CN102404669A - 音频频率检测电路以及音频频率检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种音频频率检测电路和方法，其中所述音频频率检测电路包括：波形转换模块，用于将采集的音频正弦波信号转换成方波信号；频率检测模块，用于根据所述方波信号进行音频频率检测，具体包括：计数子模块，用于统计预设时间内所述方波信号的脉冲数；计算子模块，用于根据所述预设时间和脉冲数计算出音频频率参数。本申请能够提高CPU使用效率。并且降低制造的成本，缩短研发周期，提高测试速度及效率。

Description

音频频率检测电路以及音频频率检测方法

技术领域

本申请涉及音频频率检测的技术领域，特别是涉及一种音频频率检测电路和一种音频频率检测方法。

背景技术

在日常生活的许多领域，广泛的应用到音频设备，而在音频设备的应用和研发过程中，需要应用到音频频率检测电路。

现有技术的音频频率检测电路如图1所示，通常包括AD转换模块001、频率检测模块002、UART通信模块003、DA转换模块004、运放输出模块005和SPK播放模块006。其中，AD转换模块001连接频率检测模块002，频率检测模块002分别与UART通信模块003和DA转换模块004连接，DA转换模块004连接运放输出模块005，运放输出模块005连接SPK播放模块006。具体而言：

AD转换模块001将采集的音频信号转换为数AD采集设备将声音的模拟信号转化为数字信号，传输给频率检测模块002；

频率检测模块002，通过CPU运用FFT算法对音频正弦波进行检测，得到音频频率参数；

UART通信模块003，频率检测模块002通过UART(UniversalAsynchronous Receiver/Transmitter，通用异步接收/发送装置)通信模块将音频频率参数输出给外部连接设备；

DA转换模块004，频率检测模块002将音频频率参数传输给DA转换模块004，生成音频模拟正弦波信号传给后续处理和播放设备；

运放输出模块005，用于对DA转换模块004输入的信号进行调节和功率放大达到SPK扬声装置可以播放的功率，向SPK播放模块006输出；

SPK播放模块006，用于对测试完的运放输出模块005输入音频信号进行播放。

其中，音频频率检测是通过CPU运用FFT算法对音频正弦波进行检测。FFT算法简单的解释是快速傅里叶变换，是一种数字信号处理快速算法。或者理解为，2点DFT运算称为蝶形运算，而整个FFT就是由若干级迭代的蝶形运算组成。

使用FFT的方式测试频率准确，分辨率高；可FFT算法的运算复杂，当在计算波形各点的值及能量时候，这种方法需要高速、高精度的AD及高速CPU，对绝大部分元器件的要求也高，CPU的使用率也高。而直接采用正弦波的音频信号进行检测频率时，检测的速度慢，对设备个元件的要求也高，因此研发、生产费用高，而效率较低。

因此，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：提出一种新的音频频率检测电路，提高CPU使用效率。并且降低制造的成本，缩短研发周期，提高测试速度及效率。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种音频频率检测电路及一种音频频率检测的方法，用以提高CPU使用效率。并且降低制造的成本，缩短研发周期，提高测试速度及效率。

