【正文】 求。在做完這些檢查后， 就對(duì) 信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果詳見(jiàn)下表。 default: state=C_FirstScan。 break。 for(i=0。 else state=C_FirstScan。 switch(state) { case C_FirstScan: if(!=0X00) { OldKey=。 由采樣間隔是 50 s? ，所以在 50 s? 到來(lái)時(shí)自動(dòng)進(jìn)入中斷， 流程如圖 所示 ，中斷程序如下： 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 30 中 斷 入 口 存 儲(chǔ) 采 樣 數(shù) 據(jù) 判 斷 是 否 到 1 0 2 4 點(diǎn) ？ 置 完 成 標(biāo) 志 位 修 改 指 針 啟 動(dòng) A D 返 回 N啟 動(dòng) A / DY 圖 中斷程序流程圖 鍵盤(pán)掃描程序中共設(shè)置了六個(gè)功能鍵，當(dāng)有鍵按下時(shí)，系統(tǒng)將根據(jù)掃描到的不同鍵號(hào)找到相應(yīng)的鍵值，并進(jìn)行鍵處理程序， 部分鍵掃程序如下， 程序流程圖如圖。其總線時(shí)序圖如下所示。然后就可以將該行從地址 X開(kāi)始的數(shù)據(jù)連續(xù)進(jìn)行讀寫(xiě)操作，無(wú)須重新設(shè)置 X 和 Y。在基本 功能下，一個(gè)像素對(duì)應(yīng)一個(gè)字節(jié)。 表 3 寄存器功能 列地址寄存器（ X）：由于列地址取值范圍是從 0479，占 9bit，所以列地址寄存器（ X）必須連續(xù)寫(xiě)兩次，第一次寫(xiě)低 8 位，第二次寫(xiě)高 1 位。 return(Temp)。 Temp = *VoltPort。 // RCU=1 } A/D 啟動(dòng)并 轉(zhuǎn)換 完成以后， 要對(duì)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀操作，程序如下： int Read7805() { int Temp。 //RCU=0 =1。 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 26 圖 CS 控制時(shí)序圖 對(duì) A/D 初始化和啟動(dòng)程序如下： void InitAD7805(void) { =1。 (2)先轉(zhuǎn)換 ,后讀數(shù) 讓 R/C 為低啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 ,查詢 BUSY 信號(hào)線直到其變高表示轉(zhuǎn)換完畢 ,讀轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) ,再開(kāi)始下次的轉(zhuǎn)換。由于 CS 和 R/C 在芯片內(nèi)部是邏輯或的關(guān)系 ,使得ADS7805 的使用很靈活 ,一般使用 以下兩種 方法?？梢酝ㄟ^(guò)其 OE 端和 DIR端設(shè)置將數(shù)據(jù)從 B 口傳送至 A 口，或從 A 口至 B 口。 ADS7805 的 量化 誤差 是 ，量化誤差值是 * 162/5 = V? ，量化誤差 很 小。 本次設(shè)計(jì)采用美國(guó) ADI公司生產(chǎn)的 ADS7805，下面就 AD器件的性能對(duì) ADS7805作詳細(xì)分析。 3）量化誤差 (Quantizing Error) 由于 AD 的有限分辯率而引起的誤差 ,即有限分辯率 AD 的階梯狀轉(zhuǎn)移特性曲線與無(wú)限分辯率 AD 的轉(zhuǎn)移特性曲線（直線）之間的最大偏差。采樣時(shí)間則是另外一個(gè)概念 ,是指兩次轉(zhuǎn)換的間隔。 AD620放大電路如圖 。設(shè)計(jì)電路如圖 所示。但射極跟隨器以很小的輸人電流卻可以得到很大的輸出電流（ ie=(1+β)ib）。單元增益減法器 A3 消除了任何共模信號(hào)，并產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)于 REF 引腳電位的單端輸出。 原理如圖 。 AD620具有很好的直流特性和交流特性，它的最大輸入失調(diào)電壓為 50 v? ，最大輸入失調(diào)電壓漂移為 1 cv?/? ，最大輸入偏置電流為 20nA。對(duì)比以上兩個(gè)電路，兩者都提供信號(hào)放大（和緩沖）功能，但是由于儀表放大器的減法器單元的作用，儀表放大器抑制了共模電壓。 圖 示出一個(gè)三運(yùn)放儀表放大器的運(yùn)算放大器，儀表放大器的輸入緩沖放大器以單位增益通過(guò)共模信號(hào)。大多數(shù)情況下，儀表放大器的兩個(gè)輸入端阻抗平衡并且阻值很高，典型值 ≥109 Ω。 