摘要：提出了一种立体声信号相位差电平差测验仪的规划办法。用单片机为操控中心，首要由相位差检测模块、电平差检测模块、频谱剖析及处理模块、电源模块、键盘和显现模块组成。将LR立体声信号经频谱剖析、整形及占空比检测电路进行处理，选用过零鉴相法，通过测矩形波占空比，完结相位差的测验。将LR信号用AD736专用芯片完结AC／DC转化，通过单片机编程，得到LR电平差。实验数据标明该仪器完结了LR信号相位差电平差的测验，且具有较高的测验精度，并能存储和显现相关信息。本规划具有立异性和实用性，为高质量立体声播送和研制制作高质量音响设备奠定了根底。
关键词：立体声信号；相位差；电平差；测验仪
在立体声播音或放音时，假如左右声道信号存在相位差和电平差，对播音或放音质量将会发生必定影响，呈现声像漂移、音量减小、噪音增大和失真等毛病现象。左右声道相位差电平差越大，音质也越差，严峻时还会形成无音毛病。
为此文中规划了立体声信号相位差电平差测验仪，只要精确测出相位差电平差，再用补偿电路进行批改，才干确保播音或放音质量，更好地满意人们欣赏到音质美丽的播送或音乐的需求。
1 规划方案
如图1所示，是立体声信号相位差电平差测验仪原理方框图。提出了一种立体声信号相位差电平差测验仪的规划办法。用C8051F020单片机为操控中心，首要由相位差检测模块、电平差检测模块、频谱剖析及处理模块、电源模块、键盘和显现模块组成。将LR立体声信号经频谱剖析、整形及占空比检测电路进行处理，选用过零鉴相法，通过测矩形波占空比，完结相位差的测验。将LR信号别离用AD736专用芯片完结AC／DC转化，通过单片机编程，得到LR电平差。整个体系用单片机操控，键盘操作，用LCD显现相位差电平差及相关信息。
2 体系硬件规划
2．1 相位差检测模块
2．1．1 方框图和电路原理图
如图2所示，是相位差检测模块原理方框图。如图3所示，是相位差检测模块电路原理。
相位差检测模块由电压比较器、与门、扩大器、占空比检测电路和仪器扩大器组成。如图3所示，IC2 LM311和IC21LM311及其周围器材，构成2个电压比较器，L(A点信号)R(B点信号)左右声道信号别离经IC2、IC21电压比较器整形变为方波信号(C点信号和D点信号)，然后再相与，得到矩形波(E点信号)，74LS08是与门。IC4 AD827及其周围器材构成同相扩大器，对与门输出的信号进行扩大。IC5 CD4069及其周围器材构成占空比检测电路，用过零鉴相法，丈量两个矩形波信号的占空比。输入端参加一个占空比为D的矩形波，输出端F点输出一个直流信号，数值在0～100 mV之间改变，这个直流信号既代表占空比D，是反映相位差的一个量。IC6 OPA2111及其周围器材组成仪器扩大器，用于扩大F点输出信号，因这个信号数值在0～100 mV，是小信号，所以选用主动较零型仪器扩大器，以确保测验仪有很高的精度。当开关S1、S2一起打在“1”时，完结主动较零功用；当开关S1、S2一起打在“3”时，是正常的扩大功用。扩大后的信号，再加到单片机的A／D端，C8051F 020的内部设有12位A／D转化器。
2．1．2 理论剖析及完结
立体声信号是20Hz～20 kHz的音频信号，用uSL、uSR别离表明由音响设备输出的左右声道信号，其数学表达式为：
uSL(t)=USLsin(ωSLt+ψIL) (1)
uSR(t)=USRsin(ωSRt+ψIR) (2)
在式(1)和式(2)中，ψ是初相，ωt+ψ是相位。相位的表达式为：
φ(t)=ωt+ψ (3)
由式(3)可知，相位是时刻t的线性函数。左右声道的φSL(t)和φSR(t)是2个简谐振动的相位，则其相位差为：
φS(t)=φSL(t)-φSR(t)=(ωSL-ωSR)t+(ψSL-ψSR)=ψSt+(ψSL-ψSR) (4)
由式(4)可知，相位差也是时刻t的线性函数。φ对ω偏导数是群延时，群延时tp为
