【正文】 =0？ Y N 第 9 頁 共 29 頁 圖 33 LCD顯示子程序流圖 4 設(shè)計(jì)結(jié)果顯示 運(yùn)用 C 語言編寫設(shè)計(jì)所需要的程序（見附錄），把程序下載到的實(shí)驗(yàn)箱中，觀察 LCD 上所顯示的幅頻特性曲線如圖 41，圖 42 所示。設(shè)計(jì)的子程序流圖如圖 32 所示； 圖 32 FFT運(yùn)算子程序流圖 LCD 顯示模塊 本設(shè)計(jì)中，采用并行 8 位數(shù)據(jù)接口輸入方式，把 LCD 映射到 DSP 芯 片的 I/O空間，通過讀寫 I/O 地址來控制液晶， TMS320C5416DSP 芯片對(duì)該地址輸出數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn) LCD 的顯示控制。 第 8 頁 共 29 頁 3. 功率譜計(jì)算，即計(jì)算 X(k)=? X(n) WNnk ， X（ k）一般是由實(shí)部和虛部組成。對(duì)于任何一個(gè) 2 的整數(shù)冪 N=2m，總可以通過 M 次分 解到 2 點(diǎn)的 DFT 計(jì)算。 FFT 算法的實(shí)現(xiàn)主要分為三個(gè)步驟： 1. 實(shí)現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)的比特反轉(zhuǎn)，輸入數(shù)據(jù)的比特翻轉(zhuǎn)實(shí)際上就是將輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行位碼倒置，以便在整個(gè)運(yùn)算后的輸出序列是一個(gè)自然序列。 TLV320AIC23 的 工 作 時(shí) 鐘 由 外接 的一 個(gè) 的 晶 振提 供 ，TLV320AIC23 從電路模塊電路如圖 31 所示 。 六． 其他：主要管腳為 MCLK－芯片時(shí)鐘輸入 (、 、 、 ) VMID－半壓輸入，通常由一個(gè) 10U和一個(gè) MODE－芯片工作模式選擇， Master 或者 Slave CS－片選 信號(hào)（配置時(shí)有效） CLKOUT－時(shí)鐘輸出，可以為 MCLK 或者 MCLK/2（詳見寄存器配置 ） TLV320AIC23 通過以下引腳與 TMS320C5416 連接。 AIC23 的管腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下： 從上圖可以看出， AIC23 主要的外圍接口分為以下幾個(gè)部分： 一． 數(shù)字音頻接口：主要管腳為 BCLK－數(shù)字音頻接口時(shí)鐘信號(hào)（ bit 時(shí)鐘），當(dāng) AIC23 為從模式時(shí)（通常情況），該時(shí)鐘由 DSP 產(chǎn)生； AIC23 為主模式時(shí)，該時(shí)鐘由 AIC23 產(chǎn)生； 第 5 頁 共 29 頁 LRCIN－數(shù)字音頻接口 DAC 方向的幀信號(hào)（ I2S 模式下 word 時(shí)鐘） LRCOUT－數(shù)字音頻接口 ADC 方向的幀信號(hào) DIN－數(shù)字音頻接口 DAC 方向的數(shù)據(jù)輸入 DOUT－數(shù)字音頻接口 ADC 方向的數(shù)據(jù)輸出 這部分可以和 DSP 的 McBSP（ Multichannel buffered serial port，多通道緩存串口）無縫連接，唯一要注意的地方是 McBSP 的接收時(shí)鐘和 AIC23 的 BCLK 都由 McBSP 的發(fā)送時(shí)鐘提供 。 3 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì) 語音信號(hào)采集模塊 從適應(yīng)語音信號(hào)頻率、滿足實(shí)時(shí) 性、降低成本、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的要求出發(fā)，本系統(tǒng)選擇 TLV320AIC23?？梢燥@示 8 4 行 16 16 點(diǎn)陣的漢字 . 也可完成圖形顯示 .低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。 BCLKX0/BCLKX1:緩沖串口 0 和 1 的發(fā)送時(shí) 鐘 ,用于對(duì)來自緩沖串行口發(fā)送移位 寄存器和傳送至數(shù)據(jù)發(fā)送引腳的數(shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)； BDX0/BDX1:緩沖串行口數(shù)據(jù)發(fā)送端 ,來自緩沖串行口發(fā)送移位寄存器中的數(shù)據(jù)經(jīng)該引腳串行發(fā)送； BFSX0/BFSX1:用于發(fā)送輸出的幀同步脈沖； BDR0: 緩沖串行口數(shù)據(jù)接收端； BFSR0: 用于接收輸入的幀同步脈沖；X2/CLKIN:由晶振接到內(nèi)部振蕩器的輸入引腳。另外 C5416具有如下特點(diǎn)：當(dāng)核電壓為 伏特時(shí)的工作頻率可達(dá)到 160MIPS；能訪問 64K數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間、 64K I/O 空間、以及 192K 程序存儲(chǔ)空間。另外 C5416 還具有 3 個(gè) MCBSP 多通道緩沖串口，該串口與 SPI 器件兼容，提供多達(dá) 128 個(gè)發(fā)送和接收通道。由于具有上述優(yōu)點(diǎn)，使得 AIC23 是 一款非常理想的音頻模擬 I/O 器件，可以很好的應(yīng)用在隨聲聽（如 CD， MP3……）、錄音機(jī)等數(shù)字音頻領(lǐng)域。 AIC23 的模數(shù)轉(zhuǎn)換（ ADCs）和數(shù)模轉(zhuǎn)換（ DACs）部件高度集成在芯片內(nèi)部，采用了先進(jìn)的 Sigma－ delta 過采樣技術(shù)，TLV320AIC23 TMS320C5416 DSP 12864 LCD 音頻信號(hào)輸入 數(shù)據(jù)接口 控制接口 第 3 頁 共 29 頁 可以在 8K 到 96K 的頻率范圍內(nèi)提供 16bit、 20bit、 24bit 和 32bit 的采樣， ADC和 DAC 的輸出信噪比分別可以達(dá)到 90dB 和 100dB。