Đồ án Thiết kế mạch phân tích phổ tần âm thanh

Công nghệ điện tử hiện nay có những bước phát triển rất nhanh. Nó luôn gắn liền với sự phát triển của các công nghệ khác. Công nghệ điện tử tương tự đã đem đến cho con người những ứng dụng quan trọng trong tất cả các nghành, các lĩnh vực. Là một sinh viên khoa Công nghệ, nghành Điện tử - Viễn thông, bản thân em hiểu rằng vận dụng những kiến thức đã học vào thực tế là vô cùng quan trọng. Với suy nghĩ trên, em đã quyết định chọn đề tài “Thiết kế mạch phân tích phổ tần âm thanh”. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Điện tử - Viễn thông, Khoa Công nghệ đã giảng dạy cho chúng em những kiến thức về chuyên môn, để chúng em thực hiện tốt đồ án thiết kế mạch tương tự này. Do kiến thức còn hạn chế nên đồ án này không thể tránh được những thiếu sót. Vì vậy em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy cô và những ý kiến đóng góp của các bạn.

doc38 trang | Chia sẻ: ngtr9097 | Ngày: 13/05/2013 | Lượt xem: 1684 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đồ án Thiết kế mạch phân tích phổ tần âm thanh, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Môc Lôc  Trang   Më §ÇU  2   Ch­¬ng 1: Tæng quan  3   1.1. Giíi thiÖu tæng quan vÒ m¹ch ph©n tÝch phæ ©m thanh  3   1. 2. Ph©n tÝch hÖ thèng m¹ch ph©n ph©n tÝch phæ ©m thanh  3   1. 2.1 Kh¶ n¨ng ®¸p øng yªu cÇu cña hÖ thèng  4   1.2.2 S¬ ®å khèi vµ nguyªn t¾c ho¹t ®éng  4   1.3. S¬ ®å khèi m¹ch ph©n tÝch phæ ©m tÇn dïng hiÓn thÞ d¹ng quÐt :  5   Ch­¬ng 2: C¬ së lý thuyÕt  6   2.1. M¹ch läc tÇn sè  6   2. 1.1. Giíi thiÖu vÒ c¸c lo¹i m¹ch läc tÇn sè  6   2.1.2. M¹ch läc th«ng thÊp  6   2.1.3. M¹ch läc th«ng cao  7   2.1.4. M¹ch läc th«ng d¶i  8   2.1.5. M¹ch läc chÆn d¶i  9   2.1.6 Chi tiÕt vÒ m¹ch läc d¶i th«ng  9   2.2 M¹ch ®iÒu khiÓn LED  11   2.2.1 M¹ch ®iÒu khiÓn LED b»ng linh kiÖn rêi  11   2.2.1 M¹ch ®iÒu khiÓn LED dïng IC LM 3915  13   Ch­¬ng 3: ThiÕt kÕ vµ chÕ t¹o m¹ch ph©n tÝch phæ ©m thanh  17   3.1. S¬ ®å khèi  17   3.2. ThiÕt kÕ s¬ ®å nguyªn lý vµ ph©n tÝch tÝnh to¸n  19   3.21. ThiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch läc  19   3.2.2 ThiÕt kÕ chuyÓn m¹ch ®iÖn tö:  24   3.2.3. Khèi m¹ch dao ®éng, ®Õm vµ gi¶i m·, m¹ch thóc vµ ®iÒu khiÓn LED  26   3.2.4 ThiÕt kÕ khèi m¹ch ma trËn LED hiÓn thÞ.  31   3.3 ThiÕt kÕ m¹ch in  32   KÕt luËn  36   Lêi nãi ®Çu C«ng nghÖ ®iÖn tö hiÖn nay cã nh÷ng b­íc ph¸t triÓn rÊt nhanh. Nã lu«n g¾n liÒn víi sù ph¸t triÓn cña c¸c c«ng nghÖ kh¸c. C«ng nghÖ ®iÖn tö t­¬ng tù ®· ®em ®Õn cho con ng­êi nh÷ng øng dông quan träng trong tÊt c¶ c¸c nghµnh, c¸c lÜnh vùc. Lµ mét sinh viªn khoa C«ng nghÖ, nghµnh §iÖn tö - ViÔn th«ng, b¶n th©n em hiÓu r»ng vËn dông nh÷ng kiÕn thøc ®· häc vµo thùc tÕ lµ v« cïng quan träng. Víi suy nghÜ trªn, em ®· quyÕt ®Þnh chän ®Ò tµi “ThiÕt kÕ m¹ch ph©n tÝch phæ tÇn ©m thanh”. Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n c¸c thÇy c« gi¸o trong bé m«n §iÖn tö - ViÔn th«ng, Khoa C«ng nghÖ ®· gi¶ng d¹y cho chóng em nh÷ng kiÕn thøc vÒ chuyªn m«n, ®Ó chóng em thùc hiÖn tèt ®å ¸n thiÕt kÕ m¹ch t­¬ng tù nµy. Do kiÕn thøc cßn h¹n chÕ nªn ®å ¸n nµy kh«ng thÓ tr¸nh ®­îc nh÷ng thiÕu sãt. V× vËy em rÊt mong ®­îc sù chØ b¶o cña c¸c thÇy c« vµ nh÷ng ý kiÕn ®ãng gãp cña c¸c b¹n. §Æc biÖt em xin ch©n thµnh c¶m ¬n thÇy gi¸o §Æng Th¸i S¬n ®· nhiÖt t×nh gióp ®ì em hoµn thµnh ®Ò tµi nµy! Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n ! Vinh, ngµy…th¸ng….n¨m 2010 Sinh viªn thùc hiÖn Hoµng ThÕ M¹nh Ch­¬ng 1: Tæng quan 1.1 Giíi thiÖu tæng quan vÒ m¹ch ph©n tÝch phæ ©m thanh Tõ l©u m¹ch ph©n tÝch phæ ®· xuÊt hiÖn nhiÒu trong c¸c dµn ©m thanh. HiÖn nay øng dông cña m¹ch nµy xuÊt hiÖn ngµy cµng nhiÒu trong cuéc sèng nh»m phôc vô gi¶i trÝ vµ thÈm mü cña con ng­êi. Yªu cÇu cña m¹ch ph©n tÝch phæ tÝn hiÖu ©m thanh lµ: Cã kh¶ n¨ng ®o ®­îc gi¸ trÞ ®iÖn ¸p cña c¸c tÝn hiÖu tÇn sè ©m thanh vµ hiÓn thÞ trªn mét ma trËn LED. 1. 2. Ph©n tÝch hÖ thèng 1.2. 1. Kh¶ n¨ng ®¸p øng cña hÖ thèng: HÖ thèng giao tiÕp víi ng­êi sö dông chØ b»ng hiÓn thÞ do vËy nã h¹n chÕ ®­îc t¸c ®éng cña ng­êi sö dông vµo néi dung bªn trong m¹ch ®Ìn nh¸p nh¸y theo nh¹c. - M¹ch ®­îc thiÕt kÕ hiÓn thÞ phæ cña c¸c tÝn hiÖu trong c¸c d¶i tÇn x¸c ®Þnh. - M¹ch ®­îc thiÕt kÕ theo nguyªn t¾c khi d¶i tÇn sè nµo phï hîp víi thiÕt kÕ m¹ch th× hiÓn thÞ t­¬ng øng víi d·y ®Ìn LED ®ã. 1.2.2. S¬ ®å khèi vµ nguyªn t¾c ho¹t ®éng: a. S¬ ®å khèi:  H×nh 1: S¬ ®å khèi c¬ b¶n cña m¹ch ph©n tÝch phæ ©m tÇn b. Nguyªn lý ho¹t ®éng: TÝn hiÖu tõ ng· vµo ®­îc ®­a vµo tõng bé läc tÇn. Bé läc tÇn dïng lo¹i m¹ch läc tÝch cùc d¶i th«ng. M¹ch chØ ®Ó cho c¸c tÝn hiÖu trong mét d¶i tÇn qui ®Þnh ®i qua vµ läc bá c¸c thµnh phÇn kh¸c. Cã thÓ dïng transistor kÕt hîp víi c¸c tô ®iÖn vµ ®iÖn trë ®Ó h×nh thµnh nªn m¹ch läc tÝch cùc hoÆc dïng c¸c OP-AMP kÕt hîp víi c¸c linh kiÖn thô ®éng bªn ngoµi ®Ó cã m¹ch läc tÝch cùc. Sè m¹ch läc cµng nhiÒu th× bé ph©n tÝch phæ tÇn cµng cã ®é ph©n gi¶i tÇn sè cµng cao, ®­îc thÓ hiÖn trong chØ tiªu chÊt l­îng cña m¹ch cao h¬n. M¹ch ®iÒu khiÓn dïng ®Ó hiÓn thÞ møc biªn ®é cña tÝn hiÖu sau khi qua bé läc tÇn. M¹ch nµy cã thÓ dïng linh kiÖn rêi hoÆc dïng c¸c IC chuyªn dông. C¸c ®­êng ra cµng nhiÒu th× m¹ch cã ®é ph©n gi¶i biªn ®é cµng lín. Trong s¬ ®å trªn ta thÊy mçi bé läc tÇn cÇn cã mét m¹ch ®iÒu