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DSP课程设计音频信号频谱分析论文

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摘要数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）是利用计算机或专用处理设备，以数字的形式对信号进行分析、采集、合成、变换、滤波、估算、压缩、识别等加工处理，以便提取有用的信息并进行有效的传输与应用。

与模拟信号处理相比，数字信号处理具有精确、灵活、抗干扰能力强、可靠性高、体积小、抑郁大规模集成等优点。

基于TMS320C5416DSP芯片的音频信号频谱分析的设计系统的主要功能对语音信号进行采样滤波后FFT变换，然后通过LCD观察其频谱分布。

本设计通过C 语言编程来实现系统的功能。

关键词：DSP；信号；频谱；FFT；LCD目录1 绪论 (1)1.1 设计目的 (1)1.2 设计要求 (1)2 设计原理 (2)2.1 TMS320C54x芯片简介 (2)2.2 TLV320AIC23芯片简介 (3)2.3 12864LCD液晶显示屏简介 (4)3 系统总设计方案 (4)4 系统模块设计 (4)4.1 语音信号采集模块 (4)4.2 语音信号处理模块 (6)4.3 LCD显示模块 (7)5 设计结果显示 (8)6 设计心得 (10)参考文献 (11)致谢 (12)附录设计程序 (13)1 绪论1.1设计目的1.熟悉TLV320AIC23的接口和使用；2.熟悉McBSP多通道缓冲串口配置为SPI模式的通信的应用；3.掌握一个完整的语音输入、输出通道的设计；4.熟悉A/D转换的基本原理；5.加深对DFT算法原理和基本性质的理解；6.熟悉FFT算法原理和FFT子程序的应用；7.学习用FFT对连续信号和时域信号进行谱分析的方法，了解可能出现的分析误差及其原因，以便在实际中正确应用FFT；8.了解LCD显示的基本原理；9.学习用TMS320C54XDSP芯片控制LCD的基本方法和步骤。

1.2 设计要求DSP课程设计是对《数字信号处理》、《DSP原理及应用》等课程的较全面练习和训练，是实践教学中的一个重要环节。

通过本次课程设计，综合运用数字信号处理、DSP技术课程以及其他有关先修课程的理论和生产实际知识去分析和解决具体问题，并使所学知识得到进一步巩固、深化和发展。

初步培养学生对工程设计的独立工作能力，掌握电子系统设计的一般方法。

通过课程设计完成基本技能的训练，如查阅设计资料和手册、程序的设计、调试等，提高学生分析问题、解决问题的能力。

本题目通过TLC320AIC23采集音频信号(f.max<10kHz)，编写DSP的FFT处理程序（自定频谱分辨力），获得幅频特性之后，在点阵液晶中大致显示出幅频图。

并在液晶中用文字显示频率幅值前三的频率值。

1.DSP与TLC320AIC23接口电路的原理图绘制；2.DSP控制TLC320AIC23的程序编写与调试；3.TLC320AIC23进行语音模拟量到数字信号的转换，实现声音的采集，在CCS软件中分析信号的幅频特性；4.编写DSP的FFT处理程序；5.控制点阵液晶，实现绘图功能，将幅频图显示出来6.按要求编写课程设计报告书，正确、完整的阐述设计和实验结果。

