1. 用51單片機處理音頻信號
介紹基於DSP和FPGA的專業級音頻處理開發板資料
介紹基於DSP和FPGA的專業級音頻處理開發板資料
採用TMS320C5409和Cyclone EP1C3T144C8 FPGA、作為主處理器、協處理器。採用24bit高精度音頻專用AD/DA轉換晶元，特別適合應用於電台、錄音室等專業級音頻處理設備開發。
該開發板是面向專業級音頻開發而設計的硬體平台,主要集成了ALTERA的EP1C3,STC的MCU和cirrus公司的高保真度音頻AD/DA,音頻經AD/DA轉換後的信噪比達到90dB,完全達到專業音頻處理的水平。
硬體資源:
◆TMS320VC5409-100:32K字片內RAM,3個McBSP口,8bit的HPI口(支持
16bit非復用模式),支持外部匯流排到內部存儲器的DMA操作,相對5402,5409的資
源要豐富一些,特別在多位高速音頻信號處理中,外部DMA特性能使處理速度提高
很多.
◆EP1C3T144C8: 2910個LE,內置13個獨立的128X36bit的RAM塊,104個可用
I/O口,內置PLL. 大量的管腳和內置RAM(可做各種FIFO)為擴展專業視頻介面提
供了足夠的硬體資源.
◆SST39VF160/1601：2M Bytes flash晶元（1M*16bit），能容納大量程序。 提供從該flash晶元Bootload DSP程序的例子代碼。
◆Bootload SPI EEPROM CSI25256:32K*8bit,支持在線下載DSP程序,不須通過JTAG介面;
◆Sram:ISSI的IS61LV6416;64K*16bit;
◆點陣LCD介面:支持128*64的點陣屏;
◆128*64屏(綠底黑字,藍底白字):61202或K0107晶元組;該屏為用戶另選配
的器件.
◆音頻AD/DA:Crystal公司的專業級音頻AD/DA轉換器,最高支持精度為24bit寬,
采樣率為96K.綜合信噪比超過90db.
◆STC89C58RD+:32K位元組的單片機,為DSP提供良好和低價的用戶介面,同時也為
DSP做高速信號處理節省了寶貴的時間,使DSP不必忙於做用戶介面的工作.
◆預留HPI口，可方便與上位機通訊。
軟體資源:
DSP定時中斷的匯編程序和C語言程序;
McBSP程序;
16位並行介面的Bootload程序和實現過程;
SPI介面通過McBSP2介面Bootload的程序和過程,McBSP0配置程序;
音頻頻譜分析的演示程序:音頻信號經FFT實時轉換後送到LCD顯示的目標文件;
多段均衡器設計過程的介紹;
CSL庫應用的介紹;
應用CSL庫進行DMA配置的介紹;
單片機相應的原代碼,包括在線下載串口bootload程序的代碼;
FPGA的原碼;
該音頻信號處理套件以高速DSP為核心信號處理器,FPGA為信號處理的協處理器,處理包括視音頻時序對齊和部分硬解碼過程,MCU為用戶介面協處理器,實現LCD顯示和鍵盤操作,該開發板是為專業音頻信號處理度身訂做的,同時它可以為靜態圖象處理提供廉價的開發平台.
4層PCB板設計,具有更強的抗干擾性和進一步降低了系統的雜訊.