khiÓn LED cho viÖc hiÓn thÞ, cµng nhiÒu bé läc tÇn (®é ph©n gi¶i tÇn sè cña m¹ch cµng cao) th× cµng dïng nhiÒu m¹ch ®iÒu khiÓn LED. §iÒu nµy sÏ g©y cho m¹ch sù kÕt nèi phøc t¹p. §Ó kh¾c phôc nh­îc ®iÓm cña s¬ ®å trªn ta xÐt nh÷ng c¶i tiÕn trong s¬ ®å khèi sau: 1.3. S¬ ®å khèi m¹ch ph©n tÝch phæ ©m tÇn dïng hiÓn thÞ d¹ng quÐt: 1.3.1. S¬ ®å khèi:  H×nh 2: S¬ ®å khèi cña m¹ch ph©n tÝch phæ ©m tÇn dïng hiÓn thÞ d¹ng quÐt 1.3.2. Nguyªn lý ho¹t ®éng: S¬ ®å nµy thÓ hiÖn ­u ®iÓm lµ chØ dïng mét m¹ch ®iÒu khiÓn LED bÊt kÓ sè l­îng m¹ch läc lµ bao nhiªu, sè ®­êng nèi d©y ra m¹ch hiÓn thÞ còng ®¬n gi¶n h¬n do viÖc sö dông ma trËn hiÓn thÞ lµ sù kÕt hîp gi÷a hµng vµ cét. Sè l­îng cét t­¬ng øng víi sè l­îng m¹ch läc tÇn, cßn sè hµng chÝnh lµ sè l­îng ®Çu ra cña m¹ch ®iÒu khiÓn LED. S¬ ®å nµy còng bao gåm n bé läc tÇn, c¸c ngâ ra cña c¸c bé läc tÇn ®­îc ®­a vµo bé chuyÓn m¹ch, t¹i tõng thêi ®iÓm chuyÓn m¹ch chØ cho tÝn hiÖu cña mét bé läc tÇn ra mµ th«i. §iÒu khiÓn bé chuyÓn m¹ch ®­îc thùc hiÖn bëi m¹ch ®Õm & gi¶i m·, tÝn hiÖu xung clock cña m¹ch dao ®éng ®­a vµo m¹ch ®Õm & gi¶i m·, sè ngâ ra cña m¹ch ®Õm & gi¶i m· t­¬ng øng lµ n. Ngâ ra cña m¹ch ®Õm & gi¶i m· còng ®ång thêi ®­îc ®­a ®Õn m¹ch thóc ®Ó quÐt c¸c cét. NÕu tÇn sè xung clock ®ñ nhanh th× m¾t ta sÏ bÞ ®¸nh lõa cho c¶m gi¸c ®ång thêi c¸c cét ®Òu s¸ng nh­ng thùc ra t¹i mét thêi ®iÓm th× chØ cã mét cét s¸ng. Ch­¬ng 2: C¬ së lý thuyÕt 2.1. M¹ch läc tÇn sè: 2.1.1. Giíi thiÖu vÒ c¸c lo¹i m¹ch läc: Th­êng trong c¸c thiÕt bÞ ®iÖn hoÆc ®iÖn tö cÇn chÆn hoÆc cÇn cho qua nh÷ng tÇn sè nµo ®ã ng­êi ta th­êng dïng bé läc tÇn sè. Tr­íc kia nã ®­îc dùng chñ yÕu b»ng nh÷ng phÇn tö ®iÖn c¶m L vµ ®iÖn dung C. Ngµy nay IC khuÕch ®¹i thuËt to¸n (OP AMP) cã kÝch th­íc nhá, cã nhiÒu ®Æc tÝnh ­u viÖt, gi¸ thµnh h¹, tÝnh to¸n thiÕt kÕ ®¬n gi¶n nªn ®­îc ­a chuéng ®Ó dùng c¸c bé läc tÝch cùc RC.Cã nhiÒu lo¹i m¹ch läc tÝch cùc kh¸c nhau ch¼ng h¹n nh­ m¹ch Butterworth vµ Chebyshev. Tr­íc khi xÐt ®Õn c¸c bé läc ta cÇn xÐt ®Õn bËc cña bé läc. BËc cña bé läc x¸c ®Þnh ®é dèc ®­êng c¾t. Sè bËc cµng cao, ®­êng c¾t cµng dèc. BËc läc gia t¨ng theo 6dB/oct. M¹ch läc tÝch cùc ®¬n gi¶n nhÊt lµ m¹ch läc bËc nhÊt víi ®é dèc lµ 6db/oct. C¸c m¹ch läc tÝch cùc cao cÊp h¬n cã thÓ cã bËc cao h¬n, vÝ dô mét bé läc bËc hai cã ®é dèc ®­êng c¾t lµ 12dB/oct. PhÇn d­íi, do yªu cÇu cña ®Ò tµi, tr×nh bµy chñ yÕu vÒ m¹ch läc d¶i th«ng. Sau ®©y lµ giíi thiÖu c¸c lo¹i m¹ch läc: 2.1.2. M¹ch läc th«ng thÊp: M¹ch läc Butterworth ®­îc thiÕt kÕ ®Ó cã ®¸p øng biªn tÇn ph¼ng trong d¶i th«ng vµ cã ®Æc tÝnh ®­êng cong tr¬n tru. H×nh d­íi tr×nh bµy biÓu ®å ®¸p øng tÇn sè cña mét m¹ch läc Butterworth bËc nhÊt ®iÓn h×nh.  