三级报告 DSP.docx

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三级报告DSP

信息与电气工程学院

DSP应用系统（三级）项目

设计说明书

（2013/2014学年第二学期）

题目：

基于DSP的乐曲播放器设计

专业班级：

电子信息工程1101

学生姓名：

王鹏

学生学号：

110070104

指导教师：

贾东立

设计周数：

2周

设计成绩：

2014年7月11日

目录

1.项目设计目的3

1.1课题综述3

1.2项目综述3

1.3DSP简介3

2.项目设计正文4

2.1方案介绍4

2.2TMS320VC5509简介4

2.3TLV320AIC23简介5

2.4AIC23寄存器7

3.系统仿真与调试................................................................8

4.设计总结9

5.参考文献10

1项目设计目的

如今音乐播放器已经成为了生活之中处处可见的项目，本次项目设计是基于DSP的音乐播放器设计，实现了最基本的音乐播放，通过方案比较，选择了AIC23芯片来实现功能，通过代码编写与仿真，最后将代码烧进实验箱里，播放出音乐。

1.1课题综述

DSP应用的快速发展为数字信息产品带来广阔的发展空间，并将支持通信、计算机和消费类电子产品的数字化融合。

与此同时，数字编解码及压缩技术也不断进步，在对于音视频处理领域也成了当前的热点之一。

音乐播放器在这时也应运而生，成为了当今科技时尚潮流的代名词，各种手持娱乐终端、消费类电子产品中对于音乐播放器的功能，也是风靡一时。

而对于音乐播放器的压缩解码器技术理所应当的成为了我们实习的最好课题。

1.2项目综述

在当今这个信息、科技高速发展的数字化时代，数字信号处理技术逐步体现出它的优势与拓展空间。

越来越多的电子产品将数字信号处理作为技术核心，并广泛应用于控制、通信、图像处理等各个领域。

为了适应这一发展趋势，基于DSP的音乐播放器设计的这一课题也就如期而至，在这次接近实践的实习中我们将针对DSP的硬件实现原理和其结构特点，利用汇编语言设计相应的代码来实现预期目的中所要达到的音乐播放器各项功能。

DSP芯片进行软解码的灵活性、可移植性、通用性等都具有很大优势。

实习中需要用PROTEL软件对外围电路进行设计和绘制，利用CCS软件进行汇编程序的编译和调试，在软硬件设计完成后将其结合进行仿真完成设计要求。

1.3DSP简介

数字信号处理（DigitalSignalProcessing，简称DSP）是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。

20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。

数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。

在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。

语音信号处理是信号处理中的重要分支之一。

它包括的主要方面有：

语音的识别，语言的理解，语音的合成,语音的增强,语音的数据压缩等。

各种应用均有其特殊问题。

语音识别是将待识别的语音信号的特征参数即时地提取出来，与已知的语音样本进行匹配，从而判定出待识别语音信号的音素属性。

关于语音识别方法，有统计模式语音识别，结构和语句模式语音识别，利用这些方法可以得到共振峰频率、音调、嗓音、噪声等重要参数，语音理解是人和计算机用自然语言对话的理论和技术基础。

语音合成的主要目的是使计算机能够讲话。

为此，首先需要研究清楚在发音时语音特征参数随时间的变化规律，然后利用适当的方法模拟发音的过程，合成为语言。

其他有关语言处理问题也各有其特点。

语音信号处理是发展智能计算机和智能机器人的基础，是制造声码器的依据。

语音信号处理是迅速发展中的一项信号处理技术。

DSP的优点：

对元件值的容限不敏感，受温度、环境等外部因素影响小；容易实现集成；VLSI可以分时复用，共享处理器；方便调整处理器的系数实现自适应滤波；可实现模拟处理不能实现的功能：

线性相位、多抽样率处理、级联、易于存储等；可用于频率非常低的信号。

DSP的缺点：

需要模数转换；受采样频率的限制，处理频率范围有限；数字系统由耗电的有源器件构成，没有无源设备可靠。

但是其优点远远超过缺点。

2.项目设计正文

2.1方案介绍

为了实现音乐的播放，有两种方案可以选择，一种是运用GPIO输出音符波形，还有一种是运用AIC23来输出音符波形，这两个方案均有优点与缺点，因此我们做了方案比较来选择。

2.2TLV320AIC23简介

TLV320AIC23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LINEIN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Sigma－delta过采样技术，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。

与此同时，AIC23还具有很低的能耗，回放模式下功率仅为23mW，省电模式下更是小于15uW。

由于具有上述优点，使得AIC23是一款非常理想的音频模拟I/O器件，可以很好的应用在随声听（如CD，MP3……）、录音机等数字音频领域。

LV320AIC23的模/数转换器（ADC）和数，模转换器（DAC）集成在芯片内部．采用先进的Σ一△过采样技术．可以在8kHz至96kHz的采样率下提供16bit、20bit、24bit和32bit的采样数据。

