，能够加强或减弱声音的开始和结束。最后能够使声音文件保存为像MP3等各种各样的格式9。第3章 变声器各部分功能模块3.1 语音信号的采集本设计中对于语音信号的采集使用的是驻极体话筒，俗称咪头。它的外观如图3.1所示。驻极体话筒的价格便宜、声音读入性能良好、结构十分简单，体积就像硬币大小一样携带特别方便。由于它价格便宜、效果良好的特点，能够被非常广泛的应用在小收音机、实验电路等各个场所。因为驻极体话筒的输入和输出的阻抗特别高，所以必须在话筒的外壳内设置场效应管作为阻抗转换器。这样就造成驻极体话

28、筒的工作必须在直流电压下进行。3.1.1 驻极体话筒的构造及原理驻极体麦克风的工作原理是通过声音的传播引发空气的震动，进而引起麦克风中振动膜的震动。振动膜是一片非常薄的塑料薄片，上面粘贴着极薄的纯金薄膜。振动膜与下面的金属片形成一个电阻。发生振动时就会造成上面振动膜与下面金属片的距离发生改变，电容的大小随着距离的改变而变化，形成了交变电压。因为电容非常小，这样就会造成输出阻抗特别高。输出阻抗较高就不能与外接的音频放大器匹配，所以它的结构中还得再接一个三极管来进行对阻抗的变换。图 3.1 驻极体话筒实物图驻极体话筒的基本结构是由驻极体薄膜和有小孔的金属板组成的。驻极体与金属板相对，两者之间有个非

29、常小的空气缝隙。空气缝隙、驻极体组成了绝缘介质，而金属层和有小孔的金属板就是两个电极。两个电极和绝缘介质组成了电容。声音的震动会使驻极体薄膜振动，使得空气缝隙发生改变，最终导致电容发生改变。运用公式Q =CU，C发生改变，而总的电荷量Q没有改变，电压U发生改变。这就实现了声音信号与电信号的转变。系统中电容的量非常小，输出的电信号非常微弱，最终导致系统的输出阻抗特别的大。在这种情况下，咪头就不能与外部的音频功率放大电路相连接。如果接一个阻抗变换器，系统就能正常工作。阻抗变换器是由专门的场效应管和二极管组成的8。以下是驻极体麦克风的各个部分的详细介绍：防尘网：它的主要作用就是防止灰尘对振膜的损坏，

30、从而对咪头起到很好的保护作用，除此之外还可以起到短时间的防水作用。外壳：作为整个咪头的支柱部件，其它部件都封装在外壳之中，作为传声器连接地端点，还可以起到将电磁屏蔽的作用。振膜：是一个将声音信号转换为电信号的主要零件，它是在一个很薄的金属圆环上粘贴薄膜，这些薄膜被紧紧的粘在圆环上，可以在薄膜上充上电荷，因为金属圆环和薄膜相互接触的一边还有一层相当薄的金属层附在其上面，这样就可以组成一个既可以振动也可以改变电容的一个电极板。垫片：为了保证电容两极板之间始终保持一定的距离，所以需要在其之间留有一定的空隙，这样就很容易的改变电容的容量，因为振动的薄膜有一个比较宽阔的空间。背极板：作为电容的另一个电极

31、，被连接到了场效应管的栅极上。 铜环：将极板与场效应管的栅极连接到一起，可以起到很好的支撑作用。腔体：将极板和极环集合在一起，从而可以有效的避免极板和极环与外壳之间发生短路。PCB组件：里面包含有场效应管、电容等器件，其他的器件也可以通过它实现位置的确定。PIN：它是将传声器和PCB有效连接的中间连接体，当一个物体具有这样的引脚时，就可以和PCB焊接到一起了。3.1.2 驻极体话筒主要的参数指标(1) 工作电压（UDS）。这是指驻极体麦克风在工作的时候，所需要两端的直流电压。直流电压的大小没有固定的数值，话筒的型号不一样电压也就不一样。一般我们经常遇到的话筒电压值为1.5V、3V和4.5V这3

