基于DSP的数字声级计硬件设计

    声级计是最基本最常用的声学测量仪器,其基本功能是根据国际标准和国家标准按照规定的频率计权和时间计权测量声压级,它适用于工业现场噪声、环境噪声、交通噪声等各种噪声的测量,也可用于听力校准,以确定噪声对人耳听觉的危害程度。传统的声级计以模拟电路为主,以模拟电路构成计权滤波器需要根据不同的中心频率和带宽选用不同的阻容参数,且模拟信号的热噪声和误差会逐级累加和放大,因而整个系统的线路复杂、性能指标不高。此外,噪声是由许多频率成分组成的,在需要进行噪声控制的场合,需要了解所测噪声的频率成分才能进行有针对性的降噪处理,而模拟式声级计需要外接频谱分析仪才能实现频谱分析。本文基于DSP设计一种数字式声级计,将模拟式声级计的量程衰减、频率计权、时间计权、有效值检波等电路用软件实现,能够方便、高速地利用数字信号处理算法编写软件实现频谱分析。

    1 模拟声级计的工作原理

    模拟声级计的工作原理如图1[1]。

    传声器又称话筒,是一种声电换能器件,用来将被测噪声转

换为相应的电信号,提供给后续电路处理。

    前置放大器的主要作用是进行阻抗变换,这是因为电容传声器内阻很高,而后级衰减器和放大器阻抗不可能很高。

    衰减器的作用是对较大的输入信号加以衰减,以实现不同的测量量程。

    计权放大器除了能放大微弱信号,还要求进行频率计权。所谓频率计权是指模拟人耳对不同频率声音有不同的感觉,对接收的声音按规定的频响曲线进行滤波。

    有效值检波器用来将交流信号检波为直流信号,并控制指示仪表获得相应的电平。

    2 基于DSP的数字声级计硬件设计方案

    2.1 数字声级计原理

    数字声级计原理如图2。噪声模拟信号经传声器与前置放大器传送给ADC芯片,由ADC数模转换后取得数字信号送给DSP进行运算处理,程序及噪声数据保存于大容量FLASH,声级、频谱等处理结果送至LCD显示;电源芯片将产生的313 V电压送给各芯片供电,包括DSP内核电压所需的118 V。

    2.2 系统设计方案

    根据上述数字声级计的原理框架,考虑系统的实用性与性价比,本设计选用了TI公司的TMS320VC5416 DSP芯片作为核心微处理器,其他主要配置为: TLV320AIC23BCODEC芯片1片;256 k@16位FLASH 1片;TPS767D318 5V转313 V、118 V电源模块1片;7416245缓冲器2片;MST-G320240DBSW液晶显示模块1片。

    TMS320VC5416作为核心芯片,主要完成对采样后的噪音数字信号的运算处理以及对其它模块的控制。该芯片提供了较大的片内RAM空间,而片内RAM比片外存储器有显著的优点,如速度较快、片内DARAM可以在一个指令周期内访问两次、受干扰很小或不会干扰其他外设等。