ADC和DAC的输出信噪比分别可达90dB和100dB。

同时。

TLV320AIC23还具有很低的功耗（回放模式为23mW。

节电模式为15μw）。

上述优点使得TLV320AIC23成为一款非常理想的音频编解码器，与TI的DSP系列相配合更是相得益彰。

一．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AIC23为从模式时（通常情况），该时钟由DSP产生；AIC23为主模式时，该时钟由AIC23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-channelbufferedserialport，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AIC23的BC

都由McBSP的发送时钟提供，连接示意图如图2：

图2示意图

2．麦克风输入接口：

主要管脚为

MICBIAS－提供麦克风偏压，通常是3/4AVDD

MICIN－麦克风输入，由AIC结构框图可以看出放大器默认是5倍增益

连接示意图如图3：

图3连接示意图

3．LINEIN输入接口：

主要管脚为

LLINEIN－左声道LINEIN输入

RLINEIN－右声道LINEIN输入

连接示意图如图4：

图4

4．耳机输出接口：

主要管脚为

LHPOUT－左声道耳机放大输出

RHPOUT－右声道耳机放大输出

LOUT－左声道输出

ROUT－右声道输出

从框图可以看出，LOUT和ROUT没有经过内部放大器，所以设计中常用LHPOUT和RHPOUT，连接示意图如图5：

图5

五．配置接口：

主要管脚为

SDIN－配置数据输入

SCLK－配置时钟

DSP通过该部分配置AIC23的内部寄存器，每个word的前7bit为寄存器地址，后9bit为寄存器内容。

具体方法和寄存器具体内容见后。

六．其他：

主要管脚为

MCLK－芯片时钟输入（12.288M、11.2896M、18.432M、16.9344M）

VMID－半压输入，通常由一个10U和一个0.1U电容并联接地

MODE－芯片工作模式选择，Master或者Slave

CS－片选信号（配置时有效）

CLKOUT－时钟输出，可以为MCLK或者MCLK/2（详见寄存器配置）

DSP与AIC23的连接。

2.4AIC23寄存器

除了复位寄存器外．TLV320AIC23共有9个控制寄存器．每个寄存器控制字长为9bit．地址位为7bit，共有16bit。

地址位为高7位而控制字在低9位。

具体如下：

Register0:

左声道输入音量控制，缺省值为0x0017

Register1:

右声道输入音量控制，缺省值为0x0017

Register2：

左声道输出音量控制。

缺省值为Ox01F9

Register3：

右声道输出音量控制，缺省值为Ox01F9

Register4：

模拟音频通道设置．缺省值为Ox0011

Register5：

数字音频通道设置。

缺省值为0x0000

Register6：

节电模式控制．缺省值为0x0000

Register7：

数字音频接口格式控制，缺省值为0x0043

Register8：

采样率控制，缺省为48kHz，对DM642EVM板．缺省值为Ox0002

Register9：

数字音频接口激活开关．缺省值为0x0001

3.系统仿真与调试

整个硬件平台经过原理图设计、PCB设计及硬件制版后，就要进行系统的调试。

调试的目的是保证平台各部分模块的正常运作，为MP3播放器功能的实现提供基础。

硬件的调试主要是把电路各种参数调整到符合设计要求。

先排除硬件故障，包括设计性错误和工艺性障碍。

一般原则是先静态后动态。

利用万用表或逻辑测试仪器，检查电路中的各器件以及引脚是否连接正确，是否有短路障碍。

若这些都没问题，则可上电调试。

在串口调试过程中，采用串口与闪存联合调试的方法，对串口接收到的数据直接存入闪存中。

对串口的调试主要是对寄存器的编程配置。

对寄存器的编程主要包括两部分：

初始化和数据收发。

初始化编程主要完成对其工作模式的设定及内部寄存器的设置；对于数据的收发，一般采用中断方式，并且在每次收发数据时，都要通过握手信号来判断通信链路的当前状态，以确保通信的可靠性。

寄存器初始化完毕后，便可从PC机接收数据。

PC端的软件采用串口调试，可以发送或接收任意字节的数据。

调试开始时，首先对串口芯片进行初始化，然后再对闪存进行块擦除；擦除成功后，PC端开始发送MP3数据，寄存器接收串行数据并转换成并行数据后，以中断的形式通知DSP，DSP以字节为单位从寄存器读取数据存在片内RAM中，存满一页（512字节）便启动闪存卡编程操作，将数据写入闪存中。

最后检验写入闪存中的数据，如不成功将重新执行以上操作。

在对这一模块调试成功后，可以实现PC机与硬件平台间的数据交换。

在音频调试过程中，采取声音回放的方法来验证CODEC的正常工作。

先对模拟音频信号进行采样，采样值存在DSP的内部缓冲区中，积累了一定数量的采样值后，再通过MCBSP口传送给CODEC播放。

如能实现这样的过程证明CODEC能够正常工作。

程序编译完成后，通过仿真器下载到目标板运行，在CODEC的音频输入端输入模拟音频信号，在CODEC的输出端插上耳机就能听见悦耳的音乐，说明CODEC的工作正常。

信号来判断通信链路的当前状态，以确保通信的可靠性。

寄存器初始化完毕后，便可从PC机接收数据。

PC端的软件采用串口调试，可以发送或接收任意字节的数据。

调试开始时，首先对串口芯片进行初始化，然后再对闪存进行块擦除.

