一种总谐波失真测量电路的制作方法

1.本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种总谐波失真测量电路。


背景技术：

2.随着互联网技术的迅速发展，云音乐、云语音服务等技术的普及，使得音源类型变得复杂多样化，如互联网音乐、智能手机、智能家居、平板电脑、车联网、智能穿戴等终端产品的音频等，而由于音频源的编码格式繁多，音频输出的音源幅度、动态差异很大，即音频信号为动态变化的，导致现阶段技术的音频设备与音频信号无法很好地匹配，造成音频失真。目前对于语音及音频质量的测试方法有两种：传统的主观评测方法。主观评价是以人为主体来评价语音和音频的质量。主观评价的优点是符合人对音频质量的感觉，缺点是费时费力费钱，且灵活性不够，重复性和稳定性较差，受人的主观影响较大的问题。


技术实现要素：

3.本发明是为了克服现有技术的音频失真检测方式灵活度低、受主观影响大的问题，提供一种自动化程度高适应性强的谐波失真测量电路。
4.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种总谐波失真测量电路，包括：选择放大电路：所述选择放大电路输入与采样信号连接，将采样信号进行放大后输出；波形变换电路：所述波形变换电路的输入端与选择放大电路输出端连接，输出端与单片机连接，所述波形变换电路的作用在于将放大后的采样信号进行比较形成矩形波；所述单片机，接收所波形变换电路的矩形波输出，并对矩形波进行快速傅里叶变换，计算输出采样信号的失真度。工作时，选择放大电路先将采样信号进行电压幅值检测，然后根据采样信号的电压幅值进行自适应倍数的放大，将放大后的采样信号传输给波形变换电路，波形变换电路接收到放大后的采样信号后将放大后的采样信号转换为矩形波传输给单片机后对矩形波进行计算处理输出采样信号失真度，单片机型号为tms320f28379d，作为核心控制模块提高信号处理能力，通过选择放大电路来提高输入信号的的幅度，再接入单片机减少误差。
5.作为优选，所述选择放大电路包括通过开关sw1和开关sw2与采样信号连接的第一双放大电路；通过开关sw3和开关sw4与采样信号连接的第二双放大电路；模拟开关控制器，所述模拟开关根据输入采样信号的电压幅值所述开关sw1、开关sw2、开关sw3和开关sw4的开闭；所述开关sw1、开关sw2、开关sw3和开关sw4通过的控制端与模拟开关控制器连接。
6.放大倍数分多级来实现，通过多个开关选择特定放大倍数，进一步提高测量精度。
7.作为优选，所述第一双放大电路包括放大器d1；所述放大器d1的3in+端与采样信号连接，所述放大器d1的正极电源端与电源正极连接，所述放大器d1的负极电源端与电源负极连接，所述放大器d1的2in-端与电阻r3一端连接，所述电阻r3另一端接地，所述电阻r3
一端还与电阻r2一端连接，所述电阻r2另一端与变阻器r15的线圈一端连接，所述变阻器r15的滑片与开关sw1一端连接，所述开关sw1的另一端与电容c1一端连接，所述电容c1另一端与变阻器r14的线圈一端连接，所述变阻器r14的滑片通过电阻r15与电源正极连接，所述电容c1另一端还与电阻r1一端连接，所述电阻r1另一端接地；所述放大器d1的1out端与开关sw1一端连接，所述放大器d1的1out端还通过电阻r4与所述放大器d1的5in+端连接；所述放大器d1的6in-端与电阻r6一端连接，所述电阻r6另一端接地；所述放大器d1的6in-还与电阻r5一端连接，所述电阻r5另一端与变阻器r16滑片连接，所述变阻器r16的线圈一端与电阻r5一端连接，所述电阻r5另一端与放大器d1的6in-端连接；所述放大器d1的7out端与开关sw2一端连接，所述开关sw2另一端与电容c1一端连接，所述变阻器r14的线圈一端输出为选择放大电路的输出端。