32、种。(2) 工作电流（IDS）。这是指驻极体麦克风在工作的时候，所通过的直流电流，本质上就是麦克风内部场效应管的电流。直流电流的大小也没有固定的数值，只有一个大概的范围在0.1mA1mA之间。(3) 最大工作电压（UMDS）。这是指驻极体麦克风内部场效应管所能承受的最大的直流电压，如果超过这个电压，电路就会损坏，而场效应管也会被击穿。(4) 灵敏度。麦克风的灵敏度是指随着声音的改变然后麦克风能够产生的音频信号电压的大小，通常这个大小有一定的范围。 随着麦克风灵敏度的提高，它所能够输出的音频信号的幅度也就是越大。(5) 输出阻抗。麦克风的输出阻抗是指麦克风在一定的输入频率下，输出端所生成的交流阻

33、抗。通过麦克风内部场效应管的阻抗变换，它的输出阻抗一般都是会小于3K。(6) 固有噪声。固有噪声是指麦克风电路经常产生的噪声电压，这是不可避免的。如果麦克风的固有噪声越大，那么电路工作时输出的语音信号产生的噪声就会越大。通常麦克风的固有噪声都很小，一般都是微伏级电压。(7) 指向性。指向性是指麦克风的灵敏度随着声波方向的改变而改变。麦克风的指向性总的来说可以分为三种，包括单向性、双向性和全向性。单向性是指麦克风在正对着声波时，灵敏度较高。双向性是指麦克风在正面和反面对着麦克风的时候，灵敏度最高。同理，全向性是指麦克风对于四面八方的声波灵敏度都是一样。3.2 模数转换（A/D）和数模转换（D/A

34、）信息技术在现代社会生产生活甚至通信检测等邻域都得到了非常广泛的应用，在实际应用中，为了提高信息系统的性能指标，信号的处理都是由计算机进行的，但是生活生产中的信息往往是一些模拟信号，是不能够被计算机识别出来的，因此就需要将这些模拟信号转换成计算机能处理识别的数字信号，这是就需要用到模数转换器也就是A/D转化器；计算机对信号处理完毕后，又需要将这些数字信号转换成人们能够执行处理的模拟信号，这是就需要用到数模也就是D/A转换器。A/D转换器和D/A转换器是信息系统的重要组成部分，模数转换器（简称ADC或A/D转换器）是把模拟信号转换为数字信号，数模转换器（简称DAC或D/A转换器）是把数字信号转换

35、为模拟信号。对于A/D转换器和D/A转换器，转化速度和转换精度是非常重要的技术指标，高的速度和精度能够确保处理结果的正确性和快速性，节省处理时间。随着信息技术的不断发展，A/D和D/A转换器的生产水平和生产工艺越来越高，技术指标也越来越先进10。3.2.1 模数转换（A/D）模数转换，亦称为模拟数字转换，是将连续的模拟量（如象元的灰阶、电压、电流等）通过取样转换成离散的数字量。例如，对图像扫描后，形成象元列阵，把每个象元的亮度转换成相应的数字表示，即经过模/数转换后，构成数字图像。通常有电子式的模/数转换和机电式模/数转换二种。在遥感中常用于图像的传输，存贮以及将图像形式转换成数字形式的处理。

36、例如：图像的数字化等。模数转换的过程：模数转换包括采样、保持、量化和编码四个过程。3.2.2 数模转换（D/A）数模转换器，又称D/A转换器，简称DAC，它是把数字量转变成模拟的器件。D/A转换器基本上由4个部分组成，即权电阻网络、运算放大器、基准电源和模拟开关。模数转换器中一般都要用到数模转换器，模数转换器即A/D转换器，简称ADC，它是把连续的模拟信号转变为离散的数字信号的器件11。D/A转换器由数码寄存器、模拟电子开关电路、解码网络、求和电路及基准电压几部分组成。总之，各种技术和工艺的相互渗透，扬长避短，开发出适合各种应用场合，能满足不同需求的A/D转换器，将是模拟/数字转换技术的未来发