为了解决上述问题，本申请实施例公开了一种音频频率检测电路，包括：

波形转换模块，用于将采集的音频正弦波信号转换成方波信号；

频率检测模块，用于根据所述方波信号进行音频频率检测，具体包括：

计数子模块，用于统计预设时间内所述方波信号的脉冲数；

计算子模块，用于根据所述预设时间和脉冲数计算出音频频率参数。

优选的是，所述波形转换模块包括：

基准信号提供子模块，用于提供基准方波的参考数据；

转换子模块，用于将所述音频正弦波信号对比所述基准方波的参考数据生成方波信号。

优选的是，所述频率检测模块还包括：

指令触发子模块，用于接收音频频率检测指令，并根据该指令触发计数子模块。

优选的是，所述电路还包括：

通信模块，与所述频率检测模块相连接，用于向外部设备输出音频频率参数。

优选的是，所述电路还包括：

波形生成模块，与所述频率检测模块相连接，用于生成第一正弦波信号，所述第一正弦波信号为所述音频频率参数的正弦波信号。

优选的是，所述波形生成模块包括：

时钟源提供子模块，用于提供基准正弦波的参考数据；

波形发生器，用于将所述音频频率参数对比所述基准正弦波的参考数据生成第一正弦波信号。

优选的是，所述电路还包括：

音频信号采集模块，用于采集音频的模拟信号；

信号预处理模块，用于对所述音频模拟信号进行预处理，所述预处理包括对音频模拟信号进行增益调节，和/或，减少或降低所述音频模拟信号的噪音；

模数转换模块，用于将所述预处理后的音频模拟信号转换为数字信号；

输入模块，用于将所述第二正弦波信号发送给波形转换模块，所述第二正弦波信号为数字信号的正弦波信号。

优选的是，所述电路还包括：

数模转换模块，与所述波形生成模块连接，用于将所述第一正弦波信号转换为第三正弦波信号，其中，所述第三正弦波信号为模拟信号的正弦波信号；

调节模块，用于对所述第三正弦波信号进行调节，所述调节包括修正所述模拟信号的正弦波信号，和/或，对所述模拟信号进行功率放大；

音频播放模块，用于将所述调节后的音频模拟信号进行播放。

本申请实施例还公开了一种音频频率检测方法，包括：

将采集的音频正弦波信号转换成方波信号；

根据所述方波信号进行音频频率检测，具体包括：

统计预设时间内所述方波信号的脉冲数；

根据所述预设时间和脉冲数计算出音频频率参数。

优选的是，所述将采集的音频正弦波信号转换成方波信号的步骤包括：

提供基准方波的参考数据；

将所述音频正弦波信号对比所述基准方波的参考数据生成方波信号。

优选的是，在所述根据所述方波信号进行音频频率检测的步骤之前，还包括：

接收音频频率检测指令，并根据该指令触发统计预设时间内所述方波信号的脉冲数的操作。

优选的是，在所述根据预设时间和脉冲数计算出音频频率参数的步骤之后，所述方法还包括：

向外部设备输出音频频率参数。

优选的是，在所述根据预设时间和脉冲数计算出音频频率参数的步骤之后，所述方法还包括：

生成第一正弦波信号，所述第一正弦波信号为所述音频频率参数的正弦波信号，具体包括：

提供基准正弦波的参考数据；

将所述音频频率参数对比所述基准正弦波的参考数据生成第一正弦波信号。

优选的是，在将采集的音频正弦波信号转换成方波信号的步骤之前，所述方法还包括：

采集音频的模拟信号；

对所述音频模拟信号进行预处理，所述预处理包括对音频模拟信号进行增益调节，和/或，减少或降低所述音频模拟信号的噪音；

将所述预处理后的音频模拟信号转换为数字信号；

根据所述数字信号生成第二正弦波信号并发送，所述第二正弦波信号为数字信号的正弦波信号。

优选的是，所述方法还包括：

将所述第一正弦波信号转换为第三正弦波信号，其中，所述第三正弦波信号为模拟信号的正弦波信号；

对所述第三正弦波信号进行调节，所述调节包括修正所述模拟信号的正弦波信号，和/或，对所述模拟信号进行功率放大；

将所述调节后的音频模拟信号进行播放。

与现有技术相比，本申请具有以下优点：

本申请在传统音频频率检测的方法基础上，增加了将音频正弦波信号转换为音频方波信号的装置，且采用了更方便快捷的对音频方波信号频率测试的计算方法。

因为使用检测方波的方式检测音频频率，因为方波比正弦波的规则和计算都要简单，对比直接检测正弦波；所以方波检测频率的速度快，频率准，研发周期短，抗干扰能力强稳定性好。并且检测方波不需要使用FFT算法，所以对检测设备大部分元器件要求低，从而可以降低研发制造成本。

