CN2083366U - 微机化声频图示仪 - Google Patents

Abstract

一种微机化声频图示仪，主要由微处理器、可擦 除可编程只读存贮器等集成电路和标准彩色图象监 视器组成，能实时测试音频信号的频率分量，测试结 果以26条不同色彩不同高度的垂直条的形式显示 于监视器的屏幕，具有测试快速、动态显示、直观精确 等优点，适用于音频工程、声学研究、地震监测、医学 和矿物勘探等技术领域。

Description

本实用新型是涉及一种微机化声频图示仪，属于电子测量技术领域。

已有的音频信号测试仪器主要有以下几类：医用心电、脑电图仪；选频电平表；音响设备测试仪器和频谱分析仪。医用心电、脑电图仪只能给被测音频信号（心电、脑电信号）的时域曲线，不能给出被测音频信号的频域曲线。选频电平表（如UD5型）一次只能测出被测音频信号的一个频率分量的幅度，不能同时测出被测音频信号的各个频率分量，且测量操作手续繁复。Tektronix公司生产的5L4N型频谱分析仪能对被测音频信号进行实时测量，但该仪器未采用微处理器技术，无彩色分频和定格功能。

本实用新型的目的是提供一种微机化声频图示仪。该仪主要由微处理器（Z80  CPU）、随机读写存贮器RAM及可擦除可编程只读存贮器（EPROM  27128）等集成电路、标准彩色图象监视器和它们之间的电气连接组成，能对输入的音频信号进行实时测量，测量结果以26条不同彩色不同高度的垂直条的形式显示于标准彩色图象监视器的屏幕，每一种彩色条代表音频范围（50HZ～20KHZ）内26个频率间隔的一个频率分量，垂直条高度代表所对应的信号频率分量的幅度，用分贝（db）表示，并有定格功能以供详细、静止、定量观察和分析。

附图说明：

图1和图2（a）、（b）分别是本实用新型的系统框图和电路图，其中1是衰减器，2是放大器，3是选频网络，4是峰值检波器，共有26路输出，5是26选一开关，由四个CD4051组成，6是对数放大器，7是采样保持电路，由器件LF398组成，8是A／D模－数转换器，由器件ADCO804组成，9是微处理器Z－80  CPU，10是时钟电路，由20MHZ的晶振及非门组成，11是复位电路，12是可擦除可编程只读存贮器EPROM，由器件EPROM2716组成，13是随机存取存贮器RAM，由器件MC6116组成，14是定格控制器，15是垂直条数据输出电路，由器件74LS  273组成，17是行、场控制信号输出电路，由器件74LS  273组成，18是并／串码转换电路I，由器件74LS166组成，19是垂直条宽度调节及编码矩阵电路，由器件LS123和LS374组成，20是PAL调制器，由器件MC1377和4.43MHZ晶振组成，21是彩色编码信号发生器，由器件EPROM2716组成，22是字符信号混合电路，由器件74LS244组成，23是并／串码转换电路Ⅱ，由器件74LS166组成，24是字符信号发生器，由器件EPROM  27128组成，25是行计数器，由二个74LS161器件组成，26是点脉冲计数器，由二个74LS161器件组成，27是电源，28是标准彩色图象监视器。为保持图面整洁，在图2（a）和（b）中未示出电源27和标准彩色图象监视器28的电路。

图3是本实用新型的系统软件流程图。

图4是本实用新型的外形图，其中29是电源开关，带有指示灯，30是“话筒”输入端口，31是“复位”按钮，32是“定格”按钮，33是电源插头CT，34是输入插口CZ。

现结合附图和使用操作，说明本实用新型的构造、内容和工作原理。

本实用新型分装在两只机壳内，一部分（衰减器1～电源27）装在一只机壳内，另一部分（标准彩色图象监视器28）系现成产品，见附图4。两者通过跨在前者的视频输出插口（在背面）和后者的视频输入插口之间的高频同轴电缆连接在一起。如前者改用大机壳，那末把后者装入该机壳，也完全是可以的。

开启标准彩色图象监视器28的电源开关，适当调节监视器的亮度对比度旋钮和色饱和度旋钮以获得最佳图象。

欲测音频信号为嗓音，音乐之类声音时，需利用话筒。把话筒输出电缆插入输入插口CZ34，让声音进入话筒，适当调节衰减器1。欲测音频信号为电信号时，例如从录音机、收音机、电唱机等输出的音频信号时，把被测信号源的输出电缆插入输入口CZ34，按下“复位”按钮31，适当调节衰减器1。

按下电源开关29，开启前一部分的电源，电源开关29按钮内的指示灯亮。

本实用新型内各部分电路得到供电，开始工作。本实用新型的微处理器Z80  CPU9自动完成初始化过程后，便从第一条指令开始，一条接一条地执行固化在可擦除可编程只读存贮器EPROM12中的程序进行数据处理，或通过接口电路把控制信号输送到各有关的电路中去，使这些电路受到信号的控制，按固化程序的指令的要求协调地工作。