7.在报告中绘制程序的流程图，并文字说明。

2 设计原理2.1 TMS320C54x芯片简介C54x是一款低功耗、高性能的定点DSP芯片，其内部结构电路图如图2-1所示。

其CPU部分采用先进的多总线结构(1条程序总线、3条数据总线和4条地址总线)。

40位算术逻辑运算单元(ALU)，包括1个40位桶形移位寄存器和2个独立的40位累加器。

17位并行乘法器，与40位专用加法器相连，用于非流水线式单周期乘法/累加(MAC)运算。

TMS320C5416DSP芯片共有192千字的可寻址存储空间。

这192千字的存储空间分为3个独立的可选择空间，分别为：64千字的程序存储空间；64千字的数据存储空间；64千字的I/O空间。

所有的TMS320C5416DSP芯片都包括内部随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。

内部随机存储器RAM又分为单寻址RAM （SARAM）和双寻址RAM(DARAM)两种类型。

为了满足数据处理的需要，TMS320C5416DSP芯片提供了必要的片内外部设备。

这些外部设备主要包括：通用I/O引脚；定时器；时钟发生器；主机接口HPI；串行通信接口；软件可编程等待状态发生器；可编程分区转换逻辑。

TMS320C5416DSP芯片的外部总线具有很强的系统接口能力，可与外部存储器以及I/O设备相连，能对64K字的数据存储空间，64K字的程序存储空间，以及64K字的I/O空间进行寻址。

独立的空间选择信号DS，PS和IS允许进行物理上分开的空间选择。

接口的外部数据准备输入信号（READY）与片内软件可编程等待状态发生器一道，可以使处理器与各种不同速度的存储器和I/O设备连接。

接口的保护方式能使外设对TMS320C5416DSP芯片的外部总线进行控制，使外部设备可以访问程序，数据和I/O空间的资源。

C5416DSP芯片是一种特殊结构的微处理器,为了快速实现数字信号处理运算,采用了流水线指令结构和相应的并行处理结构,可在一个周期内对数据进行高速的算术运算和逻辑运算。

C5416采用先进的哈佛结构，具有片内存储器、中断、串口、并口等丰富的资源，加上高度专业化的指令系统，使C5416具有很高的性价比，已经广泛应用于通信、语音处理、图像处理、仪器仪表等无线电通信系统中。

图2-1 TMS320C54x内部结构示意图2.2 TLV320AIC23芯片简介TLV320AIC23是一种高性能的立体声音频Codec芯片作为从设备，主要完成输入语音信号的A/D转换，语音采样编解码及滤波处理，该芯片构成简单，功能强大。

TLV320AIC23工作电压3.3V，能在数字和模拟电压下工作,与TMS320C5416 的I/O 电压相兼容，其控制接口和数字接口与DSP 的MCBSP 端口能够无缝连接。

TLV320AIC23的模数转换（ADCs）和数模转换（DACs）部件高度集成在芯片内部，采用了先进的Sigma- delta 过采样技术（Sigma- delta一般用于ADC中，是高精度的A/D转换器，该转换器的特点是将绝大多数的噪声从动态转移到阻态），可以在8K到96K的频率范围内提供16bit、20bit、24bit和32bit的采样，ADC和DAC的输出信噪比分别可以达到90dB 和100dB 。

2.3 12864LCD 液晶显示屏简介带中文字库的128X64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64, 内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII 字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。

可以显示8×4行16×16点阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。

由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。

3 系统总设计方案本系统用DSP 芯片TMS320C5416与音频编解码芯片TLV320AIC23 实现硬件接口和软件设计, 并在此硬件基础上实现语音信号的采集、频谱分析并用LCD 显示语音信号的幅频特性曲线。

本系统包括音频采集、DSP 对语音信号的处理、LCD 显示三部分。

系统结构如图3-1所示:图3-1 系统结构图4 系统模块设计4.1 语音信号采集模块从适应语音信号频率、满足实时性、降低成本、简化设计的要求出发，本系统选择TLV320AIC23。

TLV320AIC23是一种高性能的立体声音频Codec 芯片作为从设备，主要完成输入语音信号的A/D 转换，语音采样编解码及滤波处理，该TLV320AIC23TMS320C5416 DSP12864 LCD 音频信号输入 数据接口 控制接口芯片构成简单，功能强大。

TLV320AIC23工作电压3.3 V ，能在数字和模拟电压下工作，与TMS320C5416 的I/O 电压相兼容，其控制接口和数字接口与DSP 的MCBSP 端口能够无缝连接。

TLV320AIC23的模数转换（ADCs ）和数模转换（DACs ）部件高度集成在芯片内部，采用了先进的Sigma- delta 过采样技术（Sigma- delta 一般用于ADC 中，是高精度的A/D 转换器，该转换器的特点是将绝大多数的噪声从动态转移到阻态），可以在8K 到96K 的频率范围内提供16bit 、20bit 、24bit 和32bit 的采样，ADC 和DAC 的输出信噪比分别可以达到90dB 和100dB 。