附图说明

图1是现有技术音频频率检测电路的结构框图；

图2是本申请的一种音频频率检测电路实施例1的结构框图；

图3是本申请的一种音频频率检测电路实施例2的结构框图；

图4是本申请的一种音频频率检测方法实施例1的步骤流程图；

图5是本申请的一种音频频率检测方法实施例2的步骤流程图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

现有技术在音频频率检测时运用FFT算法计算音频频率参数，且音频信号是正弦波信号，这样不但在CPU的占用率高，检测效率慢，而且对设备各元件的要求也高，增加了成本。本申请实施例的核心构思之一在于，将正弦波的音频信号转换成方波的音频信号，并根据统计预设时间内方波信号的脉冲数计算音频频率参数，不再使用FFT算法，因而降低了CPU占用率和元器件要求，提高了效率，降低了成本。

参考图2，示出了本申请的一种音频频率检测电路实施例1的结构图，可以包括：

波形转换模块101，用于将采集的音频正弦波信号转换成方波信号；

在本申请的一种优选实施例中，所述波形转换模块101，可以进一步包括：

基准信号提供子模块，用于提供基准方波的参考数据；

转换子模块，用于将所述音频正弦波信号对比所述基准方波的参考数据生成方波信号。

在具体实施中，由于音频信号一般都是正弦波信号，所以需要对正弦波信号进行转换，生成方波信号；根据基准信号提供子模块提供的基准方波参考数据，与接收的音频正弦波信号进行比较，所述的音频正弦波信号随即生成为音频方波信号。

频率检测模块102，用于根据所述波形转换模块101传送的方波信号进行音频频率检测。

在本申请的一种优选实施例中，所述频率检测模块102，可以进一步包括：

计数子模块121，用于统计预设时间内方波信号的脉冲数；

计算子模块122，用于根据所述预设时间和脉冲数计算出音频频率参数。

上述电路的具体操作可如下例所示：

平常音频频率检测电路不是一直处于工作状态的，当接受到对音频频率检测的命令时，通过指令触发子模块下达电路开始工作的指令；然后计数子模块开始计时，设置为100ms的统计时间T，统计在100ms的时间内通过电路的音频方波信号的方波脉冲数X，X为20；根据统计时间和脉冲数计算出音频频率参数。这里采用的计算方式是脉冲数值除以统计时间得出音频频率，所以这个音频的频率V＝X/T＝20/0.1s＝200HZ。得到这个音频的频率V为200赫兹。最后通过通信子模块输出给外部的需要应用这个音频频率参数的设备上的软件，通信子模块就是一个通用异步接收/发送装置，用于频率检测模块与外部装置之间的通信。

当然，上述实施例仅仅用作一种示例，在具体实现中，本领域技术人员可以通过上述方法原理，做出更多的变化，如采改变音频频率检测预设时间；以及，采用其它任一种方法改变频率检测模块与外部装置之间的通信方式，都是基于本申请的变换应用，本申请无需对此加以限制。

在本申请的另一种优选实施例中，所述频率检测模块102，还可以进一步包括：

指令触发子模块，用于接收音频频率检测指令，并根据该指令触发计数子模块；

在具体实施中，所述音频频率检测电路，还包括：

通信模块，用于向外部设备输出音频频率参数。

参考图3，示出了本申请的一种音频频率检测电路实施例2的结构图，可以包括：

本实施例中电路各模块连接关系为音频信号采集模块201连接信号预处理模块202，信号预处理模块202连接模数转换模块203，模数转换模块203连接输入模块204，输入模块204连接波形转换模块205，波形转换模块205连接频率检测模块206，频率检测模块206连接波形生成模块207，波形生成模块207连接数模转换模块208，数模转换模块208连接调节模块209，调节模块209连接音频播放模块210。

以下对各个模块具体说明：

音频信号采集模块201，用于采集音频的模拟信号；

在具体实现中，所述音频一般从外部的音频生成设备获得，如PC机的音频播放器，MP3，CD播放机，移动终端等。信号预处理模块202，用于对所述采集的音频模拟信号进行预处理，所述预处理包括对音频模拟信号进行增益调节，和/或，减少或降低所述音频模拟信号的噪音；

