【正文】 寄存器中時 ,都會改變串口控制寄存器 1(SPCR1)中的 RDDY 和串口控制寄存器 2(SPCR2)中的 XRDY 標(biāo)志位 ,所以 CPU 可以通過不斷查詢的方法知道數(shù)據(jù)是否發(fā)送完畢以及是否接收到新的數(shù)據(jù) ,從而決定下一步操作。串口接收數(shù)據(jù)的過程與發(fā)送基本類似 ,但方向相反且 VC5402 的多通道串口的接收帶 三個緩沖器。然后在 發(fā)送 幀同步信號 FSX和時鐘 CLKX的作用下 ,將 XSR寄存器中的數(shù)據(jù)逐位移到 DX引腳輸出。要訪問 McBSP 的這些寄存器 ,首先要把所要訪問的寄存器的子地址寫到子地址寄存器 SPSA 中 ,然后 才能對數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行訪問。由于 McBSP 內(nèi)帶有一個可編程的采樣和幀同步時鐘產(chǎn)生器 ,所以串口接收、發(fā)送時鐘和幀同步等信號既可由內(nèi)部產(chǎn)生 ,也可以由外部輸入?？删幊痰臅r鐘和幀同步極性?？蛇x的數(shù)據(jù)寬度 : 1 1 24或 32 位 。可獨立編程的發(fā)送和接收幀同步 。連續(xù)的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)流功能 。 McBSP 簡介 VC5402 的 McBSP 是一種同步串行接口 ,支持多種通信方式和 SPI 協(xié)議 ,串口可以根據(jù)設(shè)計者的不同需求進(jìn)行配置 ,使用非常靈活。 167。 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 二 、 VC5402 的有些引腳必須接 4． 7kΩ 的上拉電阻，沒有用到的中斷引腳也要接相同的上拉電阻。 電路設(shè)計 時應(yīng)注意的問題 在設(shè)計中需要注意的有以下三個方面 [4]： 一 、 VC5402 電源采用 3． 3V 和 1． 8V 電源供電。 正因為 C5402 的這些特點因此我們再設(shè)計信號頻譜分析儀選擇了它。它的主要特點包括：改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu) （ 1條程序存儲器總線， 3條數(shù)據(jù)存儲器總線和 4條地址總線）、帶有專用硬件邏輯 CPU 和片內(nèi)存儲器以及片內(nèi)外圍專用的指令集、具有專用的匯編語言工具等。這些都有利于算法的優(yōu)化。 與 C54X 系列的其它芯片相比， 5402 具有高性能、低功耗和低價格等特點。其性能特點如下：操作速率可達(dá) 100MIPS；具有先進(jìn)的 多總線結(jié)構(gòu)，三條 16 位數(shù)據(jù)存儲器總線和一條程序存儲器總線； 40 位算術(shù)邏輯單元（ ALU），包括一個 40位桶形移位器和兩個 40 位累加器；一個1717 乘法器和一個 40 位專用加法器，允許 16 位帶 /不帶符號的乘法；整合維特比加速器，用于提高維特比編譯碼的速度；單周期正規(guī)化及指數(shù)譯碼；8個輔助寄存器及一個軟件棧，允許使用業(yè)界最先進(jìn)的定點 DSP C 語言編譯器；數(shù)據(jù) /程序?qū)ぶ房臻g為 1M16bit ，內(nèi)置 4K16bit ROM 和 16K16bit RAM ；內(nèi)置可編程等待狀態(tài)發(fā)生器、鎖相環(huán)（ PLL）時鐘產(chǎn)生器、兩個多通道緩 沖串口、一個與外部處理器通信的 8 位并行 HPI 口、兩個 16 位定時器以及 6 通道DMA 控制器且低功耗。 作為 DSP 家庭高性價比代表的 16 位定點 DSP 芯片， C5402 適用于語音通信等實時嵌入應(yīng)用場合。 