共模 抑制 是指抵消任何共模信號(hào)（兩輸入端電位相同）同時(shí)放大差模信號(hào)（兩輸入端的電位差）的特性，這是儀表放大器所提供的最重要的功能。 阻抗匹配則傳輸功率大，對(duì)于一個(gè)電源來(lái)講， 當(dāng) 它的內(nèi)阻 等于負(fù)載時(shí)，輸出功率最大，此時(shí)阻抗匹配。 圖 顯示存儲(chǔ)器與像素對(duì)應(yīng)關(guān)系 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 第 5 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 根據(jù)第 3 章的介紹，本系統(tǒng)可分為 3 大模塊：信號(hào)預(yù)處理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、鍵盤(pán)及顯示模塊。也就是紅色占高三位，綠色占中間三位，藍(lán)色為低 2 位。 的引腳見(jiàn)下表。 工作原理 該顯示器接口采用并行總線方式（數(shù)據(jù)總線 D[7： 0]、地址總線 A[1： 0]、片選/CS、讀 /RD、寫(xiě) /WR），可以很方便地連接到單片機(jī)或微處理器的總線上，用戶可以象使用普通存儲(chǔ)器一樣使用它。 圖 芯片管腳圖 （ 1 號(hào)腳）：模擬信號(hào)輸入端，輸入電壓范圍為 AGND1（ 2 號(hào)腳）：模擬地 REF（ 3 號(hào)腳）：參考輸入 /輸出腳，通常接 鉭電容至地 CAP（ 4 號(hào)腳）：參考電容引腳，接 鉭電容至地 AGND2（ 5 號(hào)腳）：模擬地 D15D8（ 613 號(hào)腳）：輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果的一個(gè)字節(jié)，當(dāng) BYTE=0，輸出結(jié)果的高字節(jié)，當(dāng) BYTE=1，輸出結(jié)果的低字節(jié) DGND（ 14 號(hào)腳）：數(shù)字地 D7D0（ 1522 號(hào)腳）：輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果的一個(gè)字節(jié)，當(dāng) BYTE=1，輸出結(jié)果的高字節(jié)，南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 當(dāng) BYTE=0，輸出結(jié)果的低字節(jié) BYTE（ 23 號(hào)腳）：輸入，用于選擇 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的高字節(jié)或低字節(jié) （ 24 號(hào)腳）：輸入，當(dāng) 腳為低， 腳為高時(shí)， 腳上的脈沖下降沿啟動(dòng)一次新的 A/D 轉(zhuǎn)換 （ 25 號(hào)腳）：輸入，當(dāng) 腳為低時(shí)， 腳上的下降沿將啟動(dòng)一次 A/D 轉(zhuǎn)換，當(dāng) 腳為高時(shí)， 腳的下降沿使三態(tài)門(mén)打開(kāi)，輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果 （ 26 號(hào)腳）：輸出，其指示一次 A/D 轉(zhuǎn)換是否在進(jìn)行之中，當(dāng)轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行時(shí)， 為低，否則為高 。 (4)提供177。美國(guó) ADI 公司出品的 16 位 A/D 芯片 ADS7805 可適用于這樣的應(yīng)用場(chǎng)合 ,它具有如下突出特點(diǎn)： (1)自帶采樣 /保持器 ,方便對(duì)交流信號(hào)的采樣。 ADS7805 芯片 隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及 ,A/D 轉(zhuǎn)換成為微機(jī)控制中一個(gè)不可缺少的重要環(huán)節(jié)。 硬件支持適時(shí)仿真功能。 流水線最快轉(zhuǎn)換周期為 60ns，單通道最快轉(zhuǎn)換周期為 200ns。 多通道緩沖串口 (MeBSp)。 正交脈沖編碼電路 。 死區(qū)產(chǎn)生和配置單元 。 看門(mén)狗定時(shí)模塊； 三個(gè)外部中斷； 外設(shè)中斷擴(kuò)展模塊 (PIE)支持 45 個(gè)外設(shè)中斷； 三個(gè) 32 位 CPU 定時(shí)器； 128 位保護(hù)密碼 : 保護(hù) Flash/OTP/ROM 和 L0/LISARAM 中的代碼 。 可編程讀 /寫(xiě)選擇時(shí)序 。 M0 和 M:兩塊 lx16 位的單周期訪問(wèn) RAM(SARAM)。 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 最多達(dá) 128Kx16 位的 ROM。 