基於DSP和FPGA的專業音頻處理開發板的特點：
1、 該音頻處理平台的最高處理能力為96kHz,24 bits，綜合信噪比達到90dB，而音頻CD的極限值為44.1 kHz,16 bits，該平台的的音頻處理質量要遠遠優於CD音頻，主要用於專業音頻如電台，電視台等要求較高的場合上的設備開發。
2、 使用cirrus公司性價比較高的音頻處理晶元，差分輸入輸出，有很高的共模抑制能力，AD通道帶片外運放前置驅動，DA通道帶片外運放後級驅動和有源濾波，大大提高了系統的信噪比和驅動能力。
3、 該開發板源於已成功開發且量產的專業化音頻處理設備，我們結合實際的開發流程，使用DSP-FPGA-MCU的設計框架，做到了用DSP做演算法處理，FPGA做邏輯和時序對齊處理，MCU做用戶介面。這種架構能很好的發揮DSP的高速處理性能，而不需耗費資源去管理介面，特別在跟專業視頻AD/DA如SAA7114和SAA7121介面的時候，FPGA做埠操作和時序對齊就遠遠勝於DSP了，用戶利用該系統做視頻處理時，只需在FPGA中提取出有效的視頻數據和開通PING和PONG兩級FIFO,然後在DSP中利用DMA操作將數據PING-PONG進DSP就可以了。而EP1C3為我們提供了足夠的RAM做緩沖FIFO,該功能為實際開發提供了很大方便，我們結合實際對DSP，FPGA, MCU管腳做了適當的擴充。用戶可以方便地擴展自己的PCB板。
4、 該開發板提供了兩種bootload方式，16bit並行flash和8bit串列EEPROM方式，提供整個bootload過程的源代碼和上位機軟體。串列EEPROM bootload方式提供了在線下載功能，通過計算機串口直接實現了DSP 16進制文件的燒寫，省卻了HPI介面bootload時對MCU重新編程的繁瑣操作，同時將HPI口預留給用戶使用。
5、 板上預留了點陣LCD介面，同時提供縱模LCD 12864的MCU驅動程序。音頻處理類的產品一般需要一個比較大的LCD顯示處理前後的音頻數據信息，如輸入音頻的幅度波形，頻譜圖，處理後輸出的幅度波形和頻譜圖等。在做均衡器處理時，通過點陣LCD，就能描出用戶需要的各頻段的增益曲線，這在產品開發中是非常有用的。
6、 該開發板定位在專業音頻處理上，跟一般的DSP學習板有較大的區別，它提供了豐富的片級處理資源。為用戶提供一個良好的二次開發平台，特別適合研究生和公司做音頻或靜態圖像處理項目時使用。
FAQ：
1、該開發套件提供多少東西？
核心板+開關電源+音頻線+串口線+開發資料光碟
2、5409相對於5402性能上有哪些改進和不同？
5409有32K*16bit片內RAM，較5402大1倍，5409有3個McBSP口，較5402多1個McBSP2口，其中McBSP2支持串列EEPROM bootload。支持非復用模式的16bit HPI介面，5402不支持。支持外部匯流排到內部RAM的DMA傳輸，5402不支持。但5409隻有1個時鍾Timer0，5402有2個時鍾。
3、該平台做高速音頻處理的依據是什麼？
我們在該平台上開發過多段音頻均衡器（基於IIR濾波器）和音頻頻譜分析及單峰干擾檢測消除等項目，均取得較好的效果，只要在軟體架構上做適當的配置，如利用FPGA和DSP結合做DMA數據傳輸通道，將DSP從數據傳輸中解放出來，同時關鍵程序使用匯編和C結合的方式編程，就能獲得較高的處理性能。
4、使用串口bootload和使用並口flashrom bootload有什麼優缺點？
我們提供2種方式的bootload方式的目的是讓用戶有更多的選擇，一般在串口資源足夠的話就用串口bootload方式，但5409有個問題是它只支持32k*8bit的串口EEPROM，因而當程序大於32K時就考慮用並口方式了。
5、能不能在FPGA晶元EP1C3中植入NIOS系統？
可以的，但是因為沒有對EP1C3做 flashrom和sdram擴展，如果單純在EPCS1中定製程序的話，程序容量就非常有限了。
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2. 51單片機實現音頻信號的頻譜顯示 有硬體電路嗎
思路：外來音頻信號經過51單片機，在單片機中進行頻譜分析，並將結果顯示在LCD為外部存儲器的讀寫提供控制信號，既提供讀信號和諧信號，這些可以從時序圖上
3. 如何用51單片機實現音頻信號的頻譜顯示