H×nh 3: §Æc tuyÕn m¹ch läc th«ng thÊp Mét lo¹i phæ biÕn kh¸c cña ®¸p øng läc ®­îc thÓ hiÖn bëi m¹ch läc Chebyshev. BiÓu ®å ®¸p øng biªn tÇn cña mét m¹ch läc th«ng thÊp Chebyshev ®­îc tr×nh bµy ë h×nh d­íi:  H×nh 3: §Æc tuyÕn m¹ch läc th«ng thÊp Chebyshev §¸p øng biªn tÇn cña m¹ch läc kh«ng ph¼ng ë tÇn sè thÊp h¬n tÇn sè c¾t nh­ trong bé läc Butterworth. Trong bé läc Chebyshev, cã mét sù gi¶m vÒ biªn ®é ë phÝa tr­íc tÇn sè c¾t vµ biªn ®é l¹i t¨ng trë l¹i tr­íc khi ®­êng suy gi¶m b¾t ®Çu. ThuËn lîi chñ yÕu cña m¹ch läc Chebyshev lµ cã ®Æc tÝnh ®­êng suy gi¶m rÊt dèc.C¸c m¹ch diÖn thùc sù cña m¹ch läc Butterworth vµ Chebyshev th­êng th× kh¸ gièng nhau. Th«ng th­êng, sù kh¸c biÖt duy nhÊt trong hai m¹ch läc lµ gi¸ trÞ c¸c linh kiÖn thùc sù ®­îc sö dông. 2.1.3. M¹ch läc th«ng cao:  VÒ mÆt chøc n¨ng, mét m¹ch läc th«ng cao ®ãng vai trß ®èi lËp víi mét m¹ch läc th«ng thÊp. NÕu bá qua ®­êng cong suy gi¶m, nh÷ng c¸i ®­îc cho qua bëi m¹ch läc th«ng thÊp sÏ bÞ chÆn l¹i bëi m¹ch läc th«ng cao vµ ng­îc l¹i. C¸c m¹ch läc tÝch cùc th«ng cao kh¸ gièng c¸c m¹ch läc tÝch cùc th«ng thÊp. ngo¹i trõ vÞ trÝ cña mét sè linh kiÖn bÞ thay ®æi. Còng gièng nh­ m¹ch läc tÝch cùc th«ng thÊp, mét m¹ch läc tÝch cùc th«ng cao còng cã c¶ ®¸p øng Butterworth lÉn ®¸p øng Chebyshev ®­îc tr×nh bµy d­íi ®©y. 2.1.4. M¹ch läc th«ng d¶i: Nãi chung c¸c m¹ch läc d¶i th«ng phøc t¹p h¬n nhiÒu so víi c¸c m¹ch läc th«ng thÊp vµ th«ng cao. Theo mét mÆt nµo ®ã, c¸c m¹ch läc th«ng thÊp vµ th«ng cao còng lµ mét lo¹i m¹ch läc d¶i th«ng. Trong mét m¹ch läc th«ng thÊp, tÇn sè c¾t d­íi lµ mét ®iÓm t­ëng t­îng n»m d­íi 0Hz. §èi víi m¹ch läc th«ng cao, tÇn sè c¾t trªn ®­îc x¸c ®Þnh bëi ®¸p øng tÇn sè cña khuÕch ®¹i thuËt to¸n (hay c¸c linh kiÖn tÝch cùc kh¸c) ®­îc dïng trong m¹ch läc. Mét m¹ch läc d¶i th«ng cã thÓ ®­îc t¹o ra b»ng c¸ch m¾c nèi tiÕp m¹ch läc th«ng thÊp vµ m¹ch läc th«ng cao. C¸c m¹ch läc d¶i th«ng phøc t¹p h¬n v× cã nhiÒu th«ng sè h¬n vµ v× thÕ linh ho¹t h¬n. C¸c th«ng sè bao gåm nh­: ®é lîi (K),bËc läc (n), tÇn sè trung t©m (Fc), vµ b¨ng th«ng (BW) ngoµi ra cßn cã mét th«ngsè n÷a lµ hÖ sè phÈm chÊt Q, ®­îc suy ra tõ Fc vµ BW.  2.1.5. M¹ch läc chÆn d¶i: Mét m¹ch läc d¶i chÆn cho hÇu hÕt mäi tÇn sè ®i qua nã ngo¹i trõ nh÷ng tÇn sè n»m trong mét kho¶ng ®­îc x¸c ®Þnh (th­êng lµ hÑp). C¸c m¹ch läc d¶i chÆn th­êng ®­îc dïng ®Ó lo¹i bá nh÷ng thµnh phÇn tÇn sè kh«ng mong muèn. C¸c tÇn sè cao h¬n vµ thÊp h¬n d¶i chÆn ®Òu ®­îc m¹ch läc d¶i chÆn cho qua dÔ dµng. Trong ®å thÞ ®¸p øng biªn tÇn ta thÊy cã mét lç hæng hay lâm xuèng v× thÕ m¹ch nµy th­êng ®­îc gäi lµ m¹ch läc Notch.  