Nghiên cứu thiết kế mạch chuyển đổi tiếng nói con người thành nguồn số bằng phương pháp điều chế Delta

Đề tài nghiên cứu và thiết kế mạch chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số bằng IC MC3417 CVSD được thiết kế để liên lạc an toàn với quân đội và ứng dụng điện thoại thương mại. Giúp cho việc giao tiếp ở mỗi người trở nên dễ dàng hơn, mạch bao gồm Mic, bộ chuyển đổi từ Analog sang Digital, từ Digital sang Analog. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu thiết kế mạch chuyển đổi tiếng nói con người thành nguồn số bằng phương pháp điều chế Delta NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH CHUYỂN ĐỔI TIẾNG NÓI CON NGƯỜI THÀNH NGUỒN SỐ BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ DELTA Nguyễn Đình Hiếu, Nguyễn Trần Duy Trường, Lê Minh Hiếu Viện Kỹ thuật HUTECH, Trường Đại học Công nghệ TP.Hồ Chí Minh GVHD: ThS. Trần Duy Cường TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu và thiết kế mạch chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số bằng IC MC3417 CVSD được thiết kế để liên lạc an toàn với quân đội và ứng dụng điện thoại thương mại. Giúp cho việc giao tiếp ở mỗi người trở nên dễ dàng hơn, mạch bao gồm Mic, bộ chuyển đổi từ Analog sang Digital, từ Digital sang Analog. Hoạt động của mạch được điều khiển thông qua tiếng nói con người đợc xử lý nhờ bộ chuyển đổi. Mạch sau khi được tính toán, thiết kế, chế tạo đã được lắp ráp và có thể hoạt động tốt. 1 GIỚI THIỆU Tiếng nói là phương tiện chủ yếu mà con người sử dụng để liên lạc và giao tiếp hàng ngày. Khi các phương tiện truyền thông phát triển và số người sử dụng các phương tiện liên lạc tăng lên thì mã hoá tiếng nói được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong các cuộc gọi điện thoại truyền thống, gọi qua mạng di dộng, qua mạng Internet, qua vệ tinh, v.v... Mặc dù với sự phát triển của công nghệ truyền thông qua cáp quang đã làm cho băng thông không còn là vấn đề lớn trong giá thành của các cuộc gọi truyền thống. Tuy nhiên, băng thông trong các cuộc gọi đường dài, các cuộc gọi quốc tế, các cuộc gọi qua vệ tinh hay các cuộc gọi di động thì cần phải duy trì băng thông ở một mức nhất định. Vì vậy việc mã hoá tiếng nói là rất cần thiết, giúp giảm thiểu số lượng tín hiệu cần truyền đi trên đường truyền nhưng vẫn đảm bảo chất lượng của cuộc gọi. 2 THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 2.1 Sơ đồ khối Hình 1. Sơ đồ khối phía điều chế 190 Hình 2. Sơ đồ khối phía giải điều chế 2.2 Chức năng từng khối 2.2.1 Khối nguồn Nguồn +12 V. Nguồn tiếng nói con người (300Hz đến 3K4Hz). Hình 3. Sơ đồ nguyên lý Module cảm biến âm thanh 2.2.2 Khối điều chế Điện thế điều khiển là tín hiệu số phát từ bộ điều chế. Sau đó tín hiệu được tích phân bằng bộ tích phân số 2 trong khoảng thời gian là hằng số lớn hơn ở bộ tích phân thứ nhất. Bộ tích phân này còn được gọi là bộ lọc âm (do việc áp dụng rộng rãi của kỹ thuật này trong xử lý âm thanh). Lúc này rõ ràng là điện thế điều khiển biến đổi