本系統(tǒng)包括音頻采集、 DSP 對(duì)語音信號(hào)的處理、LCD 顯示三部分。 在報(bào) 告中繪制程序的流程圖，并文字說明。 DSP 與 TLC320AIC23 接口電路的原理圖繪制； DSP 控制 TLC320AIC23 的程序編寫與調(diào)試； TLC320AIC23 進(jìn)行語音模擬量到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)聲音的采集，在 CCS軟件中分析信號(hào)的幅頻特性； 編寫 DSP 的 FFT 處理程序； 控制點(diǎn)陣液晶，實(shí)現(xiàn)繪圖功能，將幅頻圖顯示出來 。 本題目通過 TLC320AIC23 采集音頻信號(hào) (10kHz)，編寫 DSP 的 FFT 第 2 頁 共 29 頁 處理程序（自定頻譜分辨力），獲得幅頻特性之后，在點(diǎn)陣液晶中大致顯示出幅頻圖。初步培養(yǎng)學(xué)生對(duì)工程設(shè)計(jì)的獨(dú)立工作能力，掌握電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法。 設(shè)計(jì)要求 DSP 課程設(shè)計(jì)是對(duì)《數(shù)字信號(hào)處理》、《 DSP 原理及應(yīng)用》等課程的較全面練習(xí)和訓(xùn)練，是實(shí)踐教學(xué)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。 本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的語音 分析 系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)： 1． 音頻數(shù)據(jù)占用資源少 2． 音質(zhì)通信級(jí) 3． 開發(fā)難度低 4． 語音芯片與 DSP 接口電路簡(jiǎn)單 5． 體積小 該語音分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠完成語音采集，播放，存儲(chǔ)，頻譜分析，基本實(shí)現(xiàn)了語音分析功能。 DSP 芯片已經(jīng)在通信與電子系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)、自動(dòng)控制、雷達(dá)、軍事、航空航天、醫(yī)療、家用電器、電力系統(tǒng)等許多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，而且新的 應(yīng)用領(lǐng)域在不斷地被發(fā)掘。 關(guān)鍵詞 ： DSP；音頻信號(hào)；頻譜分析； FFT； LCD 目錄 1 緒論 .............................................................. 1 選題背景 .................................................... 1 設(shè)計(jì)要求 .................................................... 1 2 系統(tǒng)總硬件設(shè)計(jì)方案 ................................................ 2 硬件系統(tǒng)框圖 ................................................ 2 TLV320AIC23 芯片簡(jiǎn)介 ........................................ 2 TMS320C5416DSP 芯片 ......................................... 3 12864 LCD................................................... 3 3 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì) ...................................................... 4 語音信號(hào)采集模塊 ............................................ 4 語音信號(hào)處理模塊 ............................................ 7 LCD 顯示模塊 ................................................ 8 4 設(shè)計(jì)結(jié)果顯示 ...................................................... 9 5 設(shè)計(jì)心得 ......................................................... 11 參考 文獻(xiàn) ........................................................... 12 附錄 設(shè)計(jì)程序 ...................................................... 13 第 1 頁 共 29 頁 1 緒論 選題背景 目前，在微電子技術(shù)發(fā)展的帶動(dòng)下， DSP 芯片的發(fā)展日新月異， DSP 的功能日益強(qiáng)大，性能價(jià)格比不斷上升，開發(fā)手段不斷改進(jìn)。 