8.作为优选，所述第二双放大电路包括放大器d2，所述放大器d2的5in+端与电阻r7一端连接，电阻r7的另一端与变阻器r16的线圈一端连接，所述放大器d2的6in-端与变阻器r17的线圈一端连接，所述放大器d2的7out端与电阻r9一端连接，所述电阻r9另一端与变阻器r17的滑片连接，所述放大器d2的7out端还与开关sw3的一端连接，所述开关sw3的另一端与，所述开关sw3的一端还与电容c1一端连接，所述放大器d2的正极电源端与电源正极连接，所述放大器d2的负极电源端与电源负极连接，所述电阻r9一端还与电阻r10一端连接，所述电阻r10另一端与放大器d2的3in+端连接，所述放大器d2的2in-端与电阻r12一端连接，所述电阻r12另一端接地，所述放大器d2的1out端与变阻器r18的线圈一端连接没所述变阻器r18的滑片通过电阻r11与电阻r12一端连接，所述放大器d2的1out端还与开关sw4一端连接，所述开关sw4另一端与电阻c1一端连接。第一双放大电路和第二双放大电路结合，实现采样信号的宽幅度识别自适应放大，满足不同采样信号频率的检测需求。
9.作为优选，所述波形变换电路包括：比较器m1，所述比较器m1的正极电源端通过电阻r31与电源正极连接，所述比较器m1的负极电源端与电源负极连接，所述比较器m1的正极输入端与所述选择放大电路的输出端连接，所述比较器的负极输入端与变阻器r19的滑片连接，所述变阻器r19的线圈一端与电容c34一端连接，所述电容c34另一端与电解电容c33负极连接，所述电解电容c33正极与电容c34另一端连接，所述电解电容c33负极与电源负极连接；所述变阻器r19的线圈另一端与比较器m1正极电源端连接，所述比较器m1输出端与单片机连接。波形变换电路对选择放大电路的输出电压进行比较形成矩形波传输给单片机。
10.作为优选，所述波形变换电路还包括连接在选择放大电路输出端和比较器m1正极输入端之间的第三放大电路。对输入信号放大至饱和电压，进一步提高测量精度。
11.作为优选，所述第三放大电路包括放大器d3，所述放大器d3的正极电源端与电源正极连接，所述放大器d3的负极电源端与电源负极连接，所述放大器d3的2in-端与变阻器r20的线圈一端连接，所述放大器d3的3in+端与选择放大电路输出端连接，所述放大器d3的1out端与电阻r41一端连接，所述电阻r41的另一端与变阻器r20的滑片端连接，所述放大器d3的5in+端与电阻r42一端连接，所述电阻r42另一端与电阻r41一端连接，所述放大器d3的6in+端与电阻r46一端连接，所述电阻r46另一端接地，所述放大器d3的6in+端还与变阻器r21的线圈连接，所述变阻器r21的滑片与电阻r43一端连接，所述电阻r43另一端与放大器d3的7out端连接，所述放大器d3的7out端输出与比较器m1正极输入端连接。对输入信号放大至饱和电压，进一步提高测量精度。
12.作为优选，还包括通信单元，所述通信单元与单片机连接，所述单片机通过通信单元与设定的外部单元通信连接。所述通信单元为蓝牙通信、无线通信或数据通信，单片机输出数据通过通信单元传输到外部单元显示。
13.作为优选，所述显示单元与单片机连接，用于显示傅里叶变换的频谱信号以及失真度计算结果。所述显示单元用于显示所述矩形波，单片机计算过程中的计算数据和波形，以及单片机的计算结果。
14.作为优选，所述放大器d1和放大器d2为同型号放大器。所述放大器d1和放大器d2的型号为opa2227，具有精度高，失调电压小，增益带宽基适应输入信号的频率多样化的优点。
15.因此，本发明具有如下有益效果：（1）构建总谐波失真测量电路实现音频信号失真度的自动化测量，提高音频检测的精确度、灵活性和稳定性，适用于构建高准确度、低时延的失真度测量装置，实现了从模拟到数字的快速测量。（2）第一双放大电路和第二双放大电路结合，实现采样信号的宽幅度识别自适应放大，满足不同采样信号频率的检测需求。（3）结合通信单元和显示单元将过程和检测结果进行传输显示，便于获取测量信息。
附图说明
16.图1是本发明一实施例的一种总谐波失真测量电路的选择放大电路示意图。
17.图2是本发明一实施例的一种总谐波失真测量电路的第三放大电路示意图。
18.图3是本发明一实施例的一种总谐波失真测量电路的波形变换电路示意图。
具体实施方式
19.下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