37、展趋势。高速、高精度、低功耗A/D转换器将是今后数据转换器发展的重点。3.3 SRAM（静态随机存取存储器）SRAM，即静态随机存取存储器。从它的名称就可以知道是一种可以静态存取功能的内存，并不需要通过刷新电路来保存数据。SRAM最大的特点就是不需要通过刷新电路来保存数据。而DRAM每次过一段时间都必须要刷新充电，以此来保证数据的存储。所以SRAM的性能比较高，消耗的功率也比较少，同样的它也有缺点。因为结构的原因占用的体积比较大，所以集成度比较低造成成本较大12。3.3.1 SRAM主要规格一种是置于CPU与主存之间的高速缓存，它有两种规格：一种是固定在主板上的高速缓存；另一种是插在卡槽上的C

38、OAST扩充用的高速缓存，另外在CMOS芯片1468l8的电路里，它的内部也有较小容量的128字节SRAM，存储我们所设置的配置数据。3.3.2 SRAM基本特点和用途SRAM基本特点：(1) 优点是工作速度特别快，不需要不断地刷新电路所以效率高。大大节省了工作的时间。(2) 缺点是占用的体积比较大，不便宜，运行时消耗的功率相对来说较大，最重要的是在没有电源的情况下不能够保存系统的数据。一般它的使用地方都是系统重要部位，用来提高系统的工作效率。(3)使用SRAM的地方为CPU与主要存储器之间进行的高速缓存。SRAM主要用途：SRAM一般主要用于二级高速缓存。因为它存储速度较快的性能，还有就是通

39、过晶体管来存储数据。3.3.3 SRAM结构原理SRAM，即静态RAM。一般是由五个部分组成，包括存储单元列阵、地址译码器、灵敏放大器、控制电路和缓冲电路。SRAM是由晶体管组成的，接通的时候是1，断开的时候是0。当SRAM工作时，其内部的晶体管内部会不断的刷新；当它停止工作的时候，信息不会被保存。它的优点是工作速度特别快，缺点是要占用更大的空间。每个SRAM存储单元是由四个左右的晶体管还有其他器件组成13。 3.4 电动式扬声器在如今的电子市场上，运用最多的、最受大家欢迎的就是电动式扬声器，又可以称之为动圈式扬声器。它是通过把电能转换为声能的电子产品。电动式扬声器的原理：其中主要用到的就是法

40、拉第定律，当载体在通过电磁场时，会受到一个电场力的作用，这个力的大小与电流大小、导体长度、磁通密度成正比，力的方向与电流、磁场方向垂直。当电动式扬声器工作时，输入的是交变电流，音圈会做交变运动，带动振动膜震动发出声音。现在市面上比较流行的纸盆式扬声器、锥形扬声器就都是电动式扬声器。扬声器一般都是圆形，所以用扬声器的最大直径来表示扬声器的尺寸。就比如我们通常所说的8英寸的扬声器，就是指它的最大直径是200mm14。3.4.1 电动式扬声器结构锥形扬声器就是现在使用最广泛的扬声器，也可以把它称之为辐射式扬声器，它通过呈圆锥形的锥盆来向空间传递声波。一个完整的锥形扬声器可以由为下面三个系统组成：振动

41、系统由锥盆、折环、定位支片、防尘罩和音圈组成。磁路系统由磁体、上导磁板、下导磁板、磁极心组成。辅助系统则由盆架、压条、引出线和接线端片等组成。电动式扬声器结构图如3.2所示：图3.2 电动式扬声器结构图3.4.2 电动式扬声器各部分介绍扬声器最重要的部分就是锥盆，它在很大程度上决定了扬声器的效果。锥盆是一般为圆形或椭圆形的振膜，它的底部与音圈相接，当音圈振动时会带动锥盆运动，造成周围空气发生改变。锥形扬声器的锥盆面积设计的会比较大，所以当扬声器工作时会产生较大的振动幅度。这会作用于周围的空气，而空气会反作用于锥盆，使锥盆发生形变，使得锥盆自身的刚性发生改变。锥盆的不同部分会出现相对运动，这种运