TLV320AIC23通过以下引脚与TMS320C5416连接。

BCLK:I2S(一种TLV320AIC23的数字音频接口支持的通用的音频格式)串行数据传输时钟,当TLV320AIC23为主模式时BCLK 由TLV320AIC23产生并提供给DSP,频率为主时钟的1/4,当从模式时由DSP 产生；DIN: I2S 格式串行数据输入端,送入立体声DAC ；DOUT: I2S 格式串行数据输出端,由立体声ADC 产生；LRCIN/LRCOUT: I2S 格式数据输入/出帧同步信号；SCLK:控制端口移位时钟；SDIN:控制端口串行数据输入,用来传输配置TLV320AIC23内部寄存器数据；/CS:控制端口输入和地址锁存选择端,在SPI 控制模式下,作为数据锁存控制端,在I2C 模式下,定义外设的7位地址；XTI/MCLK:晶体或外部时钟输入端,TLV320AIC23内部时钟由它产生。

TLV320AIC23的工作时钟由外接的一个11.2896M 的晶振提供，TLV320AIC23从电路模块电路如图4-1所示。

C D 432Y312MC2320PC2420P C2110UBVDD 1CLKOUT 2BCLK 3DIN 4LRCN 5DOUT 6LRCOUT 7HPVDD 8LHPOUT 9RHPOUT 10HPGND 11LOUT 12ROUT13AVDD 14AGND 15VMID 16MICBIAS 17MICIN 18RLINEIN 19LL INE IN 20/CS 21MODE 22SDIN 23SCL K 24XTI/MCLK 25XT026DVDD 27DGND 28U22TL V320AIC233.3VBCLKDINDOUTLRCOUT3.3VALHPOUTRHPOUTSAGNDLOUTROUT3.3VA SAGNDMICBIAS MICIN RLNE IN LL INE IN SACS SDIN SCL K SX1SX23.3V GND R10310K SX1SX2LRCIN图4-1 TLV320AIC23从电路模块电路数字音频接口主要管脚为BCLK－数字音频接口时钟信号（bit时钟），当TLV320AIC23为从模式时（通常情况），该时钟由DSP产生；TLV320AIC23为主模式时，该时钟由TLV320AIC23产生；LRCIN－数字音频接口DAC方向的帧信号（I2S模式下word时钟）;LRCOUT－数字音频接口ADC方向的帧信号;DIN－数字音频接口DAC方向的数据输入;DOUT－数字音频接口ADC方向的数据输出;这部分可以和DSP的McBSP（Multi-channel buffered serial port，多通道缓存串口）无缝连接，唯一要注意的地方是McBSP的接收时钟和TLV320AIC23的BCLK都由McBSP的发送时钟提供。

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DSP课程设计报告--基于MATLAB的语音信号的频谱分析

DSP课程设计报告--基于MATLAB的语音信号的频谱分析

DSP课程设计——基于MATLAB的声音信号频谱分析1．课程设计目的综合运用数学信号处理的理论知识进行语音信号的频谱分析，通过理论推导得出相应结论，再利用MA TLAB作为编程工具进行计算机实现，从而加深对所学知识的理解，建立概念。

2．理解设计基本要求1)熟悉离散信号和系统的时域特性。

2)熟悉线性卷积和相关的计算编程方法。

3)掌握序列傅里叶变换的计算机实现方法，利用序列傅里叶变换对离散信号、系统和系统的响应进行频域分析。

4)学会MATLAB的使用，掌握MA TLAB的程序设计方法。

5)利用MATLAB对wav文件进行频谱分析。

6)分别用不同的滤波器对加噪语音信号进行滤波，选择最佳滤波器。

3．课程设计内容选择一个wav文件作为分析的对象，或录制一段语音信号，对其进行频谱分析，分别对加噪前后的语音信号进行频谱分析，再通过不同滤波器根据信号的频谱特点重构语音信号，选出最佳滤波方案。

