用51单片机处理音频信号

介绍基于DSP和FPGA的专业级音频处理开发板资料

介绍基于DSP和FPGA的专业级音频处理开发板资料

采用TMS320C5409和Cyclone EP1C3T144C8 FPGA、作为主处理器、协处理器。采用24bit高精度音频专用AD/DA转换芯片，特别适合应用于电台、录音室等专业级音频处理设备开发。

该开发板是面向专业级音频开发而设计的硬件平台,主要集成了ALTERA的EP1C3,STC的MCU和cirrus公司的高保真度音频AD/DA,音频经AD/DA转换后的信噪比达到90dB,完全达到专业音频处理的水平。

硬件资源:

◆TMS320VC5409-100:32K字片内RAM,3个McBSP口,8bit的HPI口(支持

16bit非复用模式),支持外部总线到内部存储器的DMA *** 作,相对5402,5409的资

源要丰富一些,特别在多位高速音频信号处理中,外部DMA特性能使处理速度提高

很多

◆EP1C3T144C8: 2910个LE,内置13个独立的128X36bit的RAM块,104个可用

I/O口,内置PLL 大量的管脚和内置RAM(可做各种FIFO)为扩展专业视频接口提

供了足够的硬件资源

◆SST39VF160/1601：2M Bytes flash芯片（1M16bit），能容纳大量程序。 提供从该flash芯片Bootload DSP程序的例子代码。

◆Bootload SPI EEPROM CSI25256:32K8bit,支持在线下载DSP程序,不须通过JTAG接口;

◆Sram:ISSI的IS61LV6416;64K16bit;

◆点阵LCD接口:支持12864的点阵屏;

◆12864屏(绿底黑字,蓝底白字):61202或K0107芯片组;该屏为用户另选配

的器件

◆音频AD/DA:Crystal公司的专业级音频AD/DA转换器,最高支持精度为24bit宽,

采样率为96K综合信噪比超过90db

◆STC89C58RD+:32K字节的单片机,为DSP提供良好和低价的用户接口,同时也为

DSP做高速信号处理节省了宝贵的时间,使DSP不必忙于做用户接口的工作

◆预留HPI口，可方便与上位机通讯。

软件资源:

DSP定时中断的汇编程序和C语言程序;

McBSP程序;

16位并行接口的Bootload程序和实现过程;

SPI接口通过McBSP2接口Bootload的程序和过程,McBSP0配置程序;

音频频谱分析的演示程序:音频信号经FFT实时转换后送到LCD显示的目标文件;

多段均衡器设计过程的介绍;

CSL库应用的介绍;

应用CSL库进行DMA配置的介绍;

单片机相应的原代码,包括在线下载串口bootload程序的代码;

FPGA的原码;

该音频信号处理套件以高速DSP为核心信号处理器,FPGA为信号处理的协处理器,处理包括视音频时序对齐和部分硬解码过程,MCU为用户接口协处理器,实现LCD显示和键盘 *** 作,该开发板是为专业音频信号处理度身订做的,同时它可以为静态图象处理提供廉价的开发平台

4层PCB板设计,具有更强的抗干扰性和进一步降低了系统的噪声

基于DSP和FPGA的专业音频处理开发板的特点：

1、 该音频处理平台的最高处理能力为96kHz,24 bits，综合信噪比达到90dB，而音频CD的极限值为441 kHz,16 bits，该平台的的音频处理质量要远远优于CD音频，主要用于专业音频如电台，电视台等要求较高的场合上的设备开发。

2、 使用cirrus公司性价比较高的音频处理芯片，差分输入输出，有很高的共模抑制能力，AD通道带片外运放前置驱动，DA通道带片外运放后级驱动和有源滤波，大大提高了系统的信噪比和驱动能力。

3、 该开发板源于已成功开发且量产的专业化音频处理设备，我们结合实际的开发流程，使用DSP-FPGA-MCU的设计框架，做到了用DSP做算法处理，FPGA做逻辑和时序对齐处理，MCU做用户接口。这种架构能很好的发挥DSP的高速处理性能，而不需耗费资源去管理接口，特别在跟专业视频AD/DA如SAA7114和SAA7121接口的时候，FPGA做端口 *** 作和时序对齐就远远胜于DSP了，用户利用该系统做视频处理时，只需在FPGA中提取出有效的视频数据和开通PING和PONG两级FIFO,然后在DSP中利用DMA *** 作将数据PING-PONG进DSP就可以了。而EP1C3为我们提供了足够的RAM做缓冲FIFO,该功能为实际开发提供了很大方便，我们结合实际对DSP，FPGA, MCU管脚做了适当的扩充。用户可以方便地扩展自己的PCB板。