42、动又被称之为分割振动。当锥盆的振动频率超过一定范围，会造成锥盆本身的严重形变，会使声音严重失真。锥盆的刚性是造成声音失真的主要因素，所以一般选择刚性较好的材料制作锥盆。制作锥盆的材料除了要有良好的刚性外，还应该有密度小、机械强度大等特点。定心支片也是影响扬声器性能的元件。硬度是定心支片的主要特性，因为硬度会影响扬声器的谐振频率，会对扬声器的品质造成影响。定心支片的外形为圆环形，外端粘在扬声器盆架上，内层与音圈和锥盆相接。它的主要作用是固定音圈的位置，防止音圈在振动下发生移动，还能够使防止灰尘的进入保持内部清洁。音圈是扬声器的核心元件。它通常是由漆包线缠绕在圆柱体上，然后再把两头的漆包线焊接在锥

43、盆上。缠绕漆包线圆柱体一般是由散热性比较好的材料做成，防止因为音圈散热性不好发生烧坏。圆柱体的材料一般有镁铝合金、散热性能好的高分子材料等。磁体的形状是圆形，具有磁性并且硬度较大。它的作用主要是使扬声器内部有一个稳定的磁场。磁体的材料一般是钡氧体磁体或铁氧体磁体，具有重量轻、耐腐蚀、耐氧化等优点，但最大的缺点就是容易破碎15。第4章 音频功率放大器LM3864.1 LM386具体描述LM386是一种音频集成功放的功率放大器。它的主要优点是消耗功率较低、电源电压范围较大、声音失真较小和外接元件少。因为这些优点，所以LM386被广泛使用在小收音机和录音机之中。LM386是由美国半导体公司生产的。它

44、内部的电压增益可以随意改变，最大可到200。调整电压增益的方法是通过在它的引脚1和8之间增加外接电容和电阻。但一般调整它的电压增益为20，因为这样可以使外接元件最少。当电源电压为6V的时候，LM386消耗的功率只有24mW。所以它的工作电压最适合的是低电压环境，也就是电池供电场所16。LM386的封装是使用塑料封装，有八个引脚。一般有直插式和贴片式两种。4.2 LM386的特点LM386有如下几个特点：(1) 消耗功率比较低，一般为4mA。(2) 工作电压范围为4V到12V。(3) 外围元件少。(4) 电压增益可调，20-200。(5) 失真度比较低。LM386典型的应用电路有以下四种：图4.

45、1 放大器增益等于20的电路 图4.2 放大器增益等于200的电路图4.3 放大器增益等于50的电路 图4.4 低频提升放大器的电路 4.3 LM386详细介绍4.3.1 LM386内部电路LM386内部电路原理图如图4.5所示，它是相当于一个三级放大电路。图4.5 LM386的内部电路原理图第一级为差分放大电路，T1和T3、T2和T4分别构成复合管，作为差分放大电路的放大管；T5和T6组成镜像电流源作为T1和T2的有源负载；T3和T4信号从管的基极输入，从T2管的集电极输出，为双端输入单端输出差分电路。使用镜像电流源作为差分放大电路有源负载，可使单端输出电路的增益近似等于双端输出电容的增益1

