【正文】 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 TMS320F2812 的音頻信號(hào)分析儀的硬件設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 陸敏 班級： 040421 指導(dǎo)老師： 張先庭 摘要： 音頻信號(hào)分析 是指通過 采集處理技術(shù) 對音頻信號(hào) 成分 進(jìn)行 分析 ， 隨著信息處理技術(shù)的不斷發(fā)展，處理分析音頻信號(hào)的設(shè)備也日漸增多。目前， 音頻信號(hào)分析儀 在很多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，包括工業(yè)檢測、醫(yī)療設(shè)備、軍事、通信、消費(fèi)電子等諸多領(lǐng)域。 本音頻信號(hào)分析儀 以 TI 公司 的 高速數(shù)字信號(hào)處理器 DSP 為主控制器，通過 AD轉(zhuǎn)換，對音頻信號(hào)進(jìn)行采樣，把連續(xù)信號(hào)離散化，然后通過 FFT 快 速傅氏變換運(yùn)算，在時(shí)域和頻域?qū)σ纛l信號(hào)各個(gè)頻率分量以及功率等指標(biāo)進(jìn)行分析和處理，然后通過 高分辨率 LCD 對信號(hào)的頻譜進(jìn)行顯示。 系統(tǒng)主要由 音頻信號(hào)預(yù)處理模塊、 A/D 轉(zhuǎn)換模塊、鍵盤和顯示模塊組成。其中， 音頻信號(hào)預(yù)處理模塊 是對輸入信號(hào)進(jìn)行平滑濾波等處理 ， A/D 轉(zhuǎn)換模塊 是對信號(hào)進(jìn)行量化采集 ，鍵盤和顯示模塊是對處理完的信號(hào)進(jìn)行顯示和人機(jī)對話 。 該系統(tǒng)能夠精確測量的音頻信號(hào)頻率范圍為 200Hz10KHz，其幅度范圍為100mVpp5Vpp，分辨力分為 20Hz。測量功率精確度高達(dá) 1%,并且能夠 準(zhǔn)確的測量周期信號(hào)的周期，是理想的音頻信號(hào)分析儀的解決方案。 關(guān)鍵詞： 音頻信號(hào)分析儀 TMS320F2812 FFT 快速傅氏變換 指導(dǎo)老師 簽名： 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 Hardware design for Audio Signal Analyzer based on the TMS320F2812 Student name:Lu Min Class:040421 Supervisor:Zhang Xian Ting Abstract: It is the Audio signal analysis that analysis the audio signal ponents through the acquisition and processing technology ,with the continues development of information processing technology , equipments, which analysis and processing the audio signal are also increasing. At present, the audio signal analyzer have a wide range of applications in many fields,including industrial inspection, medical equipment, military, munications, consumer electronics and other fields. The audio signal analyzer is controlled by DSP， TI39。s highspeed digital signal processor, through the AD converter, sampling the audio signal, discrete the continuous signal, and then through the FFT fast Fourier transform puting, analysis and processing the audio signal in the time domain and frequency domain and the various frequency ponents Power and other indicators , and then display the spectrum signals through highresolution LCD . The System is mainly posed of the audio signal preprocessing module, A / D converter module, keyboard and display modules. The audio signal preprocessing module,which processing the input signal, such as smoothing filter, A / D converter module is to quantify the signal acquisition, keyboard and display module is to display the signal processing and humanmachine dialogue. The system can accurately measure the frequency range of audio signals for 200Hz10KHz, its range to 100 mVpp5Vpp, resolution is divided into 20 Hz. Power measurement accuracy of up to one percent, and it can accurately measure the cycle of the Periodic signal, it is the ideal solution for audio signal analyzer. Keyword: Audio Signal Analyzer TMS320F2812 FFT fast Fourier transform Signature of supervisor: 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 目錄 第 1 章 緒論 選題的背景及意義 .................................................................................................... 1 音頻信號(hào)分析儀的現(xiàn)狀和趨勢 ................................................................................ 1 主要研究內(nèi)容和整體結(jié)構(gòu) ........................................................................................ 2 第 2 章 音頻信號(hào)的綜合概述 音頻信號(hào) .................................................................................................................... 