這個很復雜，需要用到快速傅立葉轉換
4. 如何通過單片機讀取音頻並通過LED顯示出來
用AD，然後自己做演算法，驅動LED就可以了
5. 用51單片機實現音樂播放的原理是什麼
需要寫一段程序。
如果是簡單的音樂，編樂譜推蜂鳴器就可以；如果是mp3/wav之類的音樂，需要晶元自帶解碼模塊，或者使用外部解碼晶元，還需要dac將聲音推出來。
聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲，若能利用程序來控制單處機某個口線的「高」電平或低電平，則在該口線上就能產生一定頻率的矩形波，接上喇叭就能發出一定頻率的聲音，若再利用延時程序控制「高」「低」電平的持續時間，就能改變輸出頻率，從而改變音調。要准確奏出一首曲子，必須准確地控制樂曲節奏，即一音符的持續時間。音符的節拍我們可以用定時器T0來控制，送入不同的初值，就可以產生不同的定時時間。便如某歌曲的節奏為每分鍾94拍，即一拍為0.64秒。
6. 用89C51單片機怎麼做出音頻頻譜。然後用一排LED小燈珠顯示。小生剛學單片機。大神們能給相應的程序參考
傅立葉轉換，將采樣到的數據使用LED燈排對應輸出即可。比如8*8的LED排，那麼，你可以使用74HC595來做驅動，采樣128個點。那麼，第一個點開啟第一眾排的LED，然後送數據顯示，然後第二點送第二排的LED，然後送數據顯示，依次類推....來回循環就可以實現啦。
7. 如何把音頻加入單片機
不同的單片機有不同的操作方法。
簡單點的，可能只需要把幾個頻率特徵碼作為數組存儲到存儲器中，供發音系統調用即可。
復雜些的，需要先錄音，再轉換格式，最後翻譯為源碼中的二進制文件。
也有可能單片機本身的系統支持音頻文件，可以在通訊或上位機支持下，直接將文件發送過去即可。
這個過程涉及到對單片機的編程或程序本身的設計，不同單片機、不同操作系統或不同人員有不同的思路。
8. 如何用51單片機實現音頻信號的頻譜顯示（在LCD上顯示）
12864可以作為顯示器件
頻譜分析涉及到FFT，如果你這個不會，那還是再學習學習吧。
簡單原理： 通過快速FFT將音頻分析成多個正弦波的組合，正弦波的頻率就是高音低音，振幅就是音量的大小。
FFT運算量比較大，普通51難以接受，要選用1T的高速51,
聲音信號要通過ad進行采樣，然後將其進行分析，所以要選用一個精度高速度快的ad，一般高檔51中ad可以勝任這個工作
聲音信號在ad采樣之前需要調整成合適振幅的信號
9. 誰能給我介紹下 單片機音樂播放器 是怎麼實現 播放音樂 功能的 其原理 重謝
電路連接很簡單，我用的是P3.0埠接個蜂鳴器就可以了（你可以根據你的具體硬體連接去改下
音樂程序的設計原理和程序如下：
設計原理
⑴ 總體原理：
樂曲中不同的音符，實質就是不同頻率的聲音。通過單片機產生不同的頻率的脈沖信號，經過放大電路，由蜂鳴器放出，就產生了美妙和諧的樂曲。
⑵ 單片機產生不同頻率脈沖信號的原理：
1）要產生音頻脈沖，只要算出某一音頻的脈沖（1/頻率），然後將此周期除以2，即為半周期的時間，利用定時器計時這個半周期的時間，每當計時到後就將輸出脈沖的I/O反相，然後重復計時此半周期的時間再對I/O反相，就可以在I/O腳上得到此頻率的脈沖。
2）利用8051的內部定時器使其工作在計數器模式MODE1下，改變計數值TH0及TL0以產生不同頻率的方法如下：
例如，頻率為523Hz，其周期天/523 S=1912uS，因此只要令計數器計時956uS/1us=956，在每計數956次時就將I/O反接，就可得到中音DO（532Hz）。
計數脈沖值與頻率的關系公式如下：
N=Fi/2/Fr
（N：計數值，Fi：內部計時一次為1uS，故其頻率為1MHz，Fr：要產生的頻率 ）
⑶ 其計數值的求法如下：
T=65536-N=65536-Fi/2/Fr
計算舉例：
設K=65536,F=1000000=Fi=1MHz，求低音DO（261Hz）、中音DO（523Hz）、高音DO（1046Hz）的計數值。
T=65536-N=65536-Fi/2/Fr=65536-1000000/2/Fr=65536-500000/Fr
低音DO的T=65536-500000/262=63627
中音DO的T=65536-500000/523=64580
高音DO的T=65536-500000/1047=65059
