基于AD1953的数字音频信号处理实验系统的研制及教学应用

摘要

为了降低实验设备成本，顺应模拟设备数字化的潮流，以及拓展音频处理实验，本文研制了基于AD1953的数字音频处理实验系统。深入探论了系统的软硬件设计思想与实现方法，设计和制作了一种以音频处理专用DSP芯片AD1953为核心、单片机和虚拟仪器技术实现控制的数字音频处理系统，并将其应用于音频处理实验教学。
　　 综述了数字音频和数字信号处理器的发展概况以及DSP技术在数字音频领域的应用情况，介绍了虚拟仪器及应用于实验教学的优点，叙述了音频处理实验的教学现状。
　　 硬件部分，给出了系统的结构框图，介绍了信号在系统中的处理流程，分析了系统的组成以及各部分的功能及其硬件电路。以ADI公司出品的专用DSP数字音频处理器AD1953，作为本系统信号处理的核心，实现强大的音频处理能力，例如均衡、延时、压缩、分频等。叙述了系统中AK5392、AT24C64、MAX232等芯片的编程方法。
　　 软件部分，介绍了单片机和上位机实现控制过程的软件设计流程。详细介绍了AD1953的发送和接收数据的方式，单片机与AD1953的SPI通信的数据格式以及使AD1953实现均衡器、高低通滤波器、调节音量和压限器等数字音频处理功能的具体做法。程序运行结果表明，该系统能实现所需要的各种音频处理功能。
　　 实验教学部分，设计了三个数字音频处理的拓展性实验：利用均衡器抑制声反馈、补偿扬声器频率响应特性和利用压限器动态压缩信号。通过实验，培养了学生的分析、解决问题的能力。因此，开展数字音频处理实验，既有实际的应用价值，又有丰富的教学意义。
　　 总体来说，本文在音频实验中引入先进的数字信号处理技术，发挥了虚拟仪器的优势，拓展了音频处理实验。基于AD1953的数字音频处理实验教学系统，实现了多个数字音频信号处理的一体化功能。成本低廉，界面友好，操作容易，运行稳定，扩展方便，有利于培养学生运用所掌握理论和方法解决实际问题的能力。

目录

文摘

英文文摘

1 概述

1.1 数字信号处理的简介

1.2 数字音频技术

1.2.1.数字音频技术和模拟音频技术

1.2.2 数字化的优缺点和争议

1.2.3 数字音频信号处理技术

1.3 虚拟仪器简介

1.4 当前音频处理实验教学的现状

1.5 研究的意义与主要内容

2 数字音频处理实验教学系统的研制

2.1 系统的结构框架

2.2 本系统需要实现的音频处理功能

2.3 数字音频处理专用DSP-AD1953的简介

2.4 信号处理流程

2.4.1 模数转换

2.4.2 AD1953对声频信号的处理流程

2.5 单片机对系统的控制

2.5.1 AD1953与单片机的SPI通信

2.5.2 单片机与AT24C64的I2C通信

2.5.3 实验者与实验机的交互

2.5.4 单片机与上位机的串口通信

2.6 本章小结

3 基于虚拟仪器的数字音频处理实验系统软件设计

3.1 单片机系统软件设计

3.1.1 实现功能

3.1.2 程序流程

3.1.3 LCD多级菜单的实现

3.1.4 SPI通信

3.1.5 编程实现音频处理功能

3.2 上位机软件设计

3.3 本章小结

4 数字音频处理实验系统的教学应用

4.1 本系统的主要技术指标

4.2 数字音频处理基本实验

4.3 利用陷波器抑制声反馈实验

4.3.1 啸叫产生的原因及危害

4.3.2 利用陷波器抑制或消除啸叫

4.3.3 实验结果与分析

4.4 扬声器的频率响应特性的补偿实验

4.4.1 扬声器的频率特性

4.4.2 用数字均衡器对扬声器频率特性进行补偿

4.4.3 实验结果与分析

4.5 利用压限器动态压缩信号实验

4.5.1 压限器的输入输出特性及其指标

4.5.2 用压限器对信号进行动态压缩

4.5.3 实验结果和分析

4.6 本实验教学系统的特点分析

4.6.1 性价比高

4.6.2 发挥虚拟仪器优势

4.6.3 实验具有拓展性

4.7 本章小结

5 结论和展望

5.1 结论

5.1.1 本文完成的具体工作

5.1.2 本文的创新点

5.2 本文的不足之处

5.3 展望

参 考 文 献

附 录

实验 1 数字均衡器的调节

实验 2 利用陷波器抑制声反馈

致 谢

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