4 音頻信號(hào)的特點(diǎn) ........................................................................................................ 4 音頻信號(hào)分析的基本原理 ........................................................................................ 4 音頻信號(hào)分析方法 .................................................................................................... 5 第 3 章 音頻信號(hào)分析儀的總體設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求 .................................................................................................................... 8 方案比較 .................................................................................................................... 8 第 4 章 系統(tǒng)芯片介紹 DSP 芯片 ................................................................................................................... 10 TMS320F2812 ........................................................................................................... 12 ADS7805 芯片 .......................................................................................................... 15 液晶顯示 ......................................................................................... 17 第 5 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 信號(hào)預(yù)處理模塊 ....................................................................................................... 19 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 ........................................................................................................... 23 鍵盤及顯示模塊 ....................................................................................................... 26 第 6 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 第 7 章 系統(tǒng)調(diào)試 總結(jié) .............................................................................................................. 35 參考文獻(xiàn) ..................................................................................................... 36 致謝 .............................................................................................................. 37 附錄 .............................................................................................................. 38 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 第 1 章 緒論 選題的背景及意義 音頻是多媒體中的一種重要媒體。我們能夠聽見的音頻信號(hào)的頻率范圍大約是20Hz20kHz，其中語音大約分布在 300Hz4kHz 之內(nèi)，而音樂和其他自然聲響是全范圍分布的。聲音經(jīng)過模擬設(shè)備記錄或再生，成為模擬音頻，再經(jīng)數(shù)字化成為數(shù)字音頻。這里所說的音頻分析就是以數(shù)字音頻信號(hào)為分析對象，以數(shù) 字信號(hào)處理為分析手段，提取信號(hào)在時(shí)域、頻域內(nèi)一系列特性的過程。 各種特定頻率范圍的音頻分析有各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域。例如，對于 300－ 4kHz之間的語音信號(hào)的分析主要應(yīng)用于語音識(shí)別，其用途是確定語音內(nèi)容或判斷說話者的身份；而對于 20－ 20kHz 之間的全范圍的語音信號(hào)分析則可以用來衡量各類音頻設(shè)備的性能。所謂音頻設(shè)備就是將實(shí)際的聲音拾取到將聲音播放出來的全部過程中需要用到的各類電子設(shè)備，例如話筒、功率放大器、揚(yáng)聲器等，衡量音頻設(shè)備的主要技術(shù)指標(biāo)有頻率響應(yīng)特性、諧波失真、信噪比、動(dòng)態(tài)范圍等。 在目前的大學(xué) 本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，如專業(yè)基礎(chǔ)課通信原理和數(shù)字信號(hào)處理等，都是以音頻信號(hào)作為示例，對信號(hào)進(jìn)行分析。但往往由于成型儀器的價(jià)格昂貴，使得這部分的實(shí)驗(yàn)無法得以實(shí)施。這是我們研究該課題的意義之所在，希望通過研究，能夠建立一個(gè)性價(jià)比高的音頻信號(hào)分析系統(tǒng)，并將該結(jié)果應(yīng)用于大學(xué)的本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可以讓學(xué)生理解信號(hào)分析的概況。 音頻信號(hào)分析儀的現(xiàn)狀和趨勢 早期專業(yè)的音頻分析儀種類很少，在做音頻測量時(shí)一般是利用萬用電表、頻率計(jì)、示波器及頻譜儀等組合成一套音頻測試系統(tǒng)。這種測試系統(tǒng)中間環(huán)節(jié)多，各環(huán)節(jié)之間接口匹配較為困難，使用 起來比較麻煩，測量結(jié)果往往也不精確。 近年來出現(xiàn)的音頻分析儀器也與儀器的主流發(fā)展趨勢一致，朝著高度集成化、