⑷ C調個音符頻率與計數值T的對照表如下表所示：
表9.1 C調各音符頻率與計數值T的對照表
音符 頻率（Hz） 簡譜碼T值 音符 頻率（Hz） 簡譜碼T值
低1DO 262 63628 #4FA# 740 64860
#1DO# 277 63731 中5SO 784 64898
低2RE 294 63835 #5SO# 831 64923
#2RE# 311 63928 中6LA 880 64968
低3M 330 64103 #6 932 64994
低4FA 349 64103 中7SI 988 65030
#4FA# 370 64260 高1DO 1046 65058
低5SO 392 64260 #1DO# 1109 65085
#5SO# 415 64331 高2RE 1175 65110
低6LA 440 64400 #2RE# 1245 65124
#6 466 64463 高3M 1318 65157
低7SI 494 64524 高4FA 1397 65178
中1DO 523 64580 #4FA# 1480 65198
⑸ 每個音符使用1個位元組，位元組的高4位代表音符的高低，低4位代表音符的節拍，下表為節拍碼的對照。但如果1拍為0.4秒，1/4拍是0.1秒，只要設定延遲時間就可求得節拍的時間。假設1/4節拍為1DELAY，則1拍應為4DELAY，以此類推。所以只要求得1/4拍的DELAY時間，其餘的節拍就是它的倍數，如下表為1/4和1/8節拍的時間設定。
表9.2 節拍碼對照表
1/4節拍 1/8節拍
節拍碼 節拍數 節拍碼 節拍數
1 1/4拍 1 1/8拍
2 2/4拍 2 1/4拍
3 3/4拍 3 3/8拍
4 1拍 4 1/2拍
5 1又1/4拍 5 5/8拍
6 1又1/2拍 6 3/4拍
7 1又3/4拍 7 7/8拍
8 2拍 8 1拍
9 2又1/4拍 9 1又1/8拍
A 2又1/2拍 A 1又1/4拍
B 2又3/4拍 B 1又3/8拍
C 3拍 C 1又1/2拍
D 3又1/4拍 D 1又5/8拍
E 3又1/2拍 E 1又3/4拍
F 3又3/4拍 F 1又7/8拍
表9.3 各調節拍的時間設定表
1/4節拍 1/8節拍
曲調值 DELAY 曲調值 DELAY
調4/4 125毫秒 調4/4 62毫秒
調3/4 187毫秒 調3/4 94毫秒
調2/4 250毫秒 調2/4 125毫秒
⑹ 建立音樂的步驟：
1）先把吧樂譜的音符找出，然後由上表建立T值表的順序。
2）把T值表建立在TABLE1，構成發音符的計數值放在「TABLE」。
3）簡譜碼（音符）為高位，節拍為（節拍數）為低4位，音符節拍碼放在程序的「TABLE」處。
表9.4 簡譜對應的簡譜碼、T值、節拍數
簡譜 發音 簡譜碼 T值 節拍碼 節拍數
5 低5SO 1 64260 1 1/4拍
6 低6LA 2 64400 2 2/4拍
7 低7SI 3 64524 3 3/4拍
1 中1DO 4 64580 4 1拍
2 中2RE 5 64684 5 1又1/4拍
3 中3M 6 64777 6 1又2/4拍
4 中4FA 7 64820 7 1又3/4拍
5 中5SO 8 64898 8 2拍
6 中6LA 9 64968 9 2又1/4拍
7 中7SI A 65030 A 2又2/4拍
1 高1DO B 65058 B 2又3/4拍
2 高2RE C 65110 C 3拍
3 高3M D 65157 D 3又1/4拍
4 高4FA E 65178 E 3又2/4拍
5 高5SO F 65217 F 3又3/4拍
不發音 0
1/4拍的延遲時間=187毫秒
DELAY: MOV R7,#2
D2: MOV R4,#187
D3: MOV R3,#248
DJNZ R3,$
DJNZ R4,D3
DJNZ R7,D2
RET
4．程序範例
ORG 0000H ；主程序起始地址
SJMP START ；跳至主程序
ORG 000BH ；TIMER0中斷起 始地址
LJMP TIM0 ；跳至TIMER0中斷子程序
START: MOV TMOD,#01H ；設T0在M1
MOV IE,#82H ；中斷使能
START0:MOV 30H,#00 ；取簡譜碼指針
NEXT: MOV A,30H ；簡譜碼指針載入A
MOV DPTR,#TAB ；至TAB取簡譜碼