4MB 的程序 /數(shù)據(jù)尋址空間 。 16xl6 位的雙乘法累加器 。 低功耗設(shè)計(jì) 。兩個(gè)事件管理模塊為電機(jī)及功率變換控制提供了良好的控制功能。同時(shí)代碼和指令與 F24x 系列數(shù) 字信號(hào)處理器完全兼容，從而保證了項(xiàng)目或產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可延續(xù)性。 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 （ 6）集成方便。 （ 4）精度高。 （ 2）編程方便。 DSP 芯片的輸入是 A/D 變換后得到的以抽樣形式表示的數(shù)字信號(hào)， DSP 芯片對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行某種形式的處理，如進(jìn)行一系列的乘累加操作 (MAC)。這使得 DsP 芯片能夠?qū)崿F(xiàn)許多 DSP應(yīng)用。例如 C54XDSP的 FIRS 指令，專用于 FIR 濾波運(yùn)算。乘法速度越快， DSP 的性能越高。流水線與哈佛結(jié)構(gòu)有關(guān)。哈佛結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是將程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同的存儲(chǔ)空間中，即程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是兩個(gè)相互獨(dú)立的存儲(chǔ) 器，每個(gè)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址，獨(dú)立訪問(wèn)。(5)快速的指令周期。例如 TMS32O 系列 DSP 處理器的基本結(jié)構(gòu)包括 :(1)哈佛結(jié)構(gòu) 。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展， DSP 器件在高速度、可編程、小型化、低功耗等方面都有了長(zhǎng)足的發(fā)展。本章將對(duì)這些元器件進(jìn)行詳細(xì)的介紹。 ? 顯示模塊主要是對(duì)分析結(jié)果顯示，起到一個(gè)人機(jī) 對(duì)話 的作用。 ? 音頻信號(hào)的預(yù)處理模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)信號(hào)的平滑整形，這里包括阻抗變換，共模 抑制，濾波 等。這里信號(hào)頻譜功率的計(jì)算用 FFT 算法對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)算速度要求是比較高的。但鑒于運(yùn)算速度及精度要求， DFT 不及 FFT 運(yùn)算快 ,不能很好的達(dá)到課題的要求。 C. 完成鍵盤(pán)和點(diǎn)陣 LCD 顯示接口電路設(shè)計(jì)。 分析時(shí)間： 5 秒?？梢?jiàn)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行必要的頻域分析對(duì)了解語(yǔ)音信號(hào) 是很有幫助的。這是因?yàn)槭剑?25）中的窗序列 )(n? 通常具有帶通濾波器響應(yīng)，而kjnenx ?)( 的傅里葉變換為 )( )( kjeX ??? ，這里的指數(shù) kjne? 對(duì) )(nx 有 調(diào)節(jié)作用，是使其頻譜產(chǎn)生移位，即將 )(nx 頻譜中對(duì)應(yīng)于頻率 k? 的分量平移到零頻。則 )( tjn eX ? 是將窗函數(shù)的中心移至 n。若有語(yǔ)音的時(shí)間信號(hào) x(t)，用短區(qū)間而求得的頻譜，稱作短時(shí)間頻譜，其定義如下： dtethtxx tj?? ??? ???? ?? )()(),( （ 24） （ 24）式中引入了時(shí)間參數(shù) ? ，這是窗函數(shù)分割語(yǔ)音信號(hào) )(tx 的終止時(shí)刻。傅立葉頻譜分析的基礎(chǔ)是傅立葉函數(shù)變換，利用傅立葉變換及其逆變換可以求得傅立葉譜、功率譜等多種頻譜分析方法。由于短時(shí)能量函數(shù)是信號(hào)的平方和，因此它對(duì)高電平信號(hào)是很敏感的。如果窗選得很長(zhǎng)，他就相當(dāng)于一個(gè)很窄的低通濾波器，此時(shí) nE 隨著時(shí)間有急劇變化，不能得到平滑的能量函數(shù)?？梢酝ㄟ^(guò)短時(shí)能量函數(shù)和平均幅度函數(shù)的定義來(lái)解釋。 語(yǔ)音信號(hào)的幅度分析是基于語(yǔ)音信號(hào)幅度隨時(shí)間有一定的變化。