46、7。第二级为共射放大电路，T7为放大管，恒流源作有源负载，以增大放大倍数。 第三级中的T8和T9管复合成PNP型管，与NPN型管T10构成准互补输出级。二极管D1和D2为输出级提供合适的偏置电压，可以消除交越失真。引脚2为反相输入端，引脚3为同相输入端。电路由单电源供电，故为OTL电路。输出端（引脚5）应外接输出电容后再接负载。电阻R7从输出端连接到T2的发射极，形成反馈通路，并与R5和R6构成反馈网络，从而引入了深度电压串联负反馈，使整个电路具有稳定的电压增益18。4.3.1 LM 386的引脚特点LM386的引脚特点主要有以下几个：(1) 通常芯片在1脚和8脚之间接电容来改变电压增益，当不

47、接的时候电压增益就是20dB。一般所需要的电压增益都不大，就可以不使用电容。这样不光能减少成本，而且最后声音效果好。(2) 在设计线路的时候，把元件放在靠近LM386的地方，这样可以节省空间与焊板。在走线的时候线路要平行，这样走线看起来美观而且不容易出错。 (3) 使用的滑动变阻器大小为10K，作用是改变音量的大小。选择质量较好的变阻器，就可以能够比较精密的改变音量大小。(4) 最好能使用双音频输入和输出，这样可以很好的减少共模信号。能够极大地减少共模产生的噪声。(5) 引脚7必须接一个电容。在焊接电路的时候，可以在引脚7连接一个电解电容，电解电容另一端接地。这样的做法可以减少噪声。工作时，这

48、个管脚的电压只有电源电压的一半。增大电解电容的值，就可以减缓直流电压的变化，有效遏止噪声的产生。所以引脚7必须要接电容19。 第5章 基于WIN8072的变声系统设计5.1 变音ICWIN8072的具体描述WIN8072是一种具有变音效果的集成电路 ,其中内置静态存储器的设计，可以直接对语音信号进行储存。内置音频编码器的设计，可以随意转换说话人的语速，可以把人的语速转换成正常和非正常的速率。主要核心是把说话人的正常声音通过采样频率的不同，把用语音信号转变过来的数字信号进行变化，输出不同的声音。其芯片内部通过内置声音放大器来稍微扩大音量，而且设计拥有减少噪音的功能来降低电路中产生的噪声20。5.

49、2 WIN8072特征(1) 工作电压为 3.0V5.0V。(2) 能耗低。(3) 有几个声音效果可以供选择：可转换成高音或低音。可变成各种人声：男声、女声、小孩声、老人声。可变成机器人声。(4) 可以选择用电阻和滑动开关调节声音频率。(5) 不需要外部存储器。(6) 有减少甚至消除环境噪音的功能。(7) 可用在玩具、面具、石膏人、电话系统等其它领域。 电气特征WIN8072的电气特征如表5.1所示：表5.1 WIN8072的电气特征参数符号最小值标准最大值工作电压VDD3.0V4.5V5.0V工作电流IDD-10mA讯号输入电压振幅VINp-p0.5V1.5V2.0V讯号输出电压VOUTp-

50、p-1.6V-5.2.2 脚位描述(1) WOSCI : 取样写入振荡输入脚位。(2) WOSCO: 取样写入振荡输出脚位。 (3) S1 ,S2: 选择单音输出的频率脚位，输入频率1KHZ。当S1和S2开关组合变化时，会产生不同的输出频率如表5.2所示：表5.2 开关S1和S2组合变化输出频率S10011S20101输出频率800HZ1333HZ660HZ2KHZ(4) SEL：当SEL脚位接到电源的负端，声音可被可变电阻调整。(5) NRL：当NRL脚位接到负端时，输入的声音可被改变；当NRL不接时，可把原音输出。(6) ROB：当ROB脚位被接到电源负端，会有机器人的效果。(7) ROS

51、CI：取样读取振荡输入脚位。(8) ROSCO：取样读取振荡输出脚位。(9) DAT：功能测试输入脚位。(10) VDD：电源正极接脚。(11) AVDD：类比电路正电源接脚。(12) IN：声音讯号输入脚位。(13) AVSS：类比电路负电源接脚。(14) VSS：电源负极接脚。(15) RDOUT：声音讯号输出脚位。5.2.3 典型的应用电路(1) WIN8072 搭配晶体管放大电路 (VCC=9V)。(2) WIN8072 搭配晶体管放大电路 (VCC=4.5V)。(3) WIN8072 搭配 LM386 放大电路 (VCC=4.5V)。5.3 变声器硬件的实现本设计变声器的实现就是通过