2.1.6 Chi tiÕt vÒ m¹ch läc th«ng d¶i M¹ch läc d¶i th«ng c¬ b¶n ®­îc minh häa bªn d­íi:  M¹ch nµy cã thÓ ®­îc thiÕt kÕ ®Ó cho ®é lîi tõ thÊp tíi trung b×nh vµ gi¸ trÞ Q cã thÓ cao tíi 20, gi¸ trÞ thÊp h¬n cña Q cã thÓ ®­îc chän lùa b»ng c¸ch dïng c¸c gi¸ trÞ linh kiÖn thÝch hîp. Trong m¹ch chän C1 = C2 = C ®Ó dÔ tÝnh to¸n. C¸c th«ng sè cho tr­íc lµ tÇnsè trung t©m (Fc), ®é lîi (K) vµ Q. Trong hÇu hÕt c¸c tr­êng hîp, gi¸ trÞ Q cã thÓ ®­îc suy ra tõ tÇn sè trung t©m vµ b¨ng th«ng cña bé läc d¶i th«ng.  Víi c¸c th«ng sè cho tr­íc, ta cã c¸c c«ng thøc ®Ó tÝnh R1, R2 vµ R3: ;  ;  §é lîi ®­îc x¸c ®Þnh b»ng tØ sè gi÷a R1 vµ R3:  Mét h¹n chÕ quan träng cho m¹ch nµy lµ nÕu cã ®é lîi (K) cao th× Q còng ph¶i cao. Kh«ng thÓ thiÕt kÕ m¹ch läc víi ®é lîi cao vµ Q thÊp bëi v× gi¸ trÞ cña R2 sÏ ©m. Trong m¹ch, bËc läc ®­îc x¸c ®Þnh bëi gi¸ trÞ Q. Gi¸ trÞ Q cµng cao, ®­êng c¾t cµng dèc. Khi cho tr­íc c¸c gi¸ trÞ C, R1, R2, R3, cã thÓ tÝnh ®­îc: ;  2.2. M¹ch ®iÒu khiÓn LED 2.2.1. M¹ch ®iÒu khiÓn LED dïng linh kiÖn rêi: 1. M¹ch dïng Transistor  Trong s¬ ®å trªn, Q1 vµ Q2 t¹o thµnh bé khuÕch ®¹i hai tÇng. Khi ë ®Çu vµo kh«ng cã tÝn hiÖu, Q1 hÇu nh­ ®ãng (tr¹ng th¸i nµy ®­îc x¸c ®Þnh bëi biÕn trë R4), ®é sôt ¸p trªn R2 nhá, kh«ng ®ñ më Q2 bëi vËy trªn cùc C cña Q2 kh«ng cã dßng ra, c¸c LED t¾t.Khi cã ®iÖn ¸p d­¬ng ®Æt ë ®Çu vµo, Q1 më, ®iÖn ¸p vµo cµng lín, Q1 m¬ cµng nhiÒu. Do ®ã Q2 còng më vµ cã dßng ®iÖn ra ë cùc C. Dßng ®iÖn nµy cµng lín. Khi ®iÖn ¸p ®Çu vµo cµng m¹nh. Khi cã dßng ®iÖn th× c¸c LED lÇn l­ît s¸ng, b¾t ®Çu tõ LED cuèi cïng (LED7) Khi cã dßng ®iÖn tõ cùc C cña Q2 th× dßng ®iÖn nµy hÇu nh­ hoµn toµn ®i qua R12 vµ LED7 vµ t¹o nªn sôt ¸p trªn ®o¹n nµy (t¹i anod LED6 so víi mass). Víi mét dßng ®iÖn x¸c ®Þnh LED7 s¸ng vµ ®iÖn ¸p sôt trªn nã kho¶ng 1,8 ®Õn 2V. Trong qu¸ tr×nh dßng ®iÖn t¨ng lªn, ®iÖn ¸p nµy kh«ng ®æi. Mét c¸ch kh¸c LED7 ®ãng vai trß cña mét æn ¸p. Nh­ng dßng ®iÖn t¨ng dÉn ®Õn viÖc t¨ng ®iÖn ¸p t¹i anod LED6.Khi ®iÖn ¸p nµy ®¹t gi¸ trÞ b»ng tæng ®iÖn ¸p sôt trªn LED7 vµ diode më D6 (0,7V) tøc lµ kho¶ng 2,5 ®Õn 2,7V th× LED6 ph¸t s¸ng. LED5 sÏ s¸ng tiÕp theo khi dßng cùc C cña Q2 tiÕp tôc t¨ng, khi mµ ®iÖn ¸p t¹i anod LED5 ®¹t ®Õn gi¸ trÞ b»ng tæng ®iÖn ¸p sôt trªn LED ®ang s¸ng vµ c¸c diode më D5, D6. Tãm l¹i LED tiÕp theo chØ s¸ng khi t¨ng ®iÖn ¸p anod cña chóng (so víi mass) lªn kho¶ng 0,7V so víi ®iÖn ¸p trªn anod cña LED tr­íc ®ã. Khi dßng ®iÖn ra trªn cùc C cña Q2 gi¶m th× c¸c LED t¾t theo thø tù tõ trªn xuèng d­íi. §é tuyÕn tÝnh cña LED chØ b¸o phô thuéc vµp viÖc chän lùa chÝnh x¸c c¸c ®iÖn trë R7 ®Õn R12 còng nh­ c¸c tham sè gièng nhau cña c¸c LED. M¹ch nµy kh«ng chØ lµm