麦克风阵列数字助听器的硬件设计与实现

发布时间：2017-10-11 08:19

  本文关键词：麦克风阵列数字助听器的硬件设计与实现

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【摘要】：在快节奏和高压力的现代社会,因为先天身体缺陷或是后天环境因素影响,患有不同程度听力损失的人数在逐年攀升。作为社会中的个体,交流沟通是融入社会的重要手段,而听力的损失必然会影响到这一过程的正常进行,会给患者带来极大的不便甚至痛苦。助听器作为一种极为有效的辅助治疗工具,现在已经发展到了智能性的数字助听器,数字助听器通过处理器拟合出最适应个体的声音补偿曲线。但国内的盒式助听器主要集中在相对低端的模拟助听器,缺少性价比较高的数字助听器。本文设计了一款基于ARM Cortex-A8的麦克风阵列数字助听器,在尽量降低成本的同时,保证了对语音增强算法的驱动能力,具有较高的实用价值。基于ARM Cortex-A8的嵌入式系统设计是本文的核心,四麦克风一维线性阵列的采用为多通道语音增强算法提供了硬件基础。论文首先论述了数字助听器的背景和意义,并简要地讲解了与数字助听器相关的关键技术,包括数字助听器工作原理与麦克风阵列拓扑结构。然后论文以ARM芯片S5PV210为核心,完成了整体的硬件电路设计,包括数字助听器整体架构设计、麦克风驱动电路设计、音频缓冲电路设计、电源模块设计、音频编码模块设计、音频解码模块设计、串口模块设计和去耦电路设计。各功能模块的设计首先根据功能要求选择芯片,然后依据芯片的用户手册搭建电路,最后实现功能模块间的互连。论文最后是PCB设计和功能调试。PCB设计主要涉及到电路板层数选择、内电层铜皮分割和元器件布局布线,根据相关设计的基本原则以及数字助听器电路板的实际情况,具体阐述了PCB设计的过程。功能调试包括对电路板焊接情况的检查,电源模块短路测试以及电源电压和时钟信号频率的测量,最终成功的完成了预期的电路功能。另外,硬件电路设计中预留了I2S和GPIO接口,便于数字助听器的应用扩展。
【关键词】：助听器 麦克风阵列 嵌入式系统 PCB设计
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R764.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-12
• 1.1 课题背景8-9
• 1.2 国内外研究现状9-10
• 1.3 课题研究的目的及意义10-11
• 1.4 本论文主要内容及结构11-12
• 第2章 麦克风阵列数字助听器技术应用12-20
• 2.1 数字助听器12-15
• 2.1.1 语音基础知识12-13
• 2.1.2 数字助听器设计要求和指标13
• 2.1.3 数字助听器工作原理13-15
• 2.2 麦克风阵列结构15-17
• 2.2.1 麦克风阵列声场结构15-16
• 2.2.2 麦克风阵列拓扑结构16-17
• 2.3 数字音频技术17-19
• 2.3.1 脉冲编码调制技术17-18
• 2.3.2 I2S总线协议18-19
• 2.4 本章小结19-20
• 第3章 硬件电路设计20-39
• 3.1 系统整体硬件结构设计20
• 3.2 核心处理器选择20-22
• 3.3 存储模块电路22-25
• 3.3.1 SDRAM存储器电路22-23
• 3.3.2 FLASH存储器电路23-25
• 3.4 系统电源模块设计25-29
• 3.4.1 整体电源架构25-26
• 3.4.2 DC稳压电源分类26-27
• 3.4.3 电源模块芯片27-29
• 3.5 ADC前端驱动设计29-30
• 3.6 音频编码模块30-33
• 3.7 音频解码模块33-34
• 3.8 串口调试部分34-35
• 3.9 芯片电源端去耦设计35-38
• 3.10 本章小结38-39
• 第4章 PCB设计及电路调试39-48
• 4.1 电路板设计39-44
• 4.1.1 电路板层叠结构设计39-40
• 4.1.2 电路板布局布线40-43
• 4.1.3 内电层铜皮分割43-44
• 4.2 硬件调试44-47
• 4.2.1 麦克风阵列数字助听器实物图44-45
• 4.2.2 电源测试及时钟信号测试45-46
• 4.2.3 Linux内核烧录46-47
• 4.3 本章小结47-48
• 结论48-49
• 参考文献49-54
• 致谢54

【参考文献】

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本文编号：1011476