4．课程设计实现步骤(1)语音信号的获取选择一个wav文件作为分析的对象，可以利用Windows下的录音机或其他软件，录制一段自己的话音，在MATLAB中，[y,fs,bits]=wavread('Blip',[N1 N2]);用于读取语音，采样值放在向量y中，fs表示采样频率(Hz)，bits表示采样位数。

[N1 N2]表示读取的值从N1点到N2点的值。

sound(y); 用于对声音的回放。

向量y则就代表了一个信号，也即一个复杂的“函数表达式”，也可以说像处理一个信号的表达式一样处理这个声音信号。

下面是语音信号在MATLAB中的语言程序，它实现了语音的读入与打开，并绘出了语音信号时域波形，然后对语音信号进行频谱分析。

在MATLAB中，可以利用函数fft对信号进行快速傅里叶变化，得到信号的频谱特性。

在频谱特性中分析最大值的位置（可能有几个），它代表的频率和时域的采样时间有关，相邻的两点之间的距离为。

其中，N是离散傅里叶变换用的点数，是采样的时间，前面在读取wav文件时得到了采样频率。

DSP课程设计(课题二fft的频谱分析仪)报告

DSP课程设计(课题二fft的频谱分析仪)报告

DSP课程设计报告课题：基于FFT的频谱分析仪设计班级：电子信息工程0901班小组成员：陈湛国200930410103谢海200930410124 指导老师：徐梅宣华南农业大学珠江学院信息工程系一、设计原理（1）实现输入数据的比特反转输入数据的比特反转实际上就是将输入数据进行位码倒置，以便在整个运算后的输出序列是一个自然序列。

在用汇编指令进行位码倒置时，使用位马导致寻址可以大大提高程序执行速度和使用存储器的效率。

在这种寻址方式下，AR0存放的整数N是FFT点的一半，一个辅助寄存器指向一个数据存放的单元。

当使用位码倒置寻址将AR0加到辅助寄存器时，地址将以位码倒置的方式产生。

（2）实现N点复数FFTN点复数FFT算法的实现可分为三个功能块，及第一级蝶形运算、第二级蝶形运算、第三级至log2N级蝶形运算。

在运算过程中，为了避免运算结果的溢出，可对每个蝶形的运算结果右移一位。

（3）功率谱的计算计算功率谱时只需将FFT变换好的数据，按照实部X R(k)和虚部X I(k)求它们的平方和，然后对平方和进行开平方运算。

（4）输出FFT结果二、操作步骤1、运行软件打开Setup CCStudio v3.3，在Family中选择C54XX，Platform中选择simulator，此时在My System中出现C54xx Rev.x CPU Cycle Accurate Simulator，点击，然后再点击“Save&Quit”，此时有窗口“Code Composer Studio Setup”出现，点击“Yes”，然后进入CCStudio:Parallel Debug Manager，在“Open”选项中选择“C54xx Rev.x CPU Cycle Accurate Simulator”，则进入设计的操作界面。

2、载入程序代码，编译并执行首先，点击“Project”，建立新文件；然后点击“File”，建立源文件，后缀名分别为“.C”、“.cmd”；其次，把编好的FFT程序放入“.C”文件中，命令文件也编入“.cmd”中；再次，加载文件“.C”及“.cmd”文件;接着点击“Project”中的“Rebuild Aall”,无错误出现，则继续操作；点击“File”中的“Load Program”，把后缀为“.out”的文件加载进来；然后点击“Run”，最后，点击“View”，“Graph”，进入“time/Frequency”，修改设置后，点击“ok”，则出现图像。

DSP课程设计 音频信号频谱分析

DSP课程设计 音频信号频谱分析

CHANGSHA UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGYDSP课程设计题目： DSP——音频信号频谱分析学生XX：翦杰学号： 200757170119班级: 07-01专业：电子信息工程指导教师：黄亚飞、肖鸿实习起止时间: 2021年12月27日至2021年1月7日音频信号频谱分析摘要随着信息技术革命的深入和计算机技术的飞速开展，数字信号处理技术已经逐渐开展成为一门关键的技术学科。

