Nghiên cứu thiết kế mạch chuyển đổi tiếng nói con người thành nguồn số bằng phương pháp điều chế Delta

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH CHUYỂN ĐỔI TIẾNG NÓI
CON NGƯỜI THÀNH NGUỒN SỐ BẰNG PHƯƠNG PHÁP
ĐIỀU CHẾ DELTA
Nguyễn Đình Hiếu, Nguyễn Trần Duy Trường, Lê Minh Hiếu
Viện Kỹ thuật HUTECH, Trường Đại học Cơng nghệ TP.Hồ Chí Minh
GVHD: ThS. Trần Duy Cường

TÓM TẮT
Đề tài nghiên cứu và thiết kế mạch chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số bằng IC MC3417
CVSD được thiết kế để liên lạc an toàn với quân đội và ứng dụng điện thoại thương mại. Giúp cho
việc giao tiếp ở mỗi người trở nên dễ dàng hơn, mạch bao gồm Mic, bộ chuyển đổi từ Analog sang
Digital, từ Digital sang Analog. Hoạt động của mạch được điều khiển thơng qua tiếng nói con người
đợc xử lý nhờ bộ chuyển đổi. Mạch sau khi được tính tốn, thiết kế, chế tạo đã được lắp ráp và có
thể hoạt động tốt.

1 GIỚI THIỆU
Tiếng nói là phương tiện chủ yếu mà con người sử dụng để liên lạc và giao tiếp hàng ngày. Khi các
phương tiện truyền thông phát triển và số người sử dụng các phương tiện liên lạc tăng lên thì mã
hố tiếng nói được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong các cuộc gọi điện thoại truyền thống, gọi
qua mạng di dộng, qua mạng Internet, qua vệ tinh, v.v... Mặc dù với sự phát triển của công nghệ
truyền thông qua cáp quang đã làm cho băng thơng khơng cịn là vấn đề lớn trong giá thành của
các cuộc gọi truyền thống. Tuy nhiên, băng thông trong các cuộc gọi đường dài, các cuộc gọi quốc
tế, các cuộc gọi qua vệ tinh hay các cuộc gọi di động thì cần phải duy trì băng thơng ở một mức
nhất định. Vì vậy việc mã hố tiếng nói là rất cần thiết, giúp giảm thiểu số lượng tín hiệu cần truyền
đi trên đường truyền nhưng vẫn đảm bảo chất lượng của cuộc gọi.

2 THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG
2.1 Sơ đồ khối

Hình 1. Sơ đồ khối phía điều chế

190


Hình 2. Sơ đồ khối phía giải điều chế

2.2 Chức năng từng khối

2.2.1 Khối nguồn
Nguồn +12 V.
Nguồn tiếng nói con người (300Hz đến 3K4Hz).

Hình 3. Sơ đồ nguyên lý Module cảm biến âm thanh

2.2.2 Khối điều chế
Điện thế điều khiển là tín hiệu số phát từ bộ điều chế. Sau đó tín hiệu được tích phân bằng bộ tích
phân số 2 trong khoảng thời gian là hằng số lớn hơn ở bộ tích phân thứ nhất. Bộ tích phân này còn
được gọi là bộ lọc âm (do việc áp dụng rộng rãi của kỹ thuật này trong xử lý âm thanh). Lúc này rõ
ràng là điện thế điều khiển biến đổi chậm hơn rất nhiều theo thời gian.

191


Tín hiệu số từ FF D là đầu ra của bộ điều chế không chỉ được gửi đi trên đường truyền mà còn truyền
tới một thanh ghi dịch 3 bit. Thuật toán sử dụng CVSD trong sơ đồ chỉ kiểm tra 3 bit cuối của bộ điều
chế theo nguyên tắc là 3 bit này có tồn là bit 0 hay 1 hay khơng. Điều kiện kiểm tra này cịn được
gọi là điều kiện lặp. Khi nó xảy ra thì độ khuếch đại của bộ tích phân 1 là rất nhỏ. Đầu ra của bộ
phát hiện lặp (kí hiệu là khối LOGIC trên hình) sẽ được tính tích phân nhờ bộ tích phân 2. Lúc này,
điện thế đầu ra của bộ lọc âm sẽ điều khiển độ khuếch đại của bộ tích phân 1 thơng qua 1 mạch
điện. Mạch điện này sẽ xác định dấu của bit (giá trị 0 hay 1) được phát đi từ bộ điều chế. Với cách
này thì mức trung bình của tín hiệu, lối vào có thể xác định được. Độ khuếch đại của bộ tích phân sẽ

thay đổi theo mức trung bình của tín hiệu lối vào.
Vì thế, biên độ của xung răng cưa bị giảm (và nhiễu lượng tử hóa cũng giảm theo) khi tín hiệu vào ở
tần số thấp và biên độ sẽ tăng lên (và hiện tượng quá tải dốc cũng giảm) khi tín hiệu vào tăng lên.
Tại nơi thu, bộ giải điều chế phải sử dụng kỹ thuật tương thích với nơi phát mới có thể tái tạo lại
được tín hiệu.