viÖc ®­îc víi nguån tÝn hiÖu ®iÖn ¸p kh«ng ®æi ë ®Çu vµo mµ cßn víi nguån tÝn hiÖu lµ ©m tÇn. Trong tr­êng hîp nµy, m¹ch chØ lµm viÖc víi c¸c nöa chu k× d­¬ng cña tÝn hiÖu. 2. M¹ch ®iÒu khiÓn LED dïng c¸c khuÕch ®¹i thuËt to¸n: Trong m¹ch, c¸c ®Çu vµo kh«ng ®¶o ®· ®­îc nèi vµo m¹ch ph©n ¸p ®Ó lÊy møc ®iÖn ¸p mÉu, trong khi ®ã ®iÖn ¸p tÝn hiÖu vµo cïng lóc ë c¸c ®Çu vµo ®¶o. M¹ch so ¸p sÏ so s¸nh c¸c møc ®iÖn ¸p vµo vµ lµm s¸ng c¸c LED t­¬ng øng. 2.2.2. M¹ch ®iÒu khiÓn LED sö dông IC LM3915: 1.Giíi thiÖu chung IC LM3915 lµ mét m¹ch tÝch hîp ®¬n khèi cã thÓ c¶m nhËn ®­îc c¸c møc ®iÖn ¸p t­¬ng tù vµ ®iÒu khiÓn hiÓn thÞ trªn 10 led hoÆc mµn h×nh tinh thÓ láng hay lµ c¸c thiÕt bÞ hiÓn thÞ huúnh quang ch©n kh«ng, cung cÊp cho mét bé khuÕch ®¹i l«garit 3dB/bËc ®iÖn ¸p t­¬ng tù hiÓn thÞ. Mét ch©n thay ®æi hiÓn thÞ tõ biÓu ®å cét sang hiÓn thÞ c¸c ®iÓm di ®éng. Dßng trªn led ®­îc ®iÒu khiÓn vµ cã thÓ lËp tr×nh ®­îc mµ kh«ng cÇn ®Õn c¸c trë h¹n dßng. TÊt c¶ hÖ thèng hiÓn thÞ cã thÓ ho¹t ®éng nhê nguån cÊp n»m trong kho¶ng 3V cho ®Õn 25V. IC bao gåm mét ®iÖn ¸p tham chiÕu cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc vµ ®óng mét bé chia ¸p 10 møc chuÈn. Bé ®Öm nhËp tr¹ng th¸i trë kh¸ng cao nhËn tÝn hiÖu tõ m¸t ®Õn trong d¶i 1.5V cña nguån d­¬ng. H¬n n÷a, nã kh«ng cÇn ph¶i b¶o vÖ c¸c tÝn hiÖu ë ®Çu vµo. Bé ®Öm nhËp ®iÒu khiÓn 10 bé so riªng lÎ ®­îc tham chiÕu tíi c¸c bé chia víi ®é chÝnh x¸c. §é chÝnh x¸c th«ng th­êng tèt h¬n 1dB. Sù hiÓn thÞ 3dB/b­íc cña LM3915 lµ mét d·y c¸c tÝn hiÖu ®éng víi d¶i réng,nh­ lµ møc ©m thanh, ®iÖn, c­êng ®é chiÕu s¸ng hoÆc dao ®éng. C¸c ch­¬ng tr×nh ©m thanh trung b×nh hoÆc lµ c¸c bé chØ b¸o møc cùc ®¹i, ®ång hå ®iÖn n¨ng vµ ®ång hå ®o c­êng ®é tÝn hiÖn cao tÇn. Thay thÕ cho c¸c ®ång hå ®o th«ng th­êng b»ng kÕt qu¶ hiÓn thÞ nhanh dÇn trªn mét biÓu ®å led. IC LM3915 rÊt dÔ ¸p dông nh­ lµ mét ®ång hå ®o 1.2V b»ng thËt mµ chØ ®ßi hái mét ®iÖn trë céng víi 10 led. Mét ®iÖn trë lËp tr×nh víi nguån ¸p bÊt kú tõ 1.2V ®Õn 12V. §é s¸ng cña led cã thÓ ®­îc ®iÒu khiÓn bëi mét biÕn trë riªng. IC LM3915 rÊt ®a n¨ng. c¸c ®Çu ra cña nã cã thÓ ®iÒu khiÓn hiÓn thÞ trªn c¸c mµn h×nh tinh thÓ láng, c¸c bãng huúnh quang ch©n kh«ng, vµ bãng ®Ìn d©y tãc tèt nh­ c¸c led mµu. NhiÒu thiÕt bÞ cã thÓ ®­îc ghÐp nèi ®Ó hiÖn thÞ cho mét ®iÓm hay lµ mét cét víi ®é réng 60 dB hoÆc 90 dB. Lm3915 còng cã thÓ ®­îc ghÐp nèi víi LM3914 ®Ó hiÓn thÞ mét d¶i/biÓu ®å hoÆc víi Lm3916 cho mét ©m l­îng kÕ më réng. C¸c ®Æc ®iÓm cña Lm3915: 3dB/b­íc, biªn ®é 30 dB §iÒu khiÓn hiÓn thÞ c¸c led, mµn h×nh tinh thÓ láng, bãng huúnh quang ch©n kh«ng. H×nh thøc hiÓn thÞ cét hay ®iÓm cã thÓ do