1. 用51单片机处理音频信号
介绍基于DSP和FPGA的专业级音频处理开发板资料
介绍基于DSP和FPGA的专业级音频处理开发板资料
采用TMS320C5409和Cyclone EP1C3T144C8 FPGA、作为主处理器、协处理器。采用24bit高精度音频专用AD/DA转换芯片，特别适合应用于电台、录音室等专业级音频处理设备开发。
该开发板是面向专业级音频开发而设计的硬件平台,主要集成了ALTERA的EP1C3,STC的MCU和cirrus公司的高保真度音频AD/DA,音频经AD/DA转换后的信噪比达到90dB,完全达到专业音频处理的水平。
硬件资源:
◆TMS320VC5409-100:32K字片内RAM,3个McBSP口,8bit的HPI口(支持
16bit非复用模式),支持外部总线到内部存储器的DMA操作,相对5402,5409的资
源要丰富一些,特别在多位高速音频信号处理中,外部DMA特性能使处理速度提高
很多.
◆EP1C3T144C8: 2910个LE,内置13个独立的128X36bit的RAM块,104个可用
I/O口,内置PLL. 大量的管脚和内置RAM(可做各种FIFO)为扩展专业视频接口提
供了足够的硬件资源.
◆SST39VF160/1601：2M Bytes flash芯片（1M*16bit），能容纳大量程序。 提供从该flash芯片Bootload DSP程序的例子代码。
◆Bootload SPI EEPROM CSI25256:32K*8bit,支持在线下载DSP程序,不须通过JTAG接口;
◆Sram:ISSI的IS61LV6416;64K*16bit;
◆点阵LCD接口:支持128*64的点阵屏;
◆128*64屏(绿底黑字,蓝底白字):61202或K0107芯片组;该屏为用户另选配
的器件.
◆音频AD/DA:Crystal公司的专业级音频AD/DA转换器,最高支持精度为24bit宽,
采样率为96K.综合信噪比超过90db.
◆STC89C58RD+:32K字节的单片机,为DSP提供良好和低价的用户接口,同时也为
DSP做高速信号处理节省了宝贵的时间,使DSP不必忙于做用户接口的工作.
◆预留HPI口，可方便与上位机通讯。
软件资源:
DSP定时中断的汇编程序和C语言程序;
McBSP程序;
16位并行接口的Bootload程序和实现过程;
SPI接口通过McBSP2接口Bootload的程序和过程,McBSP0配置程序;
音频频谱分析的演示程序:音频信号经FFT实时转换后送到LCD显示的目标文件;
多段均衡器设计过程的介绍;
CSL库应用的介绍;
应用CSL库进行DMA配置的介绍;
单片机相应的原代码,包括在线下载串口bootload程序的代码;
FPGA的原码;
该音频信号处理套件以高速DSP为核心信号处理器,FPGA为信号处理的协处理器,处理包括视音频时序对齐和部分硬解码过程,MCU为用户接口协处理器,实现LCD显示和键盘操作,该开发板是为专业音频信号处理度身订做的,同时它可以为静态图象处理提供廉价的开发平台.
4层PCB板设计,具有更强的抗干扰性和进一步降低了系统的噪声.
