【正文】 在論文的撰寫(xiě)和修改過(guò)程中，特別感謝張先庭老師和趙永建同學(xué)的幫助。從尊敬的導(dǎo)師身上，我不僅學(xué)到了扎實(shí)寬廣的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，也學(xué)到了做人的道理。 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 36 參考文獻(xiàn) [1]. 彭啟蹤，李玉柏，管慶 .DSP 技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用 .北京：高等教育出版社， 2020 [2]. 季學(xué)鋒，一種基于 DSP 的多路音視頻采集處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 合肥工業(yè)大學(xué) [3]. 胡劍凌，徐盛，數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的應(yīng)用和設(shè)計(jì) .上海：上海交通大學(xué)出版社， 2020 [4]. 清源科技 .TMS320C54xDSP 硬件開(kāi)發(fā)教程 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社 . [5]. 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Engle woodCliffs ， 1978 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 37 致謝 本文的研究主要是在我的導(dǎo)師的精心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下完成的，在我的學(xué)業(yè)和論文的研究上其中無(wú)不傾注著導(dǎo)師辛勤的汗水和心血。 下一步工作展望 由于時(shí)間有限，課題期間我們只是側(cè)重于基于 DSP 技術(shù)的硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，所以整個(gè)硬件平臺(tái)只是實(shí)現(xiàn)了音頻器的基本的主體功能，在本次的音頻信號(hào)分析儀設(shè)計(jì)中，由于沒(méi)有很好的硬件設(shè)備，缺少信號(hào)傳感器，所以沒(méi)有真正去分析一個(gè)音頻信號(hào)，而是將實(shí)驗(yàn)室的信號(hào)發(fā)生器作為音頻信號(hào)分析儀的輸入信號(hào)，雖然信號(hào)發(fā)生器輸出的波形很特殊，都是周期信號(hào)，完 全不符合自然界中的雜亂的音頻信號(hào)，但此次設(shè)計(jì)仍然可以對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行分析，可以測(cè)量信號(hào)的頻率成分和各頻率的功率。 本系統(tǒng)采用 TI 公司的 DSP 平臺(tái)制作音頻處理器，通過(guò)測(cè)試，基本可用于均衡效果的模擬和諸如混響 等音效功能，可以有很強(qiáng)的靈活性和可擴(kuò)展性。軟硬件的設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)試。 硬件設(shè)計(jì)完成之后，進(jìn)行系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。由于 DSP 是整個(gè)系統(tǒng)的核心，所以整個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)是圍繞 DSP 芯片來(lái)進(jìn)行的 .在硬件設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。音頻處理是當(dāng)今的一大熱門(mén)，基于 DSP 技術(shù)的音頻處理器更是以其無(wú)以倫比的優(yōu)勢(shì)成為業(yè)界研究的主題。 表 功率測(cè)量結(jié)果 電壓峰 峰值 頻率 測(cè)量功率 理論 功率 誤差 2V 100Hz % 2V 500Hz % 2V 1KHz % 2V 10KHz % 1V 800Hz % 3V 800Hz % 在峰峰值及測(cè)量頻率范圍內(nèi)，誤差都小于 5%，滿(mǎn)足要求。符合課題要求。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。 } } 開(kāi) 始初 始 化 設(shè) 置L C D 顯 示 設(shè) 置鍵 盤(pán) 掃 描有 鍵 按 下 否 ？判 斷 鍵 值12345 6顯 示 處 理顯 示YN結(jié) 束 圖 鍵盤(pán)掃描程序流程圖 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 32 顯示程序主要是對(duì)分析的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，起到人機(jī)對(duì)話(huà)的作用，顯示程序流程圖如下： 開(kāi) 始顯 示 總 功 率 的 前 兩 個(gè) 頻 率 分 量 的頻 率 值 和 共 功 率 值顯 示 周 期 測(cè) 量 值 和 正 弦 線 號(hào) 的 失 真 度顯 示 實(shí) 時(shí) 測(cè) 量 值：頻 率 值 和 功 率 值結(jié) 束 圖 顯示程序流程圖 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 33 第 7 章 系統(tǒng)調(diào)試 首先應(yīng)對(duì)電路板作細(xì)致的檢查，防止短路和斷路情況的發(fā)生。 default: state=C_FirstScan。 } state=C_FirstScan。 break。i++) { if((OldKeyamp。 for(i=0。 case C_WaitRelase: if(!=OldKey) { 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 31 int i。 else state=C_FirstScan。 } break。 switch(state) { case C_FirstScan: if(!=0X00) { OldKey=。 static unsigned long 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。主程序流程圖如圖 所示。其總線時(shí)序圖如下所示。當(dāng)?shù)刂芳拥叫形矔r(shí)，地址將跳到下一行的行首。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。一次讀寫(xiě)一個(gè)像素。