20.实施例：一种总谐波失真测量电路，包括选择放大电路，选择放大电路包括通过开关sw1和开关sw2与采样信号连接的第一双放大电路；通过开关sw3和开关sw4与采样信号连接的第二双放大电路；模拟开关控制器，所述模拟开关根据输入采样信号的电压幅值所述开关sw1、开关sw2、开关sw3和开关sw4的开闭；所述开关sw1、开关sw2、开关sw3和开关sw4通过的控制端与模拟开关控制器连接。
21.如图1所示，第一双放大电路包括放大器d1；所述放大器d1的3in+端与采样信号连接，所述放大器d1的正极电源端与电源正极连接，所述放大器d1的负极电源端与电源负极连接，所述放大器d1的2in-端与电阻r3一端连接，所述电阻r3另一端接地，所述电阻r3一端还与电阻r2一端连接，所述电阻r2另一端与变阻器r15的线圈一端连接，所述变阻器r15的滑片与开关sw1一端连接，所述开关sw1的另一端与电容c1一端连接，所述电容c1另一端与变阻器r14的线圈一端连接，所述变阻器r14的滑片通过电阻r15与电源正极连接，所述电容c1另一端还与电阻r1一端连接，所述电阻r1另一端接地；所述放大器d1的1out端与开关sw1一端连接，所述放大器d1的1out端还通过电阻r4与所述放大器d1的5in+端连接；所述放大器d1的6in-端与电阻r6一端连接，所述电阻r6另一端接地；所述放大器d1的6in-还与电阻r5一端连接，所述电阻r5另一端与变阻器r16滑片连接，所述变阻器r16的线圈一端与电阻
r5一端连接，所述电阻r5另一端与放大器d1的6in-端连接；所述放大器d1的7out端与开关sw2一端连接，所述开关sw2另一端与电容c1一端连接，所述变阻器r14的线圈一端输出为选择放大电路的输出端。
22.第二双放大电路包括放大器d2，所述放大器d2的5in+端与电阻r7一端连接，电阻r7的另一端与变阻器r16的线圈一端连接，所述放大器d2的6in-端与变阻器r17的线圈一端连接，所述放大器d2的7out端与电阻r9一端连接，所述电阻r9另一端与变阻器r17的滑片连接，所述放大器d2的7out端还与开关sw3的一端连接，所述开关sw3的另一端与，所述开关sw3的一端还与电容c1一端连接，所述放大器d2的正极电源端与电源正极连接，所述放大器d2的负极电源端与电源负极连接，所述电阻r9一端还与电阻r10一端连接，所述电阻r10另一端与放大器d2的3in+端连接，所述放大器d2的2in-端与电阻r12一端连接，所述电阻r12另一端接地，所述放大器d2的1out端与变阻器r18的线圈一端连接没所述变阻器r18的滑片通过电阻r11与电阻r12一端连接，所述放大器d2的1out端还与开关sw4一端连接，所述开关sw4另一端与电阻c1一端连接。第一双放大电路和第二双放大电路结合，实现采样信号的宽幅度识别自适应放大，满足不同采样信号频率的检测需求。
23.如图2所示，选择放大电路的输出端与第三放大电路连接，第三放大电路包括放大器d3，所述放大器d3的正极电源端与电源正极连接，所述放大器d3的负极电源端与电源负极连接，所述放大器d3的2in-端与变阻器r20的线圈一端连接，所述放大器d3的3in+端与选择放大电路输出端连接，所述放大器d3的1out端与电阻r41一端连接，所述电阻r41的另一端与变阻器r20的滑片端连接，所述放大器d3的5in+端与电阻r42一端连接，所述电阻r42另一端与电阻r41一端连接，所述放大器d3的6in+端与电阻r46一端连接，所述电阻r46另一端接地，所述放大器d3的6in+端还与变阻器r21的线圈连接，所述变阻器r21的滑片与电阻r43一端连接，所述电阻r43另一端与放大器d3的7out端连接，所述放大器d3的7out端输出与比较器m1正极输入端连接。所述电阻r46另一端与第一led灯珠负极连接，所述led灯珠正极与电阻r45一端连接，所述电阻r45另一端与电源正极连接，所述电阻r46另一端还与电容c44一端连接，电容c44另一端与电源负极连接，所述电容c44一端还与电解电容c43正极连接，所述电解电容c44负极与电源负极连接，所述电源正极和地之间还连接有电容c42，所述电容c42两端还并联有电解电容c41，所述电解电容c41负极接地。对输入信号放大至饱和电压，进一步提高测量精度。