MOVC A,@A+DPTR ；
MOV R2,A ；渠道的簡譜碼暫存於R2
JZ END0 ；是否渠道00（結束碼）
ANL A,#0FH ；不是，則取低4位（節拍碼）
MOV R5,A ；將節拍碼存入R5
MOV A,R2 ；將取到的簡譜碼再載入A
SWAP A ；高低4位交換
ANL A,#0FH ；取低4位（音符碼）
JNZ SING ；取到的音符碼是否為0？
CLR TR0 ；開始，則不發音
SJMP D1 ；跳至D1
SING: DEC A ；取到的音符碼減1（不含0）
MOV 22H,A ；存入（22H）
RL A ；乘2
MOV DPTR,#TAB1 ；至TABLE1取相對的高位位元組計數值
MOVC A,@A+DPTR ；
MOV TH0,A ；取到的高位位元組存入TH0
MOV 21H,A ；取到的高位位元組存入（21H）
MOV A,22H ；在載入取到的音符碼
RL A ；乘2
INC A ；加1
MOVC A,@A+DPTR ；至TABLE1取相對的低位位元組計數值
MOV TL0,A ；取到的低位位元組存入TL0
MOV 20H,A ；取到的低位位元組存入（20H）
SETB TR0 ；啟動TIMER0
D1: LCALL DELAY ；其本單位時間1/4拍187毫秒
INC 30H ；取簡譜碼指針加1
JMP NEXT ；取下一個簡譜碼
END0： CLR TR0 ；停止TIMER0
JMP START0 ；重復循環
TIM0： PUSH ACC ；將A的值暫存於堆棧
PUSH PSW ；將PSW的值暫存於堆棧
MOV TL0，20H ；重設計數值
MOV TH0，21H ；
CPL P3.0 ；將P3.0位反相,控制蜂鳴器發聲
POP PSW ；至堆棧取回PSW的值
POP ACC ；至堆棧取回A的值
RETI
DELAY：MOV R7，#02
D2： MOV R4，#187
D3： MOV R3，#248
DJNZ R3，$
DJNZ R4，D3
DJNZ R7，D2
RET
TAB1： ；決定節拍
DW 64260，64400，64521，64580
DW 64684，64777，64820，64898
DW 64968，65030，65058，65110
DW 65157，65178，65217
TAB: ；樂曲名稱《梁祝》
DB 02H,82H,62H,52H,48H,02H,52H,32H,22H,18H
DB 83H,91H,72H,62H,51H,61H,71H,61H,83H,61H
DB 81H,51H,61H,71H,61H,51H,46H,82H,32H,52H
DB 22H,42H,16H,21H,41H,18H,0E4H,13H,21H,43H
DB 51H,21H,41H,12H,83H,81H,61H,81H,58H,53H
DB 61H,31H,22H,13H,21H,42H,52H,0E2H,42H,21H
DB 11H,91H,41H,18H,63H,81H,32H,52H,21H,41H,
DB 16H,0E4H,11H,21H,31H,51H,26H,11H,21H,43H
DB 51H,82H,62H,52H,61H,51H,42H,21H,11H,0E4H
DB 44H,21H,41H,21H,11H,0E1H,11H,21H,41H,18H
DB 61H,81H,51H,61H,51H,41H,32H,21H,41H,18H
DB 08H,0H,04H ；曲子最後靜音5拍長的時間
DB 00H ；樂曲結束
END
10. 單片機播放音樂的原理
單片機發音原理：利用定時器或PWM功能，輸出PWM，經一級有源濾波後放大驅動揚聲器。
單片機演奏音樂基本是單音頻率，它不包含相應幅度的諧波頻率，
也就是說不能象電子琴那樣能奏出多種音色的聲音，但一定要弄清楚兩個概念即可，也就是「音調」和「節拍」 。音調 表示一個音符唱多高的頻率。節拍 表示一個音符唱多長的時間
1.要生產音頻脈沖,只要算出某一音頻的周期(1/頻率),然後將此周期除以2,即為半周期的時間.利用定時器計時這個半周期時間,每當計時到後就將輸出脈沖的I/O反相,然後重復計時此半周期時間再對I/O反相,就可在I/O腳上得到此頻率的脈沖。
2. 利用8051的內部定時器使用其工作在計數器模式MODE1下,改變計數值THO及TLO以產生不同頻率的方法。