在基本 功能下，一個(gè)像素對(duì)應(yīng)一個(gè)字節(jié)。 第一次： 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 28 第二次： 行地址寄存器（ Y）：與列地址寄存器（ X）相似，由于行地址取值范圍是從 0233，占 8bit，所以行地址寄存器（ Y）只需要寫(xiě)一次。 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。 其中 74LVC245 作為一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖器連接 DSP 和顯示器， 74LVC245 的 XD07接 DSP 的 XD07，寫(xiě)信號(hào) XWE 與顯示器的 XWE 及 DSP 的 XWE 相連， DSP 的PB2 腳接顯示器的 CS 端作為片選信號(hào)， PB3,PB4 與顯示器的 A0,A1 相連作為地址選擇線。 return(Temp)。 =1。 Temp = *VoltPort。 =1。 // 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。 =1。 //RCU=0 =1。 //CSU=1 VoltPort=(int*)C_VoltAddr。 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。這種情況操作比較簡(jiǎn)單 ,CS、 R/C 同時(shí)為低將啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 。 (2)先轉(zhuǎn)換 ,后讀數(shù) 讓 R/C 為低啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 ,查詢(xún) 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。 R/C 的下跳沿將啟動(dòng)一次新的轉(zhuǎn)換 ， 在轉(zhuǎn)換的同時(shí)將輸出前一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果 ；在轉(zhuǎn)換結(jié)束之后 ， 輸出本次轉(zhuǎn)換結(jié)果。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。 表 2 ADS7805 的一次完整操作過(guò)程是由啟動(dòng)轉(zhuǎn)換和讀數(shù)據(jù)兩部分構(gòu)成?？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。其電路原理圖如圖 。 ADS7805 的 量化 誤差 是 ，量化誤差值是 * 162/5 = V? ，量化誤差 很 小。 在分辨率上， AD 位數(shù)越高，其分辨率越高，如果對(duì)一個(gè) 5V電壓進(jìn)行采樣， 16位的分辨率是 V?? ，對(duì)于 高 精度 的要求， ADS7805 滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求。 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。 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 4）偏移誤差 (Offset Error) 輸入信號(hào)為零時(shí)輸出信號(hào)不為零的值 ,可外接電位器調(diào)至最小。 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。因此有人習(xí)慣上將轉(zhuǎn)換速率在數(shù)值上等同于采樣速率也是可以接受的。采樣時(shí)間則是另外一個(gè)概念 ,是指兩次轉(zhuǎn)換的間隔。分辯率又稱(chēng)精度 ,通常以數(shù)字信號(hào)的位數(shù)來(lái)表示。 AD620放大電路如圖 。 AD620是一個(gè) 使用一只外部電阻器 gR 就 可以設(shè)置從 1到 1000 任何要求的增益， gR 的值還確定了前級(jí)運(yùn)放的跨導(dǎo)。設(shè)計(jì)電路如圖 所示。輸出電壓能夠在較大范圍內(nèi)跟隨輸入電壓作線性變化，輸出信號(hào)和輸入信號(hào)可以完全隔開(kāi)， 可以做多級(jí)放大器的中間級(jí)，即緩沖級(jí) 以及輸入、輸出信號(hào)同相等特點(diǎn)。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）。 圖 共模抑制電路 AD620 還有一個(gè)很重要的作用就是射隨，射極跟隨器又叫射極輸出器，是一種典型的負(fù)反饋放大器。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。通過(guò) Q1A1R1 環(huán)路和Q2A2R2 環(huán)路反饋使通過(guò)輸入器件 Q1 和 Q2 的集電極電流保持恒定，由此使輸入電壓加在外部增益設(shè)置電阻器 RG 的兩端。 原理如圖 。在 1KHz處輸入電壓噪聲為 9 HznV/ ，在 峰值 為 v? ，輸入電流噪聲為 Hz/ 。 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。它 是一種只用一個(gè)外部電阻就能設(shè)置放大倍數(shù)為 11000的低功耗、高精度儀表放大器。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。來(lái)自?xún)蓚€(gè)緩沖器的輸出信號(hào)連接到該儀表放大器的減法器單元。 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)。與運(yùn)算放大器一樣，其輸出阻抗很低，在低頻段通常僅有幾毫歐 。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。 基于這種原因，運(yùn)算放大器不能有效地提取微弱信號(hào)。 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。 根據(jù)題目要求，需加入 50 ? 的輸入阻抗進(jìn)行匹配，解決的辦法就是在信號(hào)源加入一個(gè) 50 ? 的負(fù)載，從而達(dá)到阻抗匹配的作用。 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。 信號(hào)預(yù)處理模塊 在信號(hào)預(yù)處理部分，主要是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行加工處理，包括阻抗匹配、共模抑制、濾波、以及信號(hào)放大