最常用的檢測(cè)分析方法有正弦信號(hào)檢測(cè)、脈沖信號(hào)檢測(cè)、最大長(zhǎng)度序列信號(hào)檢測(cè)等。由模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)后，其傅立葉變換也變成離散傅立葉變換，涉及到采樣定理、頻率混疊、截?cái)嗪托孤⒓哟芭c窗函數(shù)等一系列問(wèn)題。所以，非 周期信號(hào)的頻譜是連續(xù)的。 音頻信號(hào)分析的基本原理 音頻分析的原理主要涉及數(shù)字信號(hào)處理的基本理論、音頻 分析的基本方法以及音頻參數(shù)測(cè)量和分析內(nèi)容，其中數(shù)字信號(hào)處理是音頻分析的理論基礎(chǔ)。 音頻信號(hào)的特點(diǎn) 聲音按其頻率可分為 3 種，次聲 (頻率低于 20Hz)、超聲 (頻率大于 20kHz)，這兩類聲音是人耳聽(tīng)不到的，人耳可以聽(tīng)到的聲音是頻率在 20Hz 一 20kHz 之間的聲波，稱 其為可聽(tīng)聲。其中規(guī)則音頻又可以分為語(yǔ)音、音樂(lè)和音效。通過(guò)運(yùn)用FFT快速傅里葉算法對(duì)音頻信號(hào)的基波頻率和各諧波頻率進(jìn)行分 析并對(duì)各頻率點(diǎn)的南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 幅度進(jìn)行計(jì)算，這樣的音頻處理器不僅完成了其基本功能，而且也為今后的應(yīng)用搭建好了一個(gè)音頻信號(hào)處理平臺(tái)。在這個(gè)基礎(chǔ)上，又出現(xiàn)了一批高速專用數(shù)字信號(hào)處理芯片（ DSP），如 TM320C30 每秒可完成 3300 萬(wàn)次浮點(diǎn)運(yùn)算。新的產(chǎn)品仍層出不窮，分析功能也越來(lái)越多，而操作則更簡(jiǎn)潔方便。但是這類儀器分析時(shí)能量集中，分析精度高且分析方法有特色。另外，成型的音頻信號(hào)分析儀盡管能夠測(cè)試很多的音頻指標(biāo)，但這些指標(biāo)未必是每個(gè)用戶都感興趣的，因此， 往往出現(xiàn)成型分析儀中的某些指標(biāo)沒(méi)有被利用，而用戶感興趣的指標(biāo)在成型分析儀中又無(wú)法測(cè)試的問(wèn)題。UP350 就是這類儀器的典型代表，如圖所示。 音頻信號(hào)分析儀的現(xiàn)狀和趨勢(shì) 早期專業(yè)的音頻分析儀種類很少，在做音頻測(cè)量時(shí)一般是利用萬(wàn)用電表、頻率計(jì)、示波器及頻譜儀等組合成一套音頻測(cè)試系統(tǒng)。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(lái)的全部過(guò)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。聲音經(jīng)過(guò)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。測(cè)量功率精確度高達(dá) 1%,并且能夠 準(zhǔn)確的測(cè)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。 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(guò) AD轉(zhuǎn)換，對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行采樣，把連續(xù)信號(hào)離散化，然后通過(guò) 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(guò) 高分辨率 LCD 對(duì)信號(hào)的頻譜進(jìn)行顯示。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(cè)、醫(yī)療設(shè)備、軍事、通信、消費(fèi)電子等諸多領(lǐng)域。 該系統(tǒng)能夠精確測(cè)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。我們能夠聽(tīng)見(jiàn)的音頻信號(hào)的頻率范圍大約是20Hz20kHz，其中語(yǔ)音大約分布在 300Hz4kHz 之內(nèi)，而音樂(lè)和其他自然聲響是全范圍分布的。例如，對(duì)于 300－ 4kHz之間的語(yǔ)音信號(hào)的分析主要應(yīng)用于語(yǔ)音識(shí)別，其用途是確定語(yǔ)音內(nèi)容或判斷說(shuō)話者的身份；而對(duì)于 20－ 20kHz 之間的全范圍的語(yǔ)音信號(hào)分析則可以用來(lái)衡量各類音頻設(shè)備的性能。這是我們研究該課題的意義之所在，希望通過(guò)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