24.如图3所示，第三放大电路的信号输出端与波形变换电路连接，波形变换电路包括：比较器m1，所述比较器m1的正极电源端通过电阻r31与电源正极连接，所述比较器m1的负极电源端与电源负极连接，所述比较器m1的正极输入端与所述选择放大电路的输出端连接，所述比较器的负极输入端与变阻器r19的滑片连接，所述变阻器r19的线圈一端与电容c34一端连接，所述电容c34另一端与电解电容c33负极连接，所述电解电容c33正极与电容c34另一端连接，所述电解电容c33负极与电源负极连接；所述变阻器r19的线圈另一端与比较器m1正极电源端连接，所述比较器m1输出端与单片机连接。所述比较器m1的输出端还与电阻r32一端连接，所述电阻r32另一端与led灯珠正极连接，所述led灯珠负极接地。波形变换电路对选择放大电路的输出电压进行比较形成矩形波传输给单片机。所述放大器d1和放大器d2的型号为opa2227，具有精度高，失调电压小，增益带宽基适应输入信号的频率多样化的优点，比较器m1的型号为lm311。工作时，选择放大电路先将采样信号进行电压幅值检
测，然后根据采样信号的电压幅值进行自适应倍数的放大，将放大后的采样信号传输给波形变换电路，波形变换电路接收到放大后的采样信号后将放大后的采样信号转换为矩形波传输给单片机后对矩形波进行计算处理输出采样信号失真度，单片机型号为tms320f28379d，作为核心控制模块提高信号处理能力，通过选择放大电路来提高输入信号的的幅度，再接入单片机减少误差。
25.本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
26.尽管本文较多地使用了选择放大电路、波形转换电路、采样信号等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

技术特征：
1.一种总谐波失真测量电路，其特征在于，选择放大电路：所述选择放大电路输入与采样信号连接，将采样信号进行放大后输出；波形变换电路：所述波形变换电路的输入端与选择放大电路输出端连接，输出端与单片机连接，所述波形变换电路的作用在于将放大后的采样信号进行比较形成矩形波；所述单片机，接收所波形变换电路的矩形波输出，并对矩形波进行快速傅里叶变换，计算输出采样信号的失真度。2.根据权利要求1所述的一种总谐波失真测量电路，其特征在于，所述选择放大电路包括通过开关sw1和开关sw2与采样信号连接的第一双放大电路；通过开关sw3和开关sw4与采样信号连接的第二双放大电路；模拟开关控制器，所述模拟开关根据输入采样信号的电压幅值所述开关sw1、开关sw2、开关sw3和开关sw4的开闭；所述开关sw1、开关sw2、开关sw3和开关sw4通过的控制端与模拟开关控制器连接。3.根据权利要求2所述的一种总谐波失真测量电路，其特征在于，所述第一双放大电路包括放大器d1；所述放大器d1的3in+端与采样信号连接，所述放大器d1的正极电源端与电源正极连接，所述放大器d1的负极电源端与电源负极连接，所述放大器d1的2in-端与电阻r3一端连接，所述电阻r3另一端接地，所述电阻r3一端还与电阻r2一端连接，所述电阻r2另一端与变阻器r15的线圈一端连接，所述变阻器r15的滑片与开关sw1一端连接，所述开关sw1的另一端与电容c1一端连接，所述电容c1另一端与变阻器r14的线圈一端连接，所述变阻器r14的滑片通过电阻r15与电源正极连接，所述电容c1另一端还与电阻r1一端连接，所述电阻r1另一端接地；所述放大器d1的1out端与开关sw1一端连接，所述放大器d1的1out端还通过电阻r4与所述放大器d1的5in+端连接；所述放大器d1的6in-端与电阻r6一端连接，所述电阻r6另一端接地；所述放大器d1的6in-还与电阻r5一端连接，所述电阻r5另一端与变阻器r16滑片连接，所述变阻器r16的线圈一端与电阻r5一端连接，所述电阻r5另一端与放大器d1的6in-端连接；所述放大器d1的7out端与开关sw2一端连接，所述开关sw2另一端与电容c1一端连接，所述变阻器r14的线圈一端输出为选择放大电路的输出端。4.