52、芯片WIN8072搭配音频功率放大器LM386来实现。WIN8072内部有芯片内部有自带的AD、DA转换、随机存储和声音频率改变功能。使用驻极体麦克风对语音信号进行采集，利用WIN8072对语音信号进行模数转换，使声音频率发生改变， 在芯片内部会使用随即存储器对语音信号进行储存。然后又进行数模转换使信号输出。将改变的信号搭配使用LM386的音频功率放大电路，对语音信号进行放大处理，最终通过电动式扬声器输出变声后的声音。变声器硬件设计总流程图如图5.1所示。改变引脚输出不同WIN8072语音信号频率改变麦克风采集声音信号WIN8072A/D转换，输入信号WIN8072D/A转换输出信号LM386

53、 功率放大音频电动式扬声器输出图5.1 变声器硬件设计总流程图在完成设计的理论总结整理后，列出实现电路所需要的各种元器件及元器件的参数。在制作电路的软件上画出电路图，电路图如图5.2所示。实物的完成还需要进行最后一步焊接，而焊接也有许多需要注意的方面21。(1) 焊前处理 在焊接开始前，要对电子元器件的引脚和电路板的焊接部位进行焊前处理。 焊接位置氧化层的清除要先去除金属引线表面的氧化层，可以用小刀去刮或者砂纸打磨，使引线接触部分具有金属光泽。而电路板也需要处理，用砂纸打磨铜箔，使其发亮，再涂上一层松香。 元件镀锡连线在除去表面的氧化层以后还需要经过镀锡，镀锡的方法是在表面弄一层松香，用带锡的

54、电烙铁压住连线，然后转动引线就能在引线表面镀一层锡。在进行焊接前之前，先将引线的绝缘皮剥去，然后经过上面的处理，才可以开始焊接。如果导线是多股金属丝，需要先打光然后拧在一起去镀锡。(2) 焊接做好焊前准备工作之后，就可正式开始焊接了。图5.2 基于WIN8072芯片的变声器总设计电路图 焊接方法：焊接，检查，剪短22。a.左手用镊子夹持元器件，右手拿电烙铁。电烙铁在焊接之前要提前预热5分钟左右，然后在烙铁头上镀上一层锡。b.把电烙铁头放在焊点处，而且使电烙铁与水平方向呈45度角，这样就可以使焊接更加容易，一般2、3秒的时间就可以焊好。c.移开烙铁头。左手还是用镊子夹持元件，直到焊点上的焊锡冷却

55、凝固后，再松开左手。d.左手拿镊子转动引线，看是否牢靠，再用偏口钳剪去多余的引线。 焊接质量在焊接的过程中，每个焊点要有良好的接触，焊点的接触要牢固。焊接成功的焊点应该是锡点光亮，平滑没有毛刺，锡的量也不多不少。焊接时最容易发生的就是虚焊和假焊。虚焊是指就没有焊接住，主要原因是焊接时用锡太少。假焊是指表面看上去焊住了，实际上里面并没有接触到。虚焊和假焊会使后面的调试和检查非常困难，因此必须在焊接时要认真仔细，确保没有虚焊和假焊。在焊接电路板时，必须要控制好时间的长短。时间过长会造成电路板被烧焦或者会使焊点脱落。而在从电路板上拆电子元件时，将电烙铁头与焊点紧贴直到焊点上焊锡熔化时，再将元件拔出。使用的是根据PCB电路图生成好的电路板，所以只用焊接元件不用另外布线，减轻了焊接部分的工作量，同时是电路板更美观。焊接的时候要特别用心，防止因为粗心造成电路断路。当每次焊接