前已述及，音频信号可从话筒或被测信号源输入。当从话筒输入时，经衰减器1，再经放大器2放大后，加到缓冲级。当从被测信号源输入时，由于信号较强，可经衰减器1后，直接加到缓冲级。为使附图2的图面尽量简洁，图中未示出“话筒”电路和“复位”电路的开关。缓冲级的输出信号送至含有26个由二阶正反馈带通有源滤波器组成的选频网络3，当参数C和ω₀都归化为1时，其增益G、带宽B、中心频率ω₀可用下式表示：

G＝ (Q·R₄)/(R₁ ²)

通过调节滤波器的中心频率和增益，使选出的信号具有相应的频率和输出幅度。26个选出信号分别送至26个对应的峰值检波器4，每个检波器把选出信号转变成不同幅度的电平，供26选一开关5选择，开关由四个CD4051组成。26选一开关5在微处理器Z80CPU9的控制下，依次从26个选频电路中选出一个信号，送至对数放大器6，旨在把动态范围扩大至60分贝（db）以上。对数放大器6的输出信号送至由器件LF398担任的采样保持电路7。经采样保持电路7稳定后的输出信号经12K电阻器送至由器件ADC  0804担任的A／D模－数转换器8，把模拟信号转换成数字信号，由于ADC0804八位转换器有256级变换输出，一次转换速度为100μs，所以保证足够跟得上音频信号的变化速度。

由A／D模——数转换器8，所得的八位数据在CPU的控制下经数据总线DB存贮在由器件6116担任的随机存贮器RAM13中。输入八位数据的大小在监示屏幕上将以显示的扫描行数的多少表示其高度，八位数据表示256个电平等级，每一等级用一扫描行表示则需256行，本实用新型显示系统考虑到其它必需显示的表格、字符占用的扫描行数，仅取192个电平等级，故在垂直方向上表示有或无的垂直条数据最多占有192个存贮单元。根据电视标准，一行62μs，行消隐12μs，在水平方向，要显示26条垂直条，正程时间仅52μs，加上边缘扩张因素和留作座标图形显示位置占有6条垂直条，共有32条，相邻两条垂直条的时间间隔仅1.6μs。故一行中所含的垂直条只需32个比特表示其状态，合四个字节就可存贮一行垂直条的图象数据。这样一幅含有26条垂直条，最大高度为192行，加上左右边框的画面的图象内容需用192×4＝768个字节的存贮空间，采用器件6116其容量为2K字节，足以存贮一幅图垂直条图象的数据。

由于图形显示垂直条占用了一场扫描行（313行）中的192行，所以数据的采集仅在剩下的100多行时间内进行。在本实用新型系统内每经2行间隔取一次A／D变换数据，取完一行26路垂直数据需占用52行时间，取得的数据经程序处理和排序后存放在2K×8RAMHM6116中。在数据的处理工作中，首先把A／D转换得到的一路八位数据进行压缩去掉过大者（或过少者），使其最高不超过192个数据。其次按其显示方式，由数值大小决定扫描行的高度，自下向上显示，在该高度内出现亮点，不足192行部分则为暗点，例如某路信号数据由底部起显示了24行，则上面的168行（192－24＝168）不显示。所以在显示存贮区内192个存贮单元中，头168行应置“0”，而后面24个应置“1”。全部26路信号皆按此排列。其次再把垂直排列的26路高度数据转换成水平排列的存贮器序列。按此序列CPU与扫描处于同步状态，在一行时间内输出四个字节的并行数据，打入寄存器LS273电路15中。由器件74LS166组成的并／串码转换电路I18，在周期为1.6μs的移位脉冲激励下，逐位输出32个串行数据脉冲表示32个垂直条状态，该脉冲为“1”时表示该条在本行是亮的，为“0”时为暗的，此脉冲信号加到彩色条宽度调节电路19，经一单稳电路使输出脉冲宽度连续可调，去控制彩色条发生电路21。

为使26条垂直条以彩色显示，需经一次彩色编码，形成不同幅度的R。G、B基色信号。由彩色电视原理可知，彩色的配色方程为：F_彩＝R〔R〕＋G〔G〕＋B〔B〕。其中彩色分量的三基色系数R、G、B的相对比例关系决定彩色的色度。为了使电路简单可靠，彩色丰富，本实用新型系统不采用通常的矩阵电阻编码法，而利用作彩色编码信号发生器21的器件EPROM可擦除可编程存贮器2716，预先写入表示各种彩色的代码。例如某一内存字节代码为“11000000”（COH）输出仅用其高6位码，余2位空着，其中“11”位加到红色矩阵放大器，其他低位加到绿、兰矩阵放大器，输出图象垂便为红色，6位码可得64种色彩。任一条垂直条的色彩则由内存编码决定。该存贮器的地址由行计数器25决定，在一行内可选择32个地址单元，计数脉冲与行脉冲同步。这样并／串转换器LS166 23每输入一个移位脉冲，行计数器25地址同步地增1，选择彩色编码信号发生器21中一个代码。