信号预处理模块的具体工作流程可以为对采集的音频模拟信号做两次放大处理。第一次放大处理是电路对所述音频模拟信号进行自动调节增益度，让信号更清晰；第一次放大处理是电路调节增益度，使所述音频模拟信号达到一个后续处理需要的固定值。然后对处理完成的所述音频模拟信号消噪，减少或降低信号的噪音。

模数转换模块203，用于将所述预处理后的音频模拟信号转换为数字信号；

输入模块204，用于将所述第二正弦波信号发送给波形转换模块，所述第二正弦波信号为数字信号的正弦波信号；

波形转换模块205，用于将所述采集的音频正弦波信号转换成方波信号；

频率检测模块206，用于根据所述方波信号进行音频频率检测；

波形生成模块207，用于生成第一正弦波信号，所述第一正弦波信号为所述音频频率参数的正弦波信号；

在本申请的一种优选实施例中，所述波形生成模块207，可以进一步包括：

时钟源提供子模块，用于提供基准正弦波的参考数据；

波形发生器，用于将所述音频频率参数对比所述基准正弦波的参考数据生成第一正弦波信号。

数模转换模块208，用于将所述第一正弦波信号转换为第三正弦波信号；

调节模块209，用于对所述第三正弦波信号进行调节，所述调节包括修正所述第三正弦波信号，和/或，对所述第三正弦波信号进行功率放大；

调节模块的具体工作流程是对所述模拟信号的正弦波信号进行波形修正，因为生成的正弦波信号的波形不平滑有毛刺，所以波形修正主要是去除波形的毛刺是正弦波更为平滑。然后对所述的音频信号进行功率的放大，以保证其可以带动音频播放模块。

音频播放模块210，用于将所述调节后的第三正弦波信号进行播放。

为了方便本领域技术人员更好地理解本申请，以下通过一个完整示例更进一步说明本申请：

音频信号采集模块内部的拾音元件接收到一段音频模拟正弦波信号，将所述信号传送给信号预处理模块。

信号预处理模块对采集的所述音频模拟信号做两次放大处理。第一次放大处理是电路对所述音频模拟信号进行自动调节增益度，让信号更清晰；第一次放大处理是电路调节增益度，使所述音频模拟信号达到后续处理需要的固定值。然后对处理完成的所述音频模拟信号消噪，减少或降低信号的噪音，再输出给模数转换模块。

模数转换模块将所述预处理后的所述音频模拟信号转换为数字信号，输入模块将转换完成的音频数字信号的正弦波信号传输给波形转换模块。

波形转换模块根据基准信号提供子模块提供的基准方波参考数据，与接收的音频正弦波信号进行比较，所述的音频正弦波信号随即生成为音频方波信号，传输给频率检测模块。

频率检测模块已经得到对所述音频信号做音频频率检测的指令，频率检测模块的计数子模块开始计时，设置为100ms的统计时间T，统计在100ms的时间内通过电路的音频方波信号的方波脉冲数X，X为20；根据统计时间和脉冲数计算出音频频率参数。这里采用的计算方式是脉冲数值除以统计时间得出音频频率，所以这个音频的频率V＝X/T＝20/0.1s＝200HZ，得到这个音频的频率V为200赫。最后通过通信子模块输出给外部的需要应用这个音频频率参数的设备上的软件。

频率检测模块将测试得到的所述音频频率参数输出给波形生成模块。波形生成模块根据基准正弦波的参考数据，与接收的音频频率参数进行比较，所述的音频频率参数随即生成为音频数字正弦波信号。同时将所述生成的信号传输给数模转换模块。