而DSP芯片的出现那么为数字信号处理算法的实现提供了可能。

这一方面极大地促进了数字信号处理技术的进一步开展；另一方面，它也使数字信号处理的应用领域得到了极大的拓展。

在国外DSP芯片已经被广泛地应用于当今技术革命的各个领域；在我国，DSP技术也正以极快的速度被应用到科技和国民经济的各个领域。

本次课程设计介绍了音频信号频谱分析的原理以及其所涉及的硬件构造和软件设计，该设计是基于快速傅立叶变换〔FFT〕的方法对采集的音频信号进展频谱分析，得到音频信号的频率及功率，FFT算法采用TLC320AD50编写DSP程序实现。

现可以完成256点的FFT运算，频率分辨率到达100Hz，输入信号电压〔峰峰值〕可以到达100mV到4V。

关键词：音频信号；快速傅立叶变换；频谱分析；分辨率目录1 绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 课题目的 (1)2 硬件电路 (3)2.1 系统框图 (3)2.2 信号处理局部 (3)2.2.1信号叠加电路 (3)低通滤波器 (3)50Hz陷波电路 (4)电平转换电路 (4)信号采集局部 (4)2.3 时钟信号产生电路 (13)3 软件设计 (14)3.1 DSP初始化 (14)3.2 AD50初始化 (14)3.3 设置DSP中断 (14)3.4 数据存储 (14)3.5 数据输出 (14)3.6 FFT算法 (14)4总结 (17)参考文献 (19)附录 (20)1 绪论1.1 课题背景目前，在微电子技术开展的带动下，DSP芯片的开展日新月异，DSP的功能日益强大，性能价格比不断上升，开发手段不断改进。

dsp课程设计实验报告

dsp课程设计实验报告

DSP课程设计实验语音信号的频谱分析:要求首先画出语音信号的时域波形, 然后对语音信号进行频谱分析。

在MATLAB中, 可以利用函数fft对信号进行快速傅立叶变换, 得到信号的频谱特性, 从而加深对频谱特性的理解。

其程序为:>> [y,fs,bits]=wavread('I:\xp.wav',[1024 5120]);>> sound(y,fs,bits);>> Y=fft(y,4096);>> subplot(221);plot(y);title('原始信号波形');>> subplot(212);plot(abs(Y));title('原始信号频谱');程序运行结果为:设计数字滤波器和画出频率响应:根据语音信号的特点给出有关滤波器的性能指标:低通滤波器性能指标, =1000Hz, =1200Hz, =100dB, =1dB；高通滤波器性能指标, =4800Hz, =5000Hz, =100dB, =1dB；带通滤波器性能指标, =1200Hz, =3000Hz, =1000Hz, =3200Hz, =100dB, =1dB；要求学生首先用窗函数法设计上面要求的三种滤波器, 在MATLAB中, 可以利用函数firl 设计FIR滤波器；然后再用双线性变换法设计上面要求的三种滤波器, 在MA TLAB中, 可以利用函数butte、cheby1和ellip设计IIR滤波器；最后, 利用MATLAB中的函数freqz画出各种滤波器的频率响应, 这里以低通滤波器为例来说明设计过程。

低通：用窗函数法设计的低通滤波器的程序如下:>> fp=1000;fc=1200;As=100;Ap=1;fs=22050;>> wc=2*fc/fs;wp=2*fp/fs;>> N=ceil((As-7.95)/(14.36*(wc-wp)/2))+1;>> beta=0.1102*(As-8.7);>> Win=Kaiser(N+1,beta);>>b=firl(N,wc,Win);>>freqz(b,1,512,fs);程序运行结果:这里选用凯泽窗设计, 滤波器的幅度和相位响应满足设计指标, 但滤波器长度（N=708）太长, 实现起来很困难, 主要原因是滤波器指标太苛刻, 因此, 一般不用窗函数法设计这种类型的滤波器。