ng­êi dïng chän ®­îc bªn ngoµi. §iÖn ¸p tham chiÕu bªn trong tõ 1.2V ®Õn 12V. Ho¹t ®éng víi ®iÖn ¸p nguån ®¬n tõ 3V ®Õn 25V. Dßng ra cã thÓ lËp tr×nh tõ 1mA ®Õn 30mA. §iÖn ¸p vµo chÞu ®ùng ± 35V mµ kh«ng g©y tæn h¹i hoÆc sai kÕt qu¶ ë ®Çu ra. §iÒu khiÓn trùc tiÕp TTL hoÆc CMOS. Bé chia bªn trong 10 b­íc, vµ cã thÓ ®­îc tham chiÕu tíi mét biªn ®é réng cña ®iÖn ¸p LM3915 ®­îc ®¸nh gi¸ cao nhÊt khi ho¹t ®éng tõ 00C ®Õn +700C.  H×nh 1: øng dông tiªu biÓu cña IC LM3915 2. S¬ då khèi vµ chøc n¨ng c¸c ch©n LM3915 a. S¬ ®å khèi S¬ ®å khèi ®· ®­îc ®¬n gi¶n cña LM3915 bao gåm mét bé ®Öm vµo ë tr¹ng th¸i trë kh¸ng cao, ho¹t ®éng víi tÝn hiÖu tõ ®Êt ®Õn 12V va ®­îc b¶o vÖ chèng l¹sù ®¶o chiÒu vµ qu¸ ¸p. TÝn hiÖu nµy sau ®ã ®­îc ¸p dông cho mét lo¹t 10 bé so s¸nh, mçi bé nh­ vËy ®­îc thiªn ¸p ®Ó so s¸nh møc ®é kh¸c nhau bëi trë b¨ng.  H×nh 2: s¬ ®å khèi cña IC LM3915 b. Chøc n¨ng c¸c ch©n LM3915 IC LM3915 cã tÊt c¶ 18 ch©n, mçi bªn 9 ch©n, ®­îc tr×nh bµy nh­ h×nh vÏ d­íi ®©y.  H×nh 3:Ss¬ ®å ch©n cña IC LM3915 Chøc n¨ng c¸c ch©n Ch©n 2 (V-): ch©n nèi ®Êt. Ch©n 3 (V+): ch©n cÊp nguån. Ch©n 5 (Signal input): ch©n ®­a tÝn hiÖu vµo. Ch©n 7 (Reference output): ch©n tham chiÕu ra. Ch©n 8 (Reference adjust): ch©n ®iÒu chØnh tham chiÕu. Ch©n 9 (Mode select): ch©n lùa chän chÕ ®é, ®Çu vµo lùa chän chÕ ®é cho phÐp kÕt nèi c¸c Lm3915 víi nhau, vµ ®iÒu khiÓn chÕ ®é ho¹t ®éng hiÓn thÞ cét hay ®iÓm. Cã c¸c c¸ch c¬ b¶n ®Ó sö dông ®Çu vµo nµy nh­ sau: C¸c ch©n 10 ->18, ch©n 1 lµ c¸c ®Çu ra cho phÐp kÕt nèi víi thiÕt bÞ hiÓn thÞ. Ch­¬ng 3: ThiÕt kÕ vµ chÕ t¹o m¹ch ph©n tÝch phæ ©m thanh 3.1. S¬ ®å khèi: Trong ®å ¸n nµy, m¹ch ph©n tÝch phæ ©m tÇn cã ®é ph©n tÝch lµ tÇn sè 10, ®é ph©n tÝch biªn ®é còng lµ 10. Trong m¹ch sö dông m¹ch hiÓn thÞ d¹ng quÐt ®Ó m¹ch gän nhÑ, c¸c ®­êng kÕt nèi Ýt còng nh­ sè l­îng c¸c linh kiÖn ®­îc gi¶m.  Chia m¹ch thµnh c¸c phÇn chÝnh nh­ sau: khèi m¹ch läc víi c¸c chuyÓn m¹c ®iÖn tö; khèi m¹ch dao ®éng, ®Õm, thóc víi m¹ch ®iÒu khiÓn LED; vµ khèi m¹ch ma trËn LED hiÓn thÞ. 3.1.1. Khèi m¹ch läc vµ chuyÓn m¹ch ®iÖn tö:  TÝn hiÖu tõ ng· vµo ®­îc ®­a ®ång thêi vµo tÊt c¶ c¸c bé läc, t¹i ng· ra cña c¸c bé läc nµy ®­îc ®­a vµo chuyÓn m¹ch ®iÖn tö víi c¸c ng· vµo d÷ liÖu ®iÒu khiÓn chuyÓn m¹ch. T¹i mét thêi ®iÓm chØ cã tÝn hiÖu ra cña mét bé läc. §iÒu nµy ®­îc thùc hiÖn b»ng c¸ch ®­a vµo c¸c d÷ liÖu chuyÓn m¹ch thÝch hîp. 3.1.2. Khoái maïch dao ñoäng, ñeám, thuùc vôùi maïch ®iÒu khiÓn LED:  Trong khèi nµy, m¹ch ®iÒu khiÓn LED lµ ®éc lËp víi nh÷ng phÇn kh¸c nh­ng ®Ó cho gän nªn ®­îc gép chung vµo phÇn nµy. TÝn hiÖu ®­îc ®­a vµo m¹ch ®iÒu khiÓn LED ®Ó cã ®­îc d÷ liÖu t­¬ng øng ë ng· ra