TM320C54x 是 TI 公司為實現(xiàn)低功耗，實時處理而專門設(shè)計的 16 位定點數(shù)字信號處理器，是 DSP 平臺中最為成熟的芯片采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，程序與數(shù)據(jù)分開存放，內(nèi)部具有 8 條高度并行的總線；片內(nèi)集成有片內(nèi)存儲器和片內(nèi)的外設(shè)及專門用途的硬件邏輯，并配備有功能強大的指令系統(tǒng)，使得該芯片具有很高的處理速度和廣泛的應(yīng)用適應(yīng)性；再加上采用模塊化設(shè)計及先進(jìn)的集成電路技術(shù)，芯片的功耗小，成本低，更適應(yīng)于遠(yuǎn)程通信等實時嵌入式應(yīng)用的需要，已在通信、計算機網(wǎng)絡(luò)、儀器儀表等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 速度 ： 在 供電 ( 核心電壓 )下單周期定點指令的執(zhí)行周期為10ns(100MIPS)。 片上硬件資源 ： 軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器和可編程存儲單元轉(zhuǎn)換 ， 連接內(nèi)部振蕩器或外部時鐘源的鎖相環(huán) (PLL)時鐘發(fā)生器 ,兩個多通道緩沖串口(McBSPs)， 增強型 8bit 并行主機接口 (HPI8)， 兩個 16bit 定時器 ， 6 通道直接存儲器訪問 (DMA)控制器。 存儲器 ： 擴展地址模式可最大尋址到 1M16bit 的 外部程序空 間資源，4K16bit 片上 ROM,16K16bit 雙 向 訪問片上 RAM。兩個地址發(fā)生器中有八個輔助寄存器和兩個輔助寄存器運算單元 (ARAUs)。比較、選擇和存儲單元 (CSSU)用于Viterbi 運算器的加 /比較選擇 。40bit 運算邏輯單元 (ALU),包括一個 40bit 的桶形移位器和兩個獨立的 40bit累加器 ,17bit17bit 并行乘法器 。 TMS320VC5402 是 TI 公司的 54X 系列定點 DSP,具有低功耗、高性能的特點。許多 DSP 芯片內(nèi)部都采用多總線結(jié)構(gòu)，這樣保證在一個機器周期內(nèi)可以多次訪問程序空間和數(shù)據(jù)空間。 DSP 芯片普遍采用數(shù)據(jù)總線與程序總線分離的哈佛結(jié)構(gòu)或改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，比傳統(tǒng)處理器的馮 DSP 芯片 167。 DSP 以數(shù)字計算的方法對信號進(jìn)行處理，具有處理速度快、靈活、精確、抗干擾能力強、體積小及可靠性高等優(yōu)點，滿足了對信號快速、精確、實時處理的要 求。經(jīng) A/D 采樣的數(shù)據(jù)送入系統(tǒng)核心數(shù)據(jù)處理器TMS320VC5402 中進(jìn)行 1024 個點的實時 FFT，分析計算信號的頻率、功率和失真度等，信號經(jīng) DSP 處理后，通過 HPI 總線發(fā)送給單片機 STC89C51 對數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理后，發(fā)送給液晶顯示。 為防止混疊失真和噪聲干擾，信號在采樣前需進(jìn)行信號的放大濾波，對信號 進(jìn)行調(diào)理后，經(jīng)過采樣和量化，得到時間和幅度上均為離散的數(shù)字音頻信號。 因此采用 DSP 作為控制芯片 ,DSP 內(nèi)部帶有乘法器、累加器 ,采用流水線工作方式以及并行結(jié)構(gòu) ,多總線 ,速度快 ,并配有適合數(shù)字信號處理的指令等 ,其中還包括一些專用器件 ,能夠?qū)崿F(xiàn)實時處理 。 總體方案 描述 經(jīng)過上面的方案分析和選擇，我所設(shè)計的音頻信號分析系統(tǒng)由調(diào)理電路、 A/D 轉(zhuǎn)換部分、數(shù)據(jù)處理部分設(shè)計、控制器、串口、 PC 機等部分組成，系統(tǒng)框圖如下圖 14 所示。這里使用一個單獨的 DSP 來做 FFT 運算 ， 以滿足 FFT 需大量復(fù)數(shù)乘法和加法運算的要求 。 運算部分的運行效率決定了系統(tǒng)進(jìn)行信號分析的速度和精度 。單片機使用廣泛 ， 操作簡單 。 主控模塊能夠使系統(tǒng)各部分模塊協(xié)調(diào)有序的工作 ， 是系統(tǒng)能夠穩(wěn)定高效運行的關(guān)鍵 ， 是整個系統(tǒng)的核心之一 。單 DSP 的系統(tǒng)盡管結(jié)構(gòu)簡單 ,但系統(tǒng)的功能將不可避免地有所限制。 