器件EPROM2716输出端接寄存器74LS374，寄存器装有EPROM 2716输出的代码， OE的状态决定了它的输出与否。当并／串转换器 串出脉冲为“1”时，单稳电路便有输出，寄存器74LS374送出编码数据，有彩色条输出；串出脉冲为“0”时，寄存器74LS374关闭，无彩色输出。

从高速远放TL084输出的R、G、B信号和从微处理器Z80CPU9输出的复合同步信号一同送至由器件MC1377组成的PAL编码调制器20中。调制器的输出端可得到1VPP标准彩色全电视信号，直接驱动彩色图象监视器28。

当按下“定格”按钮32时，K闭合，随机存贮器RAM13的WR端为“1”，使该存贮器的存贮内容不再更新，所以屏幕画面内容不再变化而被“冻结”。

本实用新型除了显示代表音频信号频率的26条彩色垂直条外，还可以显示一些字符及图形，如直角坐标，中文和英文字符等。这部分电路由器件字符信号混合电路22、并／串码转换电路Ⅱ23、字符发生器24、行计数器25组成。所需图形予先存贮在由器件EPROM  27128组成的字符发生器24中，由行、场控制信号输出电路17选中不同的存贮单元，由行计数器25，点脉冲计数器26执行，选中的存贮单元内容为“1”或“0”并行码，经并／串码转换电路Ⅱ23，变换成128K×1的黑白图象。象素为512×256点阵，即每行有512个象素，一场取256行，这样的点阵可以产生相当精细的座标、数字或汉字。形成的字符信号经字符信号混合电路22与垂直条信号混合得到一幅完整的，既有反映音频信号频率分量的彩色垂直条又有说明用的字符的画面。

与已有技术相比，本实用新型具有下列四个优点：

1.使用方便，测量迅速：只要把欲测音频信号加至输入插口CZ34，根据信号来源，按下“线路”按钮31或“话筒”按钮30，调节衰减器1，本实用新型便能对欲测音频时域信号进行实时频率分量显示。

2.显示直观生动：测量结果以26条不同色彩不同高度的垂直条的形式直观而生动地显示于标准彩色图象监视器28的屏幕。

3.仪器结构微机化：本实用新型含有Z80CPU微处理器9，由器件EPROM27128组成的可擦除可编程只读存贮器12内固化有音频信号的测试程序等，使电路硬件大量减少，仪器体积因而相应缩小。

4.有定格功能：按一下“定格”按钮32，屏幕上的显示立即停住不变，便于静止观察分辨和摄影。

本实用新型特别适用于测量音响、设备的性能、声乐研究、喉症疾病、心电图和脑电图分析、振动波研究等，所以本实用新型在音频工程、医学、地震监测、矿物勘探等领域必定会得到广泛的应用。

Claims (4)

1、一种声频图示仪，其特征在于它是由衰减器1、放大器2、选频网络3、峰值检波器4、26选一开关5、对数放大器6、采样保持电路7、A/D模一数转换器8、微处理器Z80CPU9、时钟电路10、复位电路11、可擦除可编程只读存贮器EPROM12、随机存取存贮器RAM13、定格控制器14、彩色垂直条数据输出电路15、选通信号输出电路16、行、场控制信号输出电路17、并/串码转换电路I18，彩色垂直条宽度调节及编码矩阵电路19、PAL调制器20、彩色编码信号发生器21、字符信号混合电路22、开/串码转换电路Ⅱ23、字符信号发生器24、行计数器25、点脉冲计数器26、电源27、标准彩色监视器28和它们之间的电气连接组成的，能对输入的音频时域信号进行实时频率测量，并能把测量结果的频率分量以26条不同彩色不同高度的垂直条(一个彩色垂直条代表音频范围(50HZ～20KHZ)内26个可调频率区间中的一个频率分量，垂直条高度代表该垂直条所对应的频率分量的幅度，可用db表示)形式显示于标准彩色图象监视器28的屏幕的微机化声频图示仪。

2、根据权利要求所述的声频图示仪，其特征在于由器件    EPROM  2716组成的可擦除可编程只读存贮器EPROM  12内固化有音频信号的测试和显示程序。

3、根据权利要求1所述的声频图示仪，其特征在于彩色编码信号发生器21为固化有26个代表不同色彩的代码的器件EPROM    2716，字符信号发生器24为固化有字符图形代码的器件EPROM  27128。

4、根据权利要求1所述的声频图示仪，其特征在于彩色编码信号发生器21与点脉冲计数器26、编码矩阵电路19之间的电路连接结构。

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