基于DSP和FPGA的专业音频处理开发板的特点：
1、 该音频处理平台的最高处理能力为96kHz,24 bits，综合信噪比达到90dB，而音频CD的极限值为44.1 kHz,16 bits，该平台的的音频处理质量要远远优于CD音频，主要用于专业音频如电台，电视台等要求较高的场合上的设备开发。
2、 使用cirrus公司性价比较高的音频处理芯片，差分输入输出，有很高的共模抑制能力，AD通道带片外运放前置驱动，DA通道带片外运放后级驱动和有源滤波，大大提高了系统的信噪比和驱动能力。
3、 该开发板源于已成功开发且量产的专业化音频处理设备，我们结合实际的开发流程，使用DSP-FPGA-MCU的设计框架，做到了用DSP做算法处理，FPGA做逻辑和时序对齐处理，MCU做用户接口。这种架构能很好的发挥DSP的高速处理性能，而不需耗费资源去管理接口，特别在跟专业视频AD/DA如SAA7114和SAA7121接口的时候，FPGA做端口操作和时序对齐就远远胜于DSP了，用户利用该系统做视频处理时，只需在FPGA中提取出有效的视频数据和开通PING和PONG两级FIFO,然后在DSP中利用DMA操作将数据PING-PONG进DSP就可以了。而EP1C3为我们提供了足够的RAM做缓冲FIFO,该功能为实际开发提供了很大方便，我们结合实际对DSP，FPGA, MCU管脚做了适当的扩充。用户可以方便地扩展自己的PCB板。
4、 该开发板提供了两种bootload方式，16bit并行flash和8bit串行EEPROM方式，提供整个bootload过程的源代码和上位机软件。串行EEPROM bootload方式提供了在线下载功能，通过计算机串口直接实现了DSP 16进制文件的烧写，省却了HPI接口bootload时对MCU重新编程的繁琐操作，同时将HPI口预留给用户使用。
5、 板上预留了点阵LCD接口，同时提供纵模LCD 12864的MCU驱动程序。音频处理类的产品一般需要一个比较大的LCD显示处理前后的音频数据信息，如输入音频的幅度波形，频谱图，处理后输出的幅度波形和频谱图等。在做均衡器处理时，通过点阵LCD，就能描出用户需要的各频段的增益曲线，这在产品开发中是非常有用的。
6、 该开发板定位在专业音频处理上，跟一般的DSP学习板有较大的区别，它提供了丰富的片级处理资源。为用户提供一个良好的二次开发平台，特别适合研究生和公司做音频或静态图像处理项目时使用。
FAQ：
1、该开发套件提供多少东西？
核心板+开关电源+音频线+串口线+开发资料光盘
2、5409相对于5402性能上有哪些改进和不同？
5409有32K*16bit片内RAM，较5402大1倍，5409有3个McBSP口，较5402多1个McBSP2口，其中McBSP2支持串行EEPROM bootload。支持非复用模式的16bit HPI接口，5402不支持。支持外部总线到内部RAM的DMA传输，5402不支持。但5409只有1个时钟Timer0，5402有2个时钟。
3、该平台做高速音频处理的依据是什么？
我们在该平台上开发过多段音频均衡器（基于IIR滤波器）和音频频谱分析及单峰干扰检测消除等项目，均取得较好的效果，只要在软件架构上做适当的配置，如利用FPGA和DSP结合做DMA数据传输通道，将DSP从数据传输中解放出来，同时关键程序使用汇编和C结合的方式编程，就能获得较高的处理性能。
4、使用串口bootload和使用并口flashrom bootload有什么优缺点？
我们提供2种方式的bootload方式的目的是让用户有更多的选择，一般在串口资源足够的话就用串口bootload方式，但5409有个问题是它只支持32k*8bit的串口EEPROM，因而当程序大于32K时就考虑用并口方式了。
5、能不能在FPGA芯片EP1C3中植入NIOS系统？
可以的，但是因为没有对EP1C3做 flashrom和sdram扩展，如果单纯在EPCS1中定制程序的话，程序容量就非常有限了。
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这个是51单片机实验及实践教程，从入门到精通，附有汇编,C源程序
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2. 51单片机实现音频信号的频谱显示 有硬件电路吗
思路：外来音频信号经过51单片机，在单片机中进行频谱分析，并将结果显示在LCD为外部存储器的读写提供控制信号，既提供读信号和谐信号，这些可以从时序图上
3. 如何用51单片机实现音频信号的频谱显示
这个很复杂，需要用到快速傅立叶转换
4. 如何通过单片机读取音频并通过LED显示出来
用AD，然后自己做算法，驱动LED就可以了