各模塊的方案選擇 當(dāng)前 ,數(shù)字信號處理器 (DSP)芯片以其強大的運算能力在通信、電子、圖像處理等各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 綜上所述，系統(tǒng)采用數(shù)字信號處理器（ DSP）來實現(xiàn)音頻信號分析，充分利用 DSP 執(zhí)行速度快的優(yōu)點，來滿足系統(tǒng)設(shè)計的指標(biāo)要求。諾依曼結(jié)構(gòu)有更快的指令執(zhí)行速度。 采用數(shù)字信號處理器（ DSP） ： DSP 是一種特別適合于進(jìn)行數(shù)字信號處理運算的微處理器，主要用于實時快速實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理的算法。 在這里有兩種方法； 分段 FFT： 這種方法將輸入信號分段，逐段 進(jìn)行 FFT 的處理，這樣分段取樣降低了對 ADC 和 FFT 硬件的速度要求，又可以在相對窄的頻段內(nèi)得到更高的頻譜分辨率。這種新型的頻譜分析儀采用數(shù)字方法直接由模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換器 (ADC)對輸入信號取樣，再經(jīng) FFT 處理后獲得頻譜分布圖。而且單片機計算速度慢，控制分析精度較低，達(dá)不到設(shè)計要求。這種音頻分析采用外差原理，由本機振蕩器產(chǎn)生一定步進(jìn)頻率的信號與輸入信號相乘，然后由適當(dāng)?shù)臑V波器將差頻分量濾出以代表相應(yīng)頻點的幅度。 數(shù)字式外差原理是把模擬外差式頻譜分析儀中的各模塊利用數(shù)字可編程器件實現(xiàn)，其原理框圖如圖 13： 處理器 數(shù)字存儲 顯示器 實時 采 樣A/D 轉(zhuǎn) 換 Ui 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 圖 13 基于外差原理的數(shù)字式頻譜儀原理框圖 信號經(jīng)高速 A/D 采集送入處理器，通過硬件乘法器與本地由 DDS 產(chǎn)生的本振掃頻信號混頻，變頻后信號不斷移入低通數(shù)字濾波器，然后提取通過低通濾波器的信號幅度，根據(jù)當(dāng)前頻率和提取到的幅度值，即可以繪制當(dāng)前信號頻譜圖。模擬外差式頻譜儀具有高帶寬和高頻率分辨率等優(yōu)點，但是模擬器件調(diào)試復(fù)雜，短期實現(xiàn)有難度，尤其是在對頻譜信息的存儲和分析上，遜色于新興的數(shù)字化頻譜儀方案。由于掃描電壓在調(diào)制振蕩 器的同時，又驅(qū)動 X 放大器，從而可以在屏幕上顯示出被測信號的線狀頻譜圖。也就是只進(jìn)行信號的頻域分析，不需要時域分析。 本次設(shè)計的系統(tǒng)的主要任務(wù)是對輸入的音頻信號進(jìn)行測量和分解 。 系統(tǒng)總體方案選擇 音頻信號測量一般包括頻率 、 電壓 、 信噪比（ SNR） 、 諧波失真（ THD）等基本參數(shù)，大部分音頻信號參數(shù)都可以由這幾種基本參數(shù)組合而成 。 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 第一章 系統(tǒng)描 述 167。文中利用 TMS320C5402 作為數(shù)據(jù)處理器， STC89C51作為控制器引導(dǎo)并控制 DSP芯片。 音頻分析是以數(shù)字音頻信號為分析對象 ,以數(shù)字信號處理為分析手段 ,提取信號在時域、頻域內(nèi)的一系列特性的過程 ,在頻域圖中信號的某些特性變得很明顯。從到音頻信號的幅度譜 ,進(jìn)而得到音頻信號的功率譜。對于音頻信號來說 ,其主要特征參數(shù)為幅度譜、功率譜?；?DSP 單片機技術(shù)的音頻信號分析具有性能穩(wěn)定、電路簡單、速度快、成本低 、體積小的特點，適用于需要音頻信號分析的嵌入式系統(tǒng)中，可以在更多領(lǐng)域進(jìn)一步推廣和應(yīng)用，如環(huán)境監(jiān)測、語音識別、智能系統(tǒng)的控制等。