chậm hơn rất nhiều theo thời gian. 191 Tín hiệu số từ FF D là đầu ra của bộ điều chế không chỉ được gửi đi trên đường truyền mà còn truyền tới một thanh ghi dịch 3 bit. Thuật toán sử dụng CVSD trong sơ đồ chỉ kiểm tra 3 bit cuối của bộ điều chế theo nguyên tắc là 3 bit này có toàn là bit 0 hay 1 hay không. Điều kiện kiểm tra này còn được gọi là điều kiện lặp. Khi nó xảy ra thì độ khuếch đại của bộ tích phân 1 là rất nhỏ. Đầu ra của bộ phát hiện lặp (kí hiệu là khối LOGIC trên hình) sẽ được tính tích phân nhờ bộ tích phân 2. Lúc này, điện thế đầu ra của bộ lọc âm sẽ điều khiển độ khuếch đại của bộ tích phân 1 thông qua 1 mạch điện. Mạch điện này sẽ xác định dấu của bit (giá trị 0 hay 1) được phát đi từ bộ điều chế. Với cách này thì mức trung bình của tín hiệu, lối vào có thể xác định được. Độ khuếch đại của bộ tích phân sẽ thay đổi theo mức trung bình của tín hiệu lối vào. Vì thế, biên độ của xung răng cưa bị giảm (và nhiễu lượng tử hóa cũng giảm theo) khi tín hiệu vào ở tần số thấp và biên độ sẽ tăng lên (và hiện tượng quá tải dốc cũng giảm) khi tín hiệu vào tăng lên. Tại nơi thu, bộ giải điều chế phải sử dụng kỹ thuật tương thích với nơi phát mới có thể tái tạo lại được tín hiệu. Hình 4. Khối điều chế 2.2.3 Mạch tạo xung CK Tín hiệu dao động được lấy từ thạch anh 4M được điều chế về các chân của ic CD4060 hoạt động như bộ chia tần số. IC LS7490 cũng có tác dụng như một bộ chia tần. 192 Hình 5. Sơ đồ nguyên lý xung Ck 2.2.4 Khối giải điều chế Nguyên lý hoạt động: Tín hiệu delta sau khi qua bộ điều chế xuất ra các mức logic (0 1) qua chân 13 của bộ giải điều chế (MC3417L) để điều chế về dạng tín hiệu ban đầu. Nguyên tắc xử lý khi tín hiệu 0 1 qua DIN chân 13 của bộ so sánh (chân -) cùng với xung ck vào chân 14. Qua bộ FFD hoạt động như 1 bộ đếm bit lên xuống khi nhận 1 thì đếm lên 1 và ngược lại ta được dạng xung bậc thang lấy mẫu như tín hiệu lấy mẫu ban đầu. Khối Polarity hoạt động như 1 chức năng của CVSD để điều chỉnh chu kỳ lấy mẫu một cách chính xác nhất không như điều chế tuyến tính. Chân 3 4 của IC có tác dụng điều chỉnh được chu kỳ lấy mẫu liên tục chính xác. Chân 4 được nối nguồn như 1 điện áp so sánh với tín hiệu từ chân 11. Tín hiệu đi qua bộ SS để hồi tiếp về chân 12 (delta threshold). Tụ c17 và trở 13 có tác dụng như 1 bộ lọc thông thấp để xuất ra loa. Hình 6. Khối giải điều chế 2.2.5 Khối nhận tin Công suất định mức: 3 (W), Độ nhạy: 100 (dB/W), Tỷ số tiếng ồn: 1 (dB). 193 Hình 6. Loa 2.2.6 Tính toán các thông số Khối xung lấy mẫu thạch anh 4M sau khi qua CD4060 có tác dụng như 1 bộ chia tần số. Ta có thể thu được lần lượt các tần số như sau: (Q12/4096) = 976.5625 Hz tại chân ra Q1 của IC4060 (mạch chia 4096). (Q13/8192) = 488.2816 Hz tại chân ra Q2 của IC4060 (mạch chia 8192). (Q14/16384) = 244,14 Hz tại chân ra Q3 của IC4060 (mạch chia 16384). (Q6/64) = 62.500 Hz tại chân ra Q4 (mạch chia 64). (Q7/128) = 31.250 Hz tại chân ra Q6 của IC4060 (mạch chia 128). (Q4/16) = 25.000 Hz tại chân ra Q7 củ ...