数模转换模块将所述音频频率参数的正弦波信号转换为模拟信号的正弦波信号，并将音频模拟正弦波信号传输给调节模块。

调节模块对所述音频模拟正弦波信号进行波形修正，因为生成的正弦波信号的波形不平滑有毛刺，所以波形修正主要是去除波形的毛刺是正弦波更为平滑。然后对所述的音频信号进行功率的放大，以保证其可以带动音频播放模块后输入给音频播放模块。

音频播放模块将所述调节后的音频模拟信号进行播放。

参考图4，示出了本申请的一种音频频率检测方法实施例1的步骤流程图，可以包括：

步骤301，将采集的音频正弦波信号转换成方波信号；

步骤302，根据所述方波信号进行音频频率检测。

在本申请的一种优选实施例中，所述音频频率检测方法，具体可以进一步包括：

子步骤321，统计预设时间内方波信号的脉冲数；

子步骤322，根据所述预设时间和脉冲数计算出音频频率参数。

在本申请的一种优选实施例中，所述步骤301包括：

子步骤S31提供基准方波的参考数据；

子步骤S32将所述音频正弦波信号对比所述基准方波的参考数据生成方波信号。

在本申请的一种优选实施例中，所述步骤302之前还包括：

子步骤S33接收音频频率检测指令，并根据该指令触发统计预设时间内所述方波信号的脉冲数的操作。

在具体实现中，根据所述预设时间和脉冲数计算出音频频率参数的方法是，得到音频频率检测的指令后，音频频率检测电路的CPU进行使能CPU外部中断为0的操作，清零定时器，继电器闭合消抖，开始计数脉冲，100ms后取出脉冲数量，计算出脉冲的计数值。

计算采用的方法是：频率(V)＝计数值(X)/统计时间(T)。

参考图5，示出了本申请的一种音频频率检测方法实施例2的步骤流程图，可以包括：

步骤401、采集音频的模拟信号；

步骤402、对所述音频模拟信号进行预处理；

所述预处理可以包括对音频模拟信号进行增益调节，和/或，减少或降低所述音频模拟信号的噪音。

步骤403、将所述预处理后的音频模拟信号转换为数字信号；

步骤404、根据所述数字信号生成数字信号的正弦波信号并发送；

步骤405、将所述数字信号的正弦波信号转换成方波信号；

步骤406、根据所述方波信号进行音频频率检测，得到音频频率参数；

步骤407、提供基准正弦波的参考数据，将所述音频频率参数对比所述基准正弦波的参考数据生成所述音频频率参数的正弦波信号；

步骤408、将所述音频频率参数的正弦波信号转换为模拟信号的正弦波信号；

步骤409、对所述模拟信号的正弦波信号进行调节；

所述调节可以包括修正所述模拟信号的正弦波信号，和/或，对所述模拟信号进行功率放大。

步骤410、将所述调节后的音频模拟信号进行播放。

在具体实现中，在所述步骤406之后，还可以包括如下步骤：

向外部设备输出音频频率参数。

例如：在计算得到音频频率参数后可以通过通用异步接收/发送装置向外部连接的设备输出。

需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本申请所必须的。

以上对本申请所提供的一种音频频率检测电路和一种音频频率检测方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (15)

