基于DSP技术的音频优化电路的设计与实现

成都理工大学硕士学位论文基于DSP技术的音频优化电路的设计与实现姓名：郭鑫申请学位级别：硕士专业：电路与系统指导教师：郭大江;郭勇20100601摘要I基于基于基于基于DSPDSPDSPDSP技术的音频优化电路的设计与实现技术的音频优化电路的设计与实现技术的音频优化电路的设计与实现技术的音频优化电路的设计与实现作者简介：郭鑫，男，1984年9月生，师从成都理工大学郭大江副教授、郭勇教授，2010年6月毕业于成都理工大学电路与系统专业，获得工学硕士学位。摘要随着技术的进步，数字化技术已经深入人们的生活，数字化技术具有诸多模拟技术无可比拟的优势。传统的音频技术已经不能满足人们的要求，数字化的音频处理方式成为了音频技术的发展趋势。数字技术的快速发展，在很多场合使得数字音频技术逐步取代模拟音频技术，数字化的音频处理是利用数字滤波算法对采集到的信号进行变换处理来实现的。采用数字化的技术，就必定会涉及到很多复杂的数字运算，而数字运算处理器（DSP）的出现和发展正是迎合了这一要求。DSP芯片的很多特殊结构可以快速实现各种数字信号处理算法。目前数字信号处理技术已经成为一门主流学科，应用也越来越广泛。本文重点研究数字音频处理技术。从硬件设计着手，对比目前主流的两种主要音频处理技术，并且在此基础上选择合适的芯片，本文选用TI公司型号为TMS320VC5509A的DSP芯片。论文从音频系统的要求和特点出发，在之前研究的基础上，对系统的硬件电路进行了结构和功能上的优化设计。本文选择的芯片较以往类型的芯片功能更加强大，采用模块化的设计更加简洁，保持了扩展性强等特点。论文中，硬件部分给出音频处理电路的设计思想和具体实现方法，并且有针对性的进行了优化设计。电路设计从DSP最小系统展开，然后给出音频Codec电路和存储器扩展电路的实现方法，最后，在PCB的设计中考虑电路中的电磁兼容和电磁干扰问题。在软件设计中，使用滤波器设计与分析工具和信号处理工具来进行算法和系统的仿真，在CCS中用汇编语言和C语言混合编程的方式进行软件设计，利用MATLAB和CCS联合仿真，在硬件中实现FIR滤波，在线调试系统功能。本文设计并实现了基于DSP技术的音频处理电路，并且在一定程度上进行了优化，硬件可在线调试，便于二次开发。本设计可用于数字音频信号处理、语音信号分析、音频解码等场合，对数字音频信号进行实时处理与分析。通过改进和加入新的算法，在不改动硬件的前提下，可以实现音频解码、信号的频谱分析成都理工大学硕士学位论文II等功能。只需编写或改变相应的软件代码，就可以方便的改变和增加系统的功能。本设计具有体积小、精度高、功耗低、灵活性强等特点。近年来数字技术的迅猛发展，带动了音频数字化的发展进程。目前市场上几乎所有的音频内容都是基于数字技术的，其便携性和易于使用性深受用户欢迎，此外，基于数字技术的音频系统开发也比以往更加方便。因此，数字音频设备的发展前景和市场前景都极为广阔。关键词：DSP音频处理仿真FIR滤波AbstractIIIDesignDesignDesignDesignandandandandImplementationImplementationImplementationImplementationofofofofDSP-basedDSP-basedDSP-basedDSP-basedAudioAudioAudioAudioOptimOptimOptimOptimizingizingizingizingCircuitCircuitCircuitCircuitIntroductionoftheauthor:Guoxin,male,wasborninSeptember,1984whosetutorswereAssociateProfessorGuodajiangandProfessorGuoyong.HegraduatedfromChengduUniversityofTechnologyinCircuitsandSystemsmajorandwasgrantedtheMasterDegreeinJune,2010.AbstractAbstractAbstractAbstractWiththetechnologyadvances,digitaltechnologieshavein-depthpeople'slives.Digitaltechnologyhasmanyunparalleledadvantagesthananalogtechnology.Traditionalaudiotechnologycan’tsatisfypeople'srequirements,digitalaudioprocessingmodebecometheaudiotechnologytrendofdevelopment.Therapiddevelopmentofdigitaltechnology,Inmanyoccasions,makingtechnologyofdigitalaudiograduallyreplacedanalogaudiotechnology.Thedigitalaudioprocessingiswhichusedigitalfilteringalgorithmtoachievesignalprocessing.Adoptdigitaltechnology,itwilltakemanycomplexnumbercrunching,Theappearanddevelopofdigitalsignalprocessor(DSP)iscaterforthisrequirement.ManyspecialstructuresofDSPcanquicklyachievevariousdigitalsignalprocessingalgorithms.Digitalsignalprocessingtechnologyhasbecomeamainstreamsubjectsnow,andithasmoreandmorewidespreaduse.Thisthesisfocusesondigitalaudioprocessingtechnology.Thethesisstartedfromhardwaredesign,comparisonofthetwomainaudioprocessingtechnologiesandchosethesuitablechipsbasedonit.InthisthesiswechoseTMS320VC5509ADSPchipwhichproducedbyTIcompany.Thesisbeginswiththeaudiosystem'srequirementsandcharacteristics,basedonpreviousresearches,wedidsameoptimaldesignsonhardwarecircuitofthestructureandfunction.Chipsselectaremorepowerfulthanever,adoptmodulardesignmakesdesignsimplerandkeepsthecharacteristicsofstrongexpansion.Thehardwarepartgiventhedesignmethodologyandimplementmethodofaudioprocessingcircuit,andtargetedstudyoptimizeddesign.HardwarecircuitdesignstartedfromtheDSPminimumsystem,thengiventheaudioCodeccircuitand成都理工大学硕士学位论文IVmemoryexpansioncircuitimplementmethod,finally,inthePCBdesignweconsideredElectroMagneticCompatibility(EMC)andElectromagneticInterference(EMI)problems.Insoftwaredesign,Usingthefilterdesignandanalysistoolsandsignalprocessingtoolsforalgorithmandsystemsimulation,inCCSweuseassemblylanguageandClanguagehybridprogrammingtoachievesoftwaredesign.UsingMATLABandCCSco-simulation,FIRfilterisimplementedbyhardwareandon-linedebuggingsystemfunction.ThethesisdesignedandimplementedDSP-basedaudioprocessingtechnology,anddidsomeoptimizations;hardwarecoulddebugon-lineandconvenientforredevelopment.Thisdesigncanbeusedfordigitalaudiosignalprocessing,speechsignalanalysis,audiodecodingandotheroccasions,Real-timeprocessandanalysisdigitalaudiosignal.Byimprovingandaddingnewalgorithm,onthepremiseofnotchangethehardware,canbeachieveaudiodecodingandsignalspectrumanalysis.Justwriteorchangethesoftwarecode,youcanfacilitatechangeandincreasethesystemfunctions.Thisdesignhasmanycharacteristics,suchassmallinsize,highprecision,lowpowerconsumption,flexibilityandsoon.Inrecentyearstherapidlydevelopofdigitaltechnologyleadingthedigitalaudiodevelopment.Nowalmostalltheaudiodevicesarebasedondigitaltechnologyinthemarket.Itsportabilityandease-usedareverypopular,Inaddition,basedondigitaltechnologyaudiosystemismoreconvenientdesignthaneverbefore.Therefore,thedevelopmentperspectivesandmarketprospectsofdigitalaudiodevicesareextremelybrightinthefuture.KKKKeywords:eywords:eywords:eywords:DSPAudioProcessingSimulationFIRFilter独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得成都理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的人员对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解成都理工大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授