4.设计总结

这次课程设计对我来说应该算是一次意义非凡的实践了。

首先，做课程设计真的很不容易。

在这期间，我一次又一次的告诉自己，不管多难，一定要坚持，这是一个锻炼自己动手能力的好机会，一定要把握并充分利用，两周下来，流了很多汗，但得到更多的是收获的知识。

不仅是巩固了先前学的模电、数电的理论知识，而且也培养了我的动手能力，更令我的创造性思维得到拓展。

希望今后类似这样课程设计、类似这样的锻炼机会能更多一些。

总的来说，这次课程设计确实学到很多，而且也锻炼了我遇到问题解决问题的勇气和能力，以及遇到挫折不达目的不罢休的韧性，这在以后的工作与学习中将会非常重要。

其次，真的要感谢我同组的伙伴。

是他们让我真正认识的团队合作的重要性，一个项目分工合作可以大大提高开发的速度，而且对各个模块的精确性更有所保障。

各个环节紧密结合才能使工作更好更快的完成。

我的伙伴都很优秀，再次感谢他们的帮助和支持。

虽然最后做出来的结果并没有实现预期目标里面的所有要求，但就做出的成果对我而言，已经是收获颇多了。

这次所选的课题是基于DSP的音乐播放器的设计，这个课题并不是教材上面规定的课题，选择它的一部分原因或许也是想对自己学习认知能力的一次考验。

从课题的选择开始，到硬件和软件系统的设计，这其中经历了很多困难，但是更重要的是在这个过程中我得到了很大的锻炼。

通过学习本次课程设计包含的软件和硬件知识，并让我切实体会到了DSP在实际中的应用，所以在完成课程设计的同时也让我们了解到知识在生活中的重要性，还间接地反映了我们在软硬件设计和制作方面的不足。

在这一周的设计过程中我从对原理图的设计到对程序的编译、仿真工作，让我充实的体会到了课程设计的乐趣。

一些原理虽然看似简单，但做起来却是一个细致的工作。

另外，通过本次课程设计，我对Protel99SE软件有了新的认识，并且对于CCS仿真软件也能熟练掌握。

当然，在课程设计的过程中我也遇到了诸多的困难，一些是经过自己的摸索得到解决，一些是在同学和老师的帮助下理解运用，总之这是个不断学习，不断尝试，不断进步的过程，也是我们发挥我们想象力和创造力的过程，在这个过程中，不断地磨练自己的耐心，耐性，无论是理论还是现实都让我获益匪浅。

通过这两周的设计让我深深的了解了我在软件、硬件方面的许多不足之处，对于今后的学习和工作都有了一次很好的借鉴经验。

在此对给予我帮助的老师表示深深地感谢！

同时对给予我帮助的同学表示深深地感谢。

我想说的是，在指导老师和同学们的帮助下我学到了很多东西，也发现了自己的很多不足之处，促使我在以后的学习中更加努力的学习。

我们回顾这过去的一周时，我们会发现自己收获了很多，也成长了很多，懂得了如何去学习以前未曾学过的新思维新方法，懂得了如何去多方位地查找资料，完善和创新一些旧的思维方式，懂得了如何同老师和同学交流和协作，尤其要说的是，马岱、常波两位老师老师在此过程中对我们悉心的辅导，认真的讲解，帮助我们解决问题，循循善诱，使我门受益匪浅。

还有同学们的帮助，互相推荐好的资料。

相信这次课程设计的体验将成为今后我们更多更广学习中的奠基石。

课程设计的过程，是学习的过程，也是锻炼的过程，更是教会我们同学之间相互帮助，共同克服困难的过程，这将是人生中一笔宝贵的财富，使我受用不尽的同时，我一定将之好好珍惜。

5.参考文献

[1]宋亚玲,MP3音频编码算法的DSP实现及优化,北京工业大学,2006.

[2]王希公,MP3数码音频播放机设计,天津大学工程硕士学位论文,2004.

[3]计丹,基于定点DSP的MP3解码系统设计与实现,硕士学位论文,2002.

[4]邓彦松,向伟,基于DSP的语音信号处理系统设计,中国集成电路,2007,（4）：

95

[5]海因斯，张建华.数字信号处理.北京:

科学出版社，2002

[6]周润景，张丽娜.基于PROTEUS的电路及单片机系统设计与仿真[M]．北京:

航空航天大学出版社，2006

[7]吕海平，基于DSP的MP3编码器技术研究，硕士学位论文，2007

项目设计

评语

项目设计

成绩

指导教师

（签字）

年月日