Hình 4. Khối điều chế

2.2.3 Mạch tạo xung CK
Tín hiệu dao động được lấy từ thạch anh 4M được điều chế về các chân của ic CD4060 hoạt động
như bộ chia tần số. IC LS7490 cũng có tác dụng như một bộ chia tần.

192


Hình 5. Sơ đồ nguyên lý xung Ck

2.2.4 Khối giải điều chế
Nguyên lý hoạt động: Tín hiệu delta sau khi qua bộ điều chế xuất ra các mức logic (0 1) qua chân
13 của bộ giải điều chế (MC3417L) để điều chế về dạng tín hiệu ban đầu. Nguyên tắc xử lý khi tín
hiệu 0 1 qua DIN chân 13 của bộ so sánh (chân -) cùng với xung ck vào chân 14. Qua bộ FFD hoạt
động như 1 bộ đếm bit lên xuống khi nhận 1 thì đếm lên 1 và ngược lại ta được dạng xung bậc
thang lấy mẫu như tín hiệu lấy mẫu ban đầu. Khối Polarity hoạt động như 1 chức năng của CVSD để
điều chỉnh chu kỳ lấy mẫu một cách chính xác nhất khơng như điều chế tuyến tính. Chân 3 4 của IC
có tác dụng điều chỉnh được chu kỳ lấy mẫu liên tục chính xác. Chân 4 được nối nguồn như 1 điện
áp so sánh với tín hiệu từ chân 11. Tín hiệu đi qua bộ SS để hồi tiếp về chân 12 (delta threshold). Tụ
c17 và trở 13 có tác dụng như 1 bộ lọc thơng thấp để xuất ra loa.

Hình 6. Khối giải điều chế

2.2.5 Khối nhận tin
Công suất định mức: 3 (W), Độ nhạy: 100 (dB/W), Tỷ số tiếng ồn: 1 (dB).
193


Hình 6. Loa

2.2.6 Tính tốn các thơng số
Khối xung lấy mẫu thạch anh 4M sau khi qua CD4060 có tác dụng như 1 bộ chia tần số. Ta có thể
thu được lần lượt các tần số như sau:
(Q12/4096) = 976.5625 Hz tại chân ra Q1 của IC4060 (mạch chia 4096).
(Q13/8192) = 488.2816 Hz tại chân ra Q2 của IC4060 (mạch chia 8192).
(Q14/16384) = 244,14 Hz tại chân ra Q3 của IC4060 (mạch chia 16384).
(Q6/64) = 62.500 Hz tại chân ra Q4 (mạch chia 64).
(Q7/128) = 31.250 Hz tại chân ra Q6 của IC4060 (mạch chia 128).
(Q4/16) = 25.000 Hz tại chân ra Q7 của IC4060 (mạch chia 16).
(Q9/512) = 7812,5 Hz tại chân ra Q13 của IC4060 (mạch chia 512).
(Q8/256) = 15.625 Hz tại chân ra Q14 của IC4060 (mạch chia 256).
(Q10/1024) = 3906,25 Hz tại chân ra Q15 của IC4060 (mạch chia 1024).
Chân 9 ra 4M sẽ được qua bộ chia 4 (F/4 = 1M) bằng ic LS7490 để được tín hiệu lấy mẫu tối đa là
1M như mong muốn.

3 THI CƠNG MẠCH
3.1 Vẽ sơ đồ ngun lý

Hình 7. Sơ đồ nguyên lý: (a) khối điều chế, và (b) khối giải điều chế

194

3.2 Vẽ mạch in

Hình 9. 3D và mạch in phần điều chế

Hình 10. 3D và mạch in tạo xung Ck

Hình 11. 3D và mạch in phần giải điều chế

4 KẾT LUẬN
Nhóm đã học hỏi được nhiều kiến thức mới: Mạch tạo chng, mạch chuyển đổi tín hiệu, mạch loa,
mạch mic. Cũng như áp dụng được lý thuyết đã học trên lớp áp dụng vào thiết kế mạch, nâng cao
khả năng xử lý và tính tốn khi thiết kế và thi công mạch, hiểu được nguyên lý làm việc của mạch.
Mạch hoạt động tương đối ổn định và có khả năng nâng cấp cải tiến hoặc dùng cho các mục đích
khác. Tuy nhiên, mạch vẫn còn những khuyết điểm chưa thể khắc phục được. Thực tế khác lý thuyết
195


vì cịn do yếu tố mơi trường làm ảnh hưởng đến mạch. Những sai số do tính tốn cịn chưa chính
xác nên tín hiệu điều chế khơng như mong muốn ban đầu.

Hướng phát triển:
– Module điều chế Delta.
– Mạch thoại sử dụng băng thông bé nhất.
– Mạch thoại sử dụng vi điều khiển điều chế Delta.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]

Nguyễn Hồng Sơn (2001). Cơ sở Kỹ thuật Chuyển mạch & Tổng đài. Hà Nội.

[2]

Nguyễn Thanh Dũng (2015). Kỹ thuật Chuyển mạch.

[3]

ThS. Trần Duy Cường (2016). Hệ thống Viễn thông.

[4]

Hutech. Thực hành Hệ thống viễn thông cơ sở/nâng cao.

196