1.一种音频频率检测电路，其特征在于，包括：

波形转换模块，用于将采集的音频正弦波信号转换成方波信号；

频率检测模块，用于根据所述方波信号进行音频频率检测，具体包括：

计数子模块，用于统计预设时间内所述方波信号的脉冲数；

计算子模块，用于根据所述预设时间和脉冲数计算出音频频率参数。

2.如权利要求1的音频频率检测电路，其特征在于，所述波形转换模块包括：

基准信号提供子模块，用于提供基准方波的参考数据；

转换子模块，用于将所述音频正弦波信号对比所述基准方波的参考数据生成方波信号。

3.如权利要求1或2的音频频率检测电路，其特征在于，所述频率检测模块还包括：

指令触发子模块，用于接收音频频率检测指令，并根据该指令触发计数子模块。

4.如权利要求3的音频频率检测电路，其特征在于，所述电路还包括：

通信模块，与所述频率检测模块相连接，用于向外部设备输出音频频率参数。

5.如权利要求1或2所述的音频频率检测电路，其特征在于，所述电路还包括：

波形生成模块，与所述频率检测模块相连接，用于生成第一正弦波信号，所述第一正弦波信号为所述音频频率参数的正弦波信号。

6.如权利要求5所述的音频频率检测电路，其特征在于，所述波形生成模块包括：

时钟源提供子模块，用于提供基准正弦波的参考数据；

波形发生器，用于将所述音频频率参数对比所述基准正弦波的参考数据生成第一正弦波信号。

7.如权利要求1或2的音频频率检测电路，其特征在于，所述电路还包括：

音频信号采集模块，用于采集音频的模拟信号；

信号预处理模块，用于对所述音频模拟信号进行预处理，所述预处理包括对音频模拟信号进行增益调节，和/或，减少或降低所述音频模拟信号的噪音；

模数转换模块，用于将所述预处理后的音频模拟信号转换为数字信号；

输入模块，用于将所述第二正弦波信号发送给波形转换模块，所述第二正弦波信号为数字信号的正弦波信号。

8.如权利要求7的音频频率检测电路，其特征在于，所述电路还包括：

数模转换模块，与所述波形生成模块连接，用于将所述第一正弦波信号转换为第三正弦波信号，其中，所述第三正弦波信号为模拟信号的正弦波信号；

调节模块，用于对所述第三正弦波信号进行调节，所述调节包括修正所述模拟信号的正弦波信号，和/或，对所述模拟信号进行功率放大；

音频播放模块，用于将所述调节后的音频模拟信号进行播放。

9.一种音频频率检测方法，其特征在于，包括：

将采集的音频正弦波信号转换成方波信号；

根据所述方波信号进行音频频率检测，具体包括：

统计预设时间内所述方波信号的脉冲数；

根据所述预设时间和脉冲数计算出音频频率参数。

10.如权利要求9的音频频率检测方法，其特征在于，所述将采集的音频正弦波信号转换成方波信号的步骤包括：

提供基准方波的参考数据；

将所述音频正弦波信号对比所述基准方波的参考数据生成方波信号。

11.如权利要求9或10的音频频率检测方法，其特征在于，在所述根据所述方波信号进行音频频率检测的步骤之前，还包括：

接收音频频率检测指令，并根据该指令触发统计预设时间内所述方波信号的脉冲数的操作。

12.如权利要求11的音频频率检测方法，其特征在于，在所述根据预设时间和脉冲数计算出音频频率参数的步骤之后，所述方法还包括：

向外部设备输出音频频率参数。

13.如权利要求9或10所述的音频频率检测方法，其特征在于，在所述根据预设时间和脉冲数计算出音频频率参数的步骤之后，所述方法还包括：

生成第一正弦波信号，所述第一正弦波信号为所述音频频率参数的正弦波信号，具体包括：

提供基准正弦波的参考数据；

将所述音频频率参数对比所述基准正弦波的参考数据生成第一正弦波信号。

14.如权利要求9或10的音频频率检测方法，其特征在于，在将采集的音频正弦波信号转换成方波信号的步骤之前，所述方法还包括：

采集音频的模拟信号；

对所述音频模拟信号进行预处理，所述预处理包括对音频模拟信号进行增益调节，和/或，减少或降低所述音频模拟信号的噪音；

将所述预处理后的音频模拟信号转换为数字信号；

根据所述数字信号生成第二正弦波信号并发送，所述第二正弦波信号为数字信号的正弦波信号。

15.如权利要求14的音频频率检测方法，其特征在于，所述方法还包括：

将所述第一正弦波信号转换为第三正弦波信号，其中，所述第三正弦波信号为模拟信号的正弦波信号；

对所述第三正弦波信号进行调节，所述调节包括修正所述模拟信号的正弦波信号，和/或，对所述模拟信号进行功率放大；

将所述调节后的音频模拟信号进行播放。

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