基于SOPC的音频广播信号筛选技术研究与实现

摘要

相关运算以随机过程和新信息论为理论基础,研究信号和噪声的统计特性及其差别,即通过自相关或互相关运算来分析信号和噪声相关性的不同,进行信号的检测和提取。在公共广播环境中,如火车站、码头、商场等,广播员声音和现场噪声混合在一起,如何从采集到的混合信号中截取一段包含某种频率成分的信号,是公共广播系统的信号筛选过程中面临的一个实际问题。　　论文提出利用相关运算和 FPGA技术,构建基于相关运算的 FPGA系统设计,计算标准信号样本和被测信号样本的相关函数值来确定两信号的相关程度,从现场的混合信号对有用信号进行筛选,而且在FPGA系统中进行部分功能扩展,实现RS232串口通信、读SD卡、四线电阻式触摸屏显示等,最大限度地满足工业需求。　　本文首先介绍相关检测技术和FPGA技术的发展状况,阐述相关运算的数字电路设计优于模拟电路设计,分析噪声产生的原因及公共广播环境中噪声性能指标,通过对相关运算的理论知识的研究,设计了数字相关运算,并提出数字相关运算的总体设计方案。其次,给出相关运算在FPGA芯片中实现的各个子模块及整体数字逻辑电路图,在Quartus II可编程逻辑设计平台下的仿真调试图;两组互相关信号在MATLAB界面下仿真验证图,MATLAB仿真验证互相关检测技术筛选信号功能。最后,介绍在ALTERA公司的Cyclone II系列目标板EP2C70F896C6N为系统平台下,定制NIOS II处理器及架构其他外部硬件设备,并完成基于NIOS II的软件系统编程。在软硬件系统设计的基础上详细介绍基于NIOS II的各接口电路,包括音频编解码硬件电路及音频编解码控制电路实现,SD卡的硬件电路、SD卡初始化及SD卡读程序,串口通信接口原理及串口通信软硬件设计,触摸屏接口工作原理及触摸屏显示程序设计。

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第一章 绪论

§1.1研究背景与意义

§1.2相关技术的发展状况

§1.3本文的研究工作和内容安排

第二章 相关运算的数学模型

§2.1相关运算的数学模型

§2.2噪声分析

§2.3相关运算的电路设计

§2.4信号同频干扰

§2.5本章小结

第三章 相关算法设计

§3.1相关算法实现

§3.2滤波预处理

§3.3信号有效长度分析

§3.4信号随机误差

§3.5本章小结

第四章 相关运算系统设计的FPGA实现

§4.1 FPGA系统设计

§4.2 FPGA实现相关运算

§4.3系统调试与仿真

§4.4相关运算MATLAB仿真图

§4.5 系统调试验证

§4.6本章小结

第五章 系统硬件设计与实现

§5.1系统平台选型

§5.2系统开发工具

§5.3系统的硬件设计与实现

§5.4 NIOS II系统流程

§5.5本章小结

第六章 系统软件接口程序设计

§6.1音频编解码器

§6.2 SD卡接口设计

§6.3串口通信接口设计

§6.4 触摸屏接口设计

§6.5 系统软件接口设计实现

§6.6本章小结

第七章 总结与展望

§7.1总结

§7.2展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果

附录：电路实现