本次課程設(shè)計(jì)介紹了音頻信號(hào)頻譜分析的原理以及其所涉及的硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)是基于 TMS320C5416DSP 芯片的音頻信號(hào)頻譜分析的設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主要功能對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行采樣濾波后 FFT 變換， 并用采集的音頻信號(hào)進(jìn)行頻譜分析， FFT 算法采用 TLC320AIC23 編寫 DSP 程序?qū)崿F(xiàn)。音頻信號(hào)頻譜分析 摘要 在當(dāng)今的數(shù)字化時(shí)代背景下， DSP 已成為通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)類電子產(chǎn)品等領(lǐng)域的基礎(chǔ)器件，是集成電路中發(fā)展最快的電子產(chǎn)品，并成為電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的決定因素。 DSP 芯片已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于當(dāng)今技術(shù)革命的各個(gè)領(lǐng)域 ，而且 DSP技術(shù)也正以極快的速度被應(yīng)用在通信、電子系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)等許多領(lǐng)域中。然后通過 LCD 觀察其頻譜分布。 DSP 芯片已經(jīng)完全走下了“貴族 ”的圣壇。 DSP 處理速度快，功耗低，性能好，基于 TMS320C5416DSP 芯片的語音存儲(chǔ)容量大，具有很好的通信音質(zhì)等特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于很多領(lǐng)域中。 隨著技術(shù)的進(jìn)步， TMS320C5416DSP 與 TLV320AIC23 的結(jié)合的語音編碼方案將會(huì)有更好的應(yīng)用前景。 通過本次課程設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理、 DSP 技術(shù)課程以及其他有關(guān)先修課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)去分析和解決具體問題，并使所學(xué)知識(shí)得到進(jìn)一步鞏固、深化和發(fā)展。通過課程設(shè)計(jì)完成基本技能的訓(xùn)練，如查閱設(shè)計(jì)資料和手冊(cè)、程序的設(shè)計(jì)、調(diào)試等，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。并在液晶中用文字顯示頻率幅值前三的頻率值。 按要求編寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告書，正確 、完整的 闡述設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果 。 2 系統(tǒng)總硬件設(shè)計(jì)方案 硬件系統(tǒng)框圖 本系統(tǒng)用 DSP 芯片 TMS320C5416 與音頻編解碼芯片 TLV320AIC23 實(shí)現(xiàn)硬件接口和軟件設(shè)計(jì) , 并在此硬件基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)語音信號(hào)的采集、頻譜分析并用 LCD顯示語音信號(hào)的幅頻特性曲線。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 21 所示 : 圖 21 TLV320AIC23 芯片簡(jiǎn)介 TLV320AIC23（以下簡(jiǎn)稱 AIC23）是 TI推出的一款高性能的立體聲音頻 Codec芯片，內(nèi)置耳機(jī)輸出放大器，支持 MIC 和 LINE IN 兩種輸入方式（二選一），且對(duì)輸入和輸出都具有可編程增益調(diào)節(jié)。與此同時(shí)， AIC23 還具有很低的能耗，回放模式下功率僅為 23mW，省電模式下更是小于 15uW。 TMS320C5416DSP 芯片 系統(tǒng)采用的主芯片是 TI 公司的一款 16 位定點(diǎn) DSP： TMS320C5416(以下簡(jiǎn)稱 C5416)，主要是考慮到 C5416 片內(nèi)具有 128K*16 位的內(nèi)部 RAM，這對(duì)提高系統(tǒng)總體性能和集成度有很大的幫助。與其他C54xDSP 芯片一樣 C5416 具有功耗低、運(yùn)算速率 高、性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)。 TMS320C5416 作為主芯片實(shí)現(xiàn)語音信號(hào)采集、存儲(chǔ)和各模塊之間的通信等控制，其主要功能有：上電自舉，讀取鍵盤值并初始化音頻編碼芯片和液晶屏，控制 TLV320AIC23 并 通 過 液 晶 屏 顯 示 TLV320AIC23 的 工 作 狀 態(tài) ，TMS320C5416 通過以下引腳與 TLV320AIC23 連接。 12864 LCD 帶中文字庫的 128X64 是一種具有 4 位 /8 位并行、 2 線或 3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊； 其顯示分辨率為 128 64, 內(nèi)置 8192 個(gè) 16*16 點(diǎn)漢字，和 128 個(gè) 16*8 點(diǎn) ASCII 字符集 .利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示 第 4 頁 共 29 頁 模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。 TLV320AIC23 是一種高性能的立體聲音頻 Codec 芯片作為從設(shè)備，主要完成輸入語音信號(hào)的 A/D 轉(zhuǎn)換，語音采樣編解碼及濾波處理，該芯片構(gòu)成簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大。 二． 麥克風(fēng)輸入接口：主要管腳為 MICBIA