5. 用51单片机实现音乐播放的原理是什么
需要写一段程序。
如果是简单的音乐，编乐谱推蜂鸣器就可以；如果是mp3/wav之类的音乐，需要芯片自带解码模块，或者使用外部解码芯片，还需要dac将声音推出来。
声音的频谱范围约在几十到几千赫兹，若能利用程序来控制单处机某个口线的“高”电平或低电平，则在该口线上就能产生一定频率的矩形波，接上喇叭就能发出一定频率的声音，若再利用延时程序控制“高”“低”电平的持续时间，就能改变输出频率，从而改变音调。要准确奏出一首曲子，必须准确地控制乐曲节奏，即一音符的持续时间。音符的节拍我们可以用定时器T0来控制，送入不同的初值，就可以产生不同的定时时间。便如某歌曲的节奏为每分钟94拍，即一拍为0.64秒。
6. 用89C51单片机怎么做出音频频谱。然后用一排LED小灯珠显示。小生刚学单片机。大神们能给相应的程序参考
傅立叶转换，将采样到的数据使用LED灯排对应输出即可。比如8*8的LED排，那么，你可以使用74HC595来做驱动，采样128个点。那么，第一个点开启第一众排的LED，然后送数据显示，然后第二点送第二排的LED，然后送数据显示，依次类推....来回循环就可以实现啦。
7. 如何把音频加入单片机
不同的单片机有不同的操作方法。
简单点的，可能只需要把几个频率特征码作为数组存储到存储器中，供发音系统调用即可。
复杂些的，需要先录音，再转换格式，最后翻译为源码中的二进制文件。
也有可能单片机本身的系统支持音频文件，可以在通讯或上位机支持下，直接将文件发送过去即可。
这个过程涉及到对单片机的编程或程序本身的设计，不同单片机、不同操作系统或不同人员有不同的思路。
8. 如何用51单片机实现音频信号的频谱显示（在LCD上显示）
12864可以作为显示器件
频谱分析涉及到FFT，如果你这个不会，那还是再学习学习吧。
简单原理： 通过快速FFT将音频分析成多个正弦波的组合，正弦波的频率就是高音低音，振幅就是音量的大小。
FFT运算量比较大，普通51难以接受，要选用1T的高速51,
声音信号要通过ad进行采样，然后将其进行分析，所以要选用一个精度高速度快的ad，一般高档51中ad可以胜任这个工作
声音信号在ad采样之前需要调整成合适振幅的信号
9. 谁能给我介绍下 单片机音乐播放器 是怎么实现 播放音乐 功能的 其原理 重谢
电路连接很简单，我用的是P3.0端口接个蜂鸣器就可以了（你可以根据你的具体硬件连接去改下
音乐程序的设计原理和程序如下：
设计原理
⑴ 总体原理：
乐曲中不同的音符，实质就是不同频率的声音。通过单片机产生不同的频率的脉冲信号，经过放大电路，由蜂鸣器放出，就产生了美妙和谐的乐曲。
⑵ 单片机产生不同频率脉冲信号的原理：
1）要产生音频脉冲，只要算出某一音频的脉冲（1/频率），然后将此周期除以2，即为半周期的时间，利用定时器计时这个半周期的时间，每当计时到后就将输出脉冲的I/O反相，然后重复计时此半周期的时间再对I/O反相，就可以在I/O脚上得到此频率的脉冲。
2）利用8051的内部定时器使其工作在计数器模式MODE1下，改变计数值TH0及TL0以产生不同频率的方法如下：
例如，频率为523Hz，其周期天/523 S=1912uS，因此只要令计数器计时956uS/1us=956，在每计数956次时就将I/O反接，就可得到中音DO（532Hz）。
计数脉冲值与频率的关系公式如下：
N=Fi/2/Fr
（N：计数值，Fi：内部计时一次为1uS，故其频率为1MHz，Fr：要产生的频率 ）
⑶ 其计数值的求法如下：
T=65536-N=65536-Fi/2/Fr
计算举例：
设K=65536,F=1000000=Fi=1MHz，求低音DO（261Hz）、中音DO（523Hz）、高音DO（1046Hz）的计数值。
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调个音符频率与计数值T的对照表如下表所示：
表9.1 C调各音符频率与计数值T的对照表
音符 频率（Hz） 简谱码T值 音符 频率（Hz） 简谱码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 每个音符使用1个字节，字节的高4位代表音符的高低，低4位代表音符的节拍，下表为节拍码的对照。但如果1拍为0.4秒，1/4拍是0.1秒，只要设定延迟时间就可求得节拍的时间。假设1/4节拍为1DELAY，则1拍应为4DELAY，以此类推。所以只要求得1/4拍的DELAY时间，其余的节拍就是它的倍数，如下表为1/4和1/8节拍的时间设定。
表9.2 节拍码对照表
1/4节拍 1/8节拍
节拍码 节拍数 节拍码 节拍数