該音頻信號分析儀的工作過程為：對音頻信號限幅放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換、快速傅里葉變換 (FFT，時域到頻域的轉(zhuǎn)換 )、特征值提取；從到音頻信號的幅度譜，進(jìn)而得到音頻信號的功率譜。我們叫它為掃本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 描調(diào)諧分析儀是將信號從時間域轉(zhuǎn)換成頻率域，使原始信號中不 明顯特性變得明顯，便于分析處理。它是靠電路的硬件去實現(xiàn)的，而不是通過數(shù)學(xué)變換。這種分析方法一般用于低頻信號的分析，如聲音，振動等 。目前來說，最高的分析頻率只是在 10MHz 或是幾十 MHz，也就是說其測量范圍是從直流到幾十 MHz。即使是兩個信號間隔非常近，用傅立葉變換也可將它們分辨出來。我們把這種方法叫作動態(tài)信號的分析方法。 從技術(shù)實現(xiàn)來說，目前有兩種方法對信號頻率進(jìn)行分析。通常所用的最基本的儀器是示波器，觀察信號的波形、頻率、幅度等。數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展為頻譜分析提供了新的解決方法 , 其主要應(yīng)用是實時快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。 如 ,對于 300Hz～ 4 kHz 之間的語音信號的分析主要應(yīng)用于語音識別 ,其用途是確定語音內(nèi)容或判斷說話者的身份等 ,能否優(yōu)質(zhì)完成功能 ,取決于語音信號分析的正確性和準(zhǔn)確性。 它主要利用頻譜分析原理。 我們能夠聽見的音頻信號的頻率范圍大約是 20Hz2OkHz， 其中語音大約分布在 300Hz～ 4kHz 之內(nèi) ， 而音樂和其他自然聲響是全范圍分布的 。 音頻分析儀就是一套輔助人們更方便進(jìn)行音頻信號處理的系統(tǒng) 。 DSP 程序轉(zhuǎn)化為單片機程序 ............................................42 167。 用 CCS 制作下載程序文件 ..............................................37 167。 集成開發(fā)環(huán)境 CCS...................................................................36 167。 Keil C51 開發(fā)系統(tǒng)基本知識 ............................................35 167。 Keil 調(diào)試程序 ............................................................................34 167。 FFT 算法設(shè)計 ....................................................................31 167。 DSP 程序設(shè)計 ............................................................................31 167。 功率譜測量方法 .......................................................................28 167。 FFT 算法簡介 .............................................................................25 167。 A/D 轉(zhuǎn)換電路 .............................................................................21 167。 89c51 簡介 ..........................................................................17 167。 HPI 作用 .........................................................................