由音响设备输出的左右声道信号“uSL、uSR，通过频谱剖析及处理电路后，得到uL、uR信号，uL、uR是同频率的正弦信号，即ωL=ωR，则有：
φ(t)=φL(t)-φR(t)=(ωL-ωR)t+(ψL-ψR)=ψL-ψR (6)
由式(6)可知，uL、uR信号的相位差是一个常数，并由初相之差决议。如将L信号作为基准信号，L、R信号即uL、uR信号的表达式为：
uL(t)=ULsinωt (7)
uR(t)=URsin(ωt+ψ) (8)
这时，L、R信号相位差为：
φ=0-ψ=-ψ (9)
式(9)中的负号表明L滞后R一个ψ视点。所以只需求丈量核算出相位差φ即可，或用△ψ表明LR信号的相位差。
如图4所示，是图4中A点、B点、C点、D点、E点的波形图。
图4中，uA、uB是L信号和R信号，是正弦波；uC、uD是L、R信号经电压比较器整形后的方波，uE是2个方波相与后得到的矩形波，D是占空比。用过零鉴相法，丈量两个矩形波信号的占空比。过零鉴相法是：两个正弦波，频率相同，让其通过鉴相网络后，变为方波。其前沿对应于正弦波的正向过零点，后沿对应于正弦波的负向过零点。再将两个方波送入到触发器的复位端和置位端，被丈量方波的前沿将其复位，基准方波的前沿将触发器复位。触发器输出的脉冲宽度便是两个信号过零点的时刻差，即图4中的占空比D。
再将uE扩大后，送入占空比检测电路，在输出端F得到一个直流电压，数值是0～100 mV，这个直流信号即代表占空比D，是反映相位差的一个量，D从[(0～100％)×T]改变，其间T为A点(或B点)信号的周期。如F点输出信号为10 mV时，D=10％×T，则L(A点信号)和R(B点信号)的相位差△φ=180°-10％x360°。当D=0时，R、L信号的相位差为180°，即反相，这时立体声信号严峻失真。
2．2 电平差检测模块
图5所示为电平差检测电路原理图。因左右声道电平差检测电路图彻底相同，所以图5是左声道电平差检测电路原理图。电平差检测电路由衰减器、沟通直流改换电路和扩大器三级组成，其间IC7 NE5532及其周围器材组成衰减器，将输入L信号电压的有效值衰减到200 mV。IC 8AD736及其周围器材组成沟通变直流电路。%&&&&&%9 NE5532及其周围器材组成扩大器，将信号扩大后送入单片机的A／D端。为了进步精度和减小差错，前级衰减器和后级扩大器规划成主动校零型电路。
AD736是专用的单片精细真有效值A／D转化器，内部通过激光批改，具有频率特性好、速度快、灵敏度高、输入阻抗高、输出阻抗低、电源规模宽、功耗小等特色，其丈量差错小于±0．3％。C3是输入耦合电容，一般取5～25μF。C4是输出滤波%&&&&&%，一般取5～15μF，其数值会影响到输出电压有效值的精度，在低频端更为重要。C5一般取30～40μF，其数值大小会影响到被测电压的波峰因数Kp，Kp是被测电压的峰值与真有效值之比。
3 体系软件规划
用C8051F020单片机，选用C言语编程，由主程序和子程序两部分组成。主程序完结体系初始化、参数设置和各子程序的调用。子程序首要包含：作业形式挑选模块、参数设置及核算模块、相位差核算模块、电平差核算模块、A／D模块、键盘扫描模块和显现模块等。如图6所示，是主程序流程图。
4 实验数据及剖析
如表1所示，是相位差电平差测验数据。
由表1的测验数据可知，相位差的绝对差错小于0．7°，电平差的绝对差错小于3 mV(当△Ui=10 mV)，测验精度较高。
5 定论
跟着电子技术的迅速发展，人们的日子质量不断进步，一起对播送和音乐放音也提出了更高的要求。只要精确地丈量出左右声道的相位差电平差，再用补偿电路进行批改，才干确保播音和放音质量，满意人们欣赏到音质美丽的播送和音乐的需求。
本规划为高质量立体声播送和研制制作高质量音响设备奠定了根底，还可推行到其它应用领域，用于检测和调整两路信号平衡，如飞机平衡、运动平衡调整等。