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 各调节拍的时间设定表
1/4节拍 1/8节拍
曲调值 DELAY 曲调值 DELAY
调4/4 125毫秒 调4/4 62毫秒
调3/4 187毫秒 调3/4 94毫秒
调2/4 250毫秒 调2/4 125毫秒
⑹ 建立音乐的步骤：
1）先把吧乐谱的音符找出，然后由上表建立T值表的顺序。
2）把T值表建立在TABLE1，构成发音符的计数值放在“TABLE”。
3）简谱码（音符）为高位，节拍为（节拍数）为低4位，音符节拍码放在程序的“TABLE”处。
表9.4 简谱对应的简谱码、T值、节拍数
简谱 发音 简谱码 T值 节拍码 节拍数
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
不发音 0
1/4拍的延迟时间=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．程序范例
ORG 0000H ；主程序起始地址
SJMP START ；跳至主程序
ORG 000BH ；TIMER0中断起 始地址
LJMP TIM0 ；跳至TIMER0中断子程序
START: MOV TMOD,#01H ；设T0在M1
MOV IE,#82H ；中断使能
START0:MOV 30H,#00 ；取简谱码指针
NEXT: MOV A,30H ；简谱码指针载入A
MOV DPTR,#TAB ；至TAB取简谱码
MOVC A,@A+DPTR ；
MOV R2,A ；渠道的简谱码暂存于R2
JZ END0 ；是否渠道00（结束码）
ANL A,#0FH ；不是，则取低4位（节拍码）
MOV R5,A ；将节拍码存入R5
MOV A,R2 ；将取到的简谱码再载入A
SWAP A ；高低4位交换
ANL A,#0FH ；取低4位（音符码）
JNZ SING ；取到的音符码是否为0？
CLR TR0 ；开始，则不发音
SJMP D1 ；跳至D1
SING: DEC A ；取到的音符码减1（不含0）
MOV 22H,A ；存入（22H）
RL A ；乘2
MOV DPTR,#TAB1 ；至TABLE1取相对的高位字节计数值
MOVC A,@A+DPTR ；
MOV TH0,A ；取到的高位字节存入TH0
MOV 21H,A ；取到的高位字节存入（21H）
MOV A,22H ；在载入取到的音符码
RL A ；乘2
INC A ；加1
MOVC A,@A+DPTR ；至TABLE1取相对的低位字节计数值
MOV TL0,A ；取到的低位字节存入TL0
MOV 20H,A ；取到的低位字节存入（20H）
SETB TR0 ；启动TIMER0
D1: LCALL DELAY ；其本单位时间1/4拍187毫秒
INC 30H ；取简谱码指针加1
JMP NEXT ；取下一个简谱码
END0： CLR TR0 ；停止TIMER0
JMP START0 ；重复循环
TIM0： PUSH ACC ；将A的值暂存于堆栈
PUSH PSW ；将PSW的值暂存于堆栈
MOV TL0，20H ；重设计数值
MOV TH0，21H ；
CPL P3.0 ；将P3.0位反相,控制蜂鸣器发声
POP PSW ；至堆栈取回PSW的值
POP ACC ；至堆栈取回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： ；决定节拍
DW 64260，64400，64521，64580
DW 64684，64777，64820，64898
DW 64968，65030，65058，65110
DW 65157，65178，65217
TAB: ；乐曲名称《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 ；曲子最后静音5拍长的时间
DB 00H ；乐曲结束
END
10. 单片机播放音乐的原理
单片机发音原理：利用定时器或PWM功能，输出PWM，经一级有源滤波后放大驱动扬声器。
单片机演奏音乐基本是单音频率，它不包含相应幅度的谐波频率，
也就是说不能象电子琴那样能奏出多种音色的声音，但一定要弄清楚两个概念即可，也就是“音调”和“节拍” 。音调 表示一个音符唱多高的频率。节拍 表示一个音符唱多长的时间
1.要生产音频脉冲,只要算出某一音频的周期(1/频率),然后将此周期除以2,即为半周期的时间.利用定时器计时这个半周期时间,每当计时到后就将输出脉冲的I/O反相,然后重复计时此半周期时间再对I/O反相,就可在I/O脚上得到此频率的脉冲。
2. 利用8051的内部定时器使用其工作在计数器模式MODE1下,改变计数值THO及TLO以产生不同频率的方法。