麦克风阵列数字助听器的硬件设计与实现

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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。
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