1、音频信号频谱分析 摘要 在当今的数字化时代背景下，DSP 已成为通信、计算机、消费类电子产品等 领域的基础器件，是集成电路中发展最快的电子产品，并成为电子产品更新换代 的决定因素。 DSP 芯片已经被广泛地应用于当今技术革命的各个领域， 而且 DSP 技术也正以极快的速度被应用在通信、电子系统、信号处理系统等许多领域中。 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结构和 软件设计，该设计是基于 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，并用采集的音频信号进行 频谱分析，FFT 算法采用 TLC320AIC2
2、3 编写 DSP 程序实现。然后通过 LCD 观 察其频谱分布。 关键词：DSP；音频信号；频谱分析；FFT；LCD 目录 1 绪论 1 1.1 选题背景 1 1.2 设计要求 1 2 系统总硬件设计方案 2 2.1 硬件系统框图 2 2.2 TLV320AIC23 芯片简介 2 2.3 TMS320C5416DSP 芯片 . 3 2.4 12864 LCD. 3 3 系统模块设计 4 3.1 语音信号采集模块 4 3.2 语音信号处理模块 7 3.3 LCD 显示模块 8 4 设计结果显示 9 5 设计心得. 11 参考文献. 12 附录 设计程序 13 第 1 页 共 29 页 1 绪论
3、1.1 选题背景 目前，在微电子技术发展的带动下，DSP 芯片的发展日新月异，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 芯片已经完全走下了 “贵族”的圣坛。DSP 芯片已经在通信与电子系统、信号处理系统、自动控制、雷 达、军事、航空航天、医疗、家用电器、电力系统等许多领域中得到了广泛的应 用，而且新的应用领域在不断地被发掘。 DSP 处理速度快，功耗低，性能好，基于 TMS320C5416DSP 芯片的语音存 储容量大，具有很好的通信音质等特点，因此被广泛应用于很多领域中。 本设计实现的语音分析系统具有如下优点： 1音频数据占用资源少 2音质通信级 3开发难度低
4、4语音芯片与 DSP 接口电路简单 5体积小 该语音分析系统的设计能够完成语音采集，播放，存储，频谱分析，基本实 现了语音分析功能。随着技术的进步，TMS320C5416DSP 与 TLV320AIC23 的结 合的语音编码方案将会有更好的应用前景。 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
5、 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.max10kHz)，编写 DSP 的 FFT 第 2 页 共 29 页 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。 DSP 与 TLC320AIC23 接口电路的原理图绘制； DSP 控制 TLC320AIC23 的程序编写与调试； 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
6、幅频特性； 编写 DSP 的 FFT 处理程序； 控制点阵液晶，实现绘图功能，将幅频图显示出来; 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; 在报告中绘制程序的流程图，并文字说明。 2 系统总硬件设计方案 2.1 硬件系统框图 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 2-1 所示: 图 2-1 2.2 TLV320AIC23 芯片简介 TLV320AIC23 （以下简称AIC23） 是TI推出的一款高性能的立体声音频Codec 芯片，内置耳机输出放大器，支持 MIC 和 LINE IN 两种输入方式（二选一） ，且 对输入和输出都具有可编程增益调节。AIC23 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 Sigmadelta 过采样技术， TLV320AIC23
