基于DSP的钢琴调音仪的研制

摘要

论文提出一种全新的钢琴调音仪的研制方法.综合运用了数字信号处理技术,电子技术以及计算机辅助设计技术,开发出了体积小、操作方便、价格低廉的钢琴调音仪.本系统将钢琴声音信号通过ADC进行模数转换,运用数字信号处理方法来实现钢琴信号频率的分离,去除谐波分量,得出钢琴基频.然后测量此正弦波的周期,最后得到琴弦的频率,并利用液晶显示提示使用者与标准频率进行对比,调整琴弦的张力,最终达到调音的目的. 本文主要介绍了系统的硬件平台、软件系统以及实验方法及误差分析. 硬件平台以TI公司的TMS3 20LF2407A DSP芯片为核心,设计了前端放大电路、时钟及电源电路、JTAG仿真器接口电路、存储器扩展电路以及LCD显示等部分,硬件电路板的实现为软件系统提供了物理平台.软件以CCS为编程环境,程序主要包括以下几个部分:信号采集程序设计,实现信号模数转换；数字信号的FFT运算,粗测信号的频率；数字滤波器设计,实现谐波分量的滤除,得到基频信号；测量基频信号的频率；测量结果及标准频率显示等程序.论文详细介绍了各个部分设计的思路以及实现方法. 实验包括MATLAB仿真以及采集标准信号发生器信号两大部分,前者验证算法的正确性,后者对系统的精度进行了正确评价.误差分析包括模拟电路以及数字运算两大部分,结果达到了设计要求. 本论文设计的钢琴调音仪运用数字信号处理方法,可以精确测量钢琴琴弦的基频,为钢琴调音工作提供了客观依据,也为后续钢琴调音仪的设计提出了一条新思路.

目录

文摘

英文文摘

前言

独创性声明及学位论文使用授权声明

1 绪论

1.1调音仪的发展概况

1.1.1钢琴调律基础介绍

1.1.2调音仪的发展

1.2本课题研究的目的及意义

1.3论文的研究思路和主要内容

2系统总体方案的设计

2.1系统实现的理论依据

2.2系统功能简介

2.3系统组成

2.3.1硬件平台

2.3.2软件平台介绍

3 DSP调音仪的硬件设计及实现

3.1 DSP简介

3.1.1 DSP的开发特点

3.1.2 DSP的应用范围

3.1.3 DSP控制器基本工作原理

3.1.4 DSP的结构特性及主要优势

3.1.5 DSP开发工具介绍

3.1.6 DSP的发展趋势与前景

3.2硬件平台中央处理器——TMS320LF2407ADSP

3.3硬件平台各功能模块设计

3.3.1 JTAG接口设计

3.3.2电源及复位电路设计

3.3.3时钟电路设计

3.3.4信号采集电路

3.3.5 CPLD及存储器模块设计

3.3.6 LCD液晶显示模块

3.3.7键盘设计

3.4硬件设计中的注意事项

3.5小结

4 DSP调音仪的软件设计及实现

4.1 DSP软件开发设计简介

4.1.1 DSPC语言开发介绍

4.1.2调试一个程序的简单步骤

4.2数据采集程序设计

4.2.1 ADC模块简介

4.2.2采样频率确定

4.2.3 AD采样程序实现

4.3FFT处理程序设计

4.3.1 FFT原理

4.3.2FFT的DSP实现

4.3.3编程中的注意事项

4.4 FIR数字滤波器的设计

4.4.1数字滤波器的原理

4.4.2 FIR滤波器的设计方法

4.5测频及液晶显示程序设计

4.5.1测频的实现

4.5.2液晶模块程序设计

4.6键盘程序设计

4.7软件设计中的注意事项

4.8 小结

5实验方法及误差分析

5.1实验方法介绍

5.2误差来源分析

5.2.1放大电路误差

5.2.2量化噪声与舍入误差分析

5.3小结

6结论与展望

致谢

参考文献

附录

在校学习期间发表的论文