根据权利要求3所述的一种总谐波失真测量电路，其特征在于，所述第二双放大电路包括放大器d2，所述放大器d2的5in+端与电阻r7一端连接，电阻r7的另一端与变阻器r16的线圈一端连接，所述放大器d2的6in-端与变阻器r17的线圈一端连接，所述放大器d2的7out端与电阻r9一端连接，所述电阻r9另一端与变阻器r17的滑片连接，所述放大器d2的7out端还与开关sw3的一端连接，所述开关sw3的另一端与，所述开关sw3的一端还与电容c1一端连接，所述放大器d2的正极电源端与电源正极连接，所述放大器d2的负极电源端与电源负极连接，所述电阻r9一端还与电阻r10一端连接，所述电阻r10另一端与放大器d2的3in+端连接，所述放大器d2的2in-端与电阻r12一端连接，所述电阻r12另一端接地，所述放大器d2的1out端与变阻器r18的线圈一端连接没所述变阻器r18的滑片通过电阻r11与电阻r12一端连接，所述放大器d2的1out端还与开关sw4一端连接，所述开关sw4另一端与电阻c1一端连接。5.根据权利要求4所述的一种总谐波失真测量电路，其特征在于，所述波形变换电路包括：比较器m1，所述比较器m1的正极电源端通过电阻r31与电源正极连接，所述比较器m1的负极电源端与电源负极连接，所述比较器m1的正极输入端与所述选择放大电路的输出端连
接，所述比较器的负极输入端与变阻器r19的滑片连接，所述变阻器r19的线圈一端与电容c34一端连接，所述电容c34另一端与电解电容c33负极连接，所述电解电容c33正极与电容c34另一端连接，所述电解电容c33负极与电源负极连接；所述变阻器r19的线圈另一端与比较器m1正极电源端连接，所述比较器m1输出端与单片机连接。6.根据权利要求5所述的一种总谐波失真测量电路，其特征在于，所述波形变换电路还包括连接在选择放大电路输出端和比较器m1正极输入端之间的第三放大电路。7.根据权利要求6所述的一种总谐波失真测量电路，其特征在于，所述第三放大电路包括放大器d3，所述放大器d3的正极电源端与电源正极连接，所述放大器d3的负极电源端与电源负极连接，所述放大器d3的2in-端与变阻器r20的线圈一端连接，所述放大器d3的3in+端与选择放大电路输出端连接，所述放大器d3的1out端与电阻r41一端连接，所述电阻r41的另一端与变阻器r20的滑片端连接，所述放大器d3的5in+端与电阻r42一端连接，所述电阻r42另一端与电阻r41一端连接，所述放大器d3的6in+端与电阻r46一端连接，所述电阻r46另一端接地，所述放大器d3的6in+端还与变阻器r21的线圈连接，所述变阻器r21的滑片与电阻r43一端连接，所述电阻r43另一端与放大器d3的7out端连接，所述放大器d3的7out端输出与比较器m1正极输入端连接。8.根据权利要求5或6或7所述的一种总谐波失真测量电路，其特征在于，还包括通信单元，所述通信单元与单片机连接，所述单片机通过通信单元与设定的外部单元通信连接。9.根据权利要求7所述的一种总谐波失真测量电路，其特征在于，还包括显示单元，所述显示单元与单片机连接，用于显示傅里叶变换的频谱信号以及失真度计算结果。10.根据权利要求8所述的一种总谐波失真测量电路，其特征在于，所述放大器d1和放大器d2为同型号放大器。

技术总结
本发明公开了一种总谐波失真测量电路，包括：选择放大电路：选择放大电路输入与采样信号连接，将采样信号进行放大后输出；波形变换电路：波形变换电路的输入端与选择放大电路输出端连接，输出端与单片机连接，波形变换电路的作用在于将放大后的采样信号进行比较形成矩形波；单片机，接收所波形变换电路的矩形波输出，并对矩形波进行快速傅里叶变换，计算输出采样信号的失真度。构建总谐波失真测量电路实现音频信号失真度的自动化测量，提高音频检测的精确度、灵活性和稳定性，适用于构建高准确度、低时延的失真度测量装置，实现了从模拟到数字的快速测量。多级选择放大电路实现采样信号的宽幅度识别自适应放大，满足不同采样信号频率的检测需求。号频率的检测需求。号频率的检测需求。


技术研发人员：许晓峰 何丰丞 张建鹏 蔡领 徐冰 李云飞 邱智予 陈仕明 沈凯 周永汉 严熠
受保护的技术使用者：国网浙江省电力有限公司江山市供电公司
技术研发日：2022.10.09
技术公布日：2023/7/13