hµng. M¹ch dao ®éng t¹o xung clock cÊp cho m¹ch ®Õm kÕt hîp víi m¹ch gi¶i m·,c¸c ng· ra cña m¹ch gi¶i m· chÝnh lµ c¸c ng· ra d÷ liÖu chuyÓn m¹ch cho bé chuyÓn m¹ch, ®ång thêi c¸c ng· ra nµy còng ®­îc ®­a vµo m¹ch thóc ®Ó cho ra c¸c ng· ra cét dïng ®Ó quÐt c¸c cét. 3.1.3. Khèi m¹ch ma trËn LED hiÓn thÞ: Khèi nµy lµ khèi ®¬n gi¶n nhÊt so víi c¸c khèi. §©y lµ mét ma trËn gåm c¸c hµng vµ c¸c cét. Giao ®iÓm cña hµng vµ cét chÝnh lµ LED ®­îc g¾n vµo. D÷ liÖu ®­îc ®­a vµo hµng t¹i tõng thêi ®iÓm t­¬ng øng víi cét ®­îc chän ®Ó hiÓn thÞ.  3.2. ThiÕt kÕ, tÝnh to¸n: 3.2.1. Khèi m¹ch läc vµ chuyÓn m¹ch ®iÖn tö: 3.21. ThiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch läc: Tïy theo tõng cÊp m¸y, ta cã thÓ gÆp c¸c m¹ch ph©n tÝch phæ ©m tÇn ®­îc ph©n chia thµnh nh÷ng tÇn sè trung t©m cña c¸c bé läc nh­ 20Hz, 30Hz, 60Hz, 125Hz, 250Hz, 500Hz, 1KHz, 2KHz, 4KHz, 8KHz, 16KHz, 20KHz,.... ë c¸c m¹ch ph©n tÝch phæ ©m tÇn ®¬n gi¶n h¬n, ta cã thÓ gÆp tÇn sè trung t©m cña c¸c bé läcchØ cã 5 tÇn sè, mét sè lo¹i chuyªn dông, sè tÇn sè trung t©m lªn ®Õn 10, 15, 16,32,... vµ dÜ nhiªn sè l­îng tÇn sè trung t©m cµng nhiÒu th× m¹ch cµng cã chÊt l­îng cµng cao. Th«ng th­êng, c¸c tÇn sè trung t©m ®­îc biÕn thiªn theo qui luËt Octave (tÇn sè t¨ng gÊp ®«i), chÝnh lµ do vÊn ®Ò xö lý hµi (harmonic). §iÒu nµy quyÕt ®Þnh rÊt lín ®èi víi ®é râ, chÊt l­îng cña c¸c nguån ©m ®a d¹ng nh­ c¸c bµi nh¹c hßa tÊu víi nhiÒu lo¹i nh¹c cô kh¸c nhau. VÝ dô nh­: th«ng th­êng ta ph©n biÖt ®­îc nèt La ë cïng b¸t ®é cña mét ®µn guitar vµ cña piano ®­îc chÝnh lµ nhê c¸c hµi ë c¸c b¸t ®é cao h¬n cña nèt La chuÈn mµ ta ph©n biÖt ®­îc ë hai nh¹c cô. Ta cã thÓ diÔn t¶ mét sè tÇn sè mµ lo¹i nh¹c cô cã thÓ ®¹t ®­îc nh­ sau: - ë tÇn sè 30Hz: th­êng nghe ë c¸c lo¹i Bass violin, Bass Tuba, Contrebass,... - ë tÇn sè 60Hz: th­êng nghe ë c¸c lo¹i Trombone, Bassoon, Cello,... - ë tÇn sè 100Hz: th­êng nghe ë c¸c lo¹i Viola, giäng nãi con ng­êi, Kettle drum, c¸c guitar bass, trèng,... - ë tÇn sè 330Hz: th­êng nghe ë ®a sè c¸c ©m c¬ b¶n cña c¸c nh¹c cô vµ giäng nãi con ng­êi. - ë tÇn sè 1KHz: vïng tËp trung c¸c ©m thanh cña c¸c lo¹i nh¹c cô, c¸c ©m cao cña con ng­êi. - ë tÇn sè 3,3KHz: tËp trung c¸c ©m thanh do c¸c lo¹i ®µn d©y t¹o ra. nÐt ë d·y tÇn sè l©n cËn nµy. ë tÇn sè 10KHz: tËp trung hµi bËc cao cña ©m c¬ b¶n cña c¸c lo¹i nh¹c cô, tiÕng x× cña b¨ng tõ g©y ra. - ë

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docMach phan tich pho am thanh.doc
  • docHQDT.doc
  • dbkLast Loaded mach_hoanchinh(Protues).DBK
  • dsnmach_hoanchinh(Protues).DSN
  • pwimach_hoanchinh(Protues).PWI
  • wavWindows XP Startup.wav
Luận văn liên quan