4、 该开发板提供了两种bootload方式，16bit并行flash和8bit串行EEPROM方式，提供整个bootload过程的源代码和上位机软件。串行EEPROM bootload方式提供了在线下载功能，通过计算机串口直接实现了DSP 16进制文件的烧写，省却了HPI接口bootload时对MCU重新编程的繁琐 *** 作，同时将HPI口预留给用户使用。

5、 板上预留了点阵LCD接口，同时提供纵模LCD 12864的MCU驱动程序。音频处理类的产品一般需要一个比较大的LCD显示处理前后的音频数据信息，如输入音频的幅度波形，频谱图，处理后输出的幅度波形和频谱图等。在做均衡器处理时，通过点阵LCD，就能描出用户需要的各频段的增益曲线，这在产品开发中是非常有用的。

6、 该开发板定位在专业音频处理上，跟一般的DSP学习板有较大的区别，它提供了丰富的片级处理资源。为用户提供一个良好的二次开发平台，特别适合研究生和公司做音频或静态图像处理项目时使用。

FAQ：

1、该开发套件提供多少东西？

核心板+开关电源+音频线+串口线+开发资料光盘

2、5409相对于5402性能上有哪些改进和不同？

5409有32K16bit片内RAM，较5402大1倍，5409有3个McBSP口，较5402多1个McBSP2口，其中McBSP2支持串行EEPROM bootload。支持非复用模式的16bit HPI接口，5402不支持。支持外部总线到内部RAM的DMA传输，5402不支持。但5409只有1个时钟Timer0，5402有2个时钟。

3、该平台做高速音频处理的依据是什么？

我们在该平台上开发过多段音频均衡器（基于IIR滤波器）和音频频谱分析及单峰干扰检测消除等项目，均取得较好的效果，只要在软件架构上做适当的配置，如利用FPGA和DSP结合做DMA数据传输通道，将DSP从数据传输中解放出来，同时关键程序使用汇编和C结合的方式编程，就能获得较高的处理性能。

4、使用串口bootload和使用并口flashrom bootload有什么优缺点？

我们提供2种方式的bootload方式的目的是让用户有更多的选择，一般在串口资源足够的话就用串口bootload方式，但5409有个问题是它只支持32k8bit的串口EEPROM，因而当程序大于32K时就考虑用并口方式了。

5、能不能在FPGA芯片EP1C3中植入NIOS系统？

可以的，但是因为没有对EP1C3做 flashrom和sdram扩展，如果单纯在EPCS1中定制程序的话，程序容量就非常有限了。

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单片机测量交流电压方法：

1信号变换。

（1）逐点测幅度最后做积分运算；需要较高速度的AD转换配合，如逐次逼近型AD574等

（2）精密整流滤波后（硬件积分）；低速AD转换器即可，如积分型AD转换如ICL7135，ICL14433等

2AD转换。

根据上述信号变换的方法，采用不同类型的AD转换器。

当采用硬件积分方法时，由于不需要高速AD转换器，则也可以用V/F变换器。

你这难度有点大啊！

市电220V中基频是50Hz，而且幅度最大，其他高频的成分幅度小，都叠加在50Hz的基频上。

所以50Hz基频的频率测量比较简单，电压比较器进行比较得到方波，单片机测量方波频率就OK，至于幅度就使用ADC测量降压之后的市电，然后根据降压比来计算原来的电压。

实际上对50Hz成分的测量可以用ADC来完成，那就是软件的学问了，通过软件计算信号的周期和幅度。

分析其他频率的信号，那就要先把50Hz基频过滤掉才行了。因为普通的降压法同样把其他谐波成分幅值降低到无法测量的程度，所以要使用滤波器过滤掉50Hz信号，然后将剩余的信号用ADC采样，

并进行FFT运算得到各个频率成分的频率值和幅度值。

解决办法很多:

1) 可以使用 dft/fft 求幅值，同时还可以求出功率等，可以参考我以前的帖子。

2） 可以使用均方根，但楼主的方法在电压频率不等于采样频率时会有抖动。解决方法是判断过零，同时对电压和频率作线形插值处理，可以达到很高的精度，而且稳定。

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