dsp数字信号处理课程设计报告

淮阴工学院 《DSP技术及应用》课程 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 选题名称:      基于DSP的MP3播放器设计   系（院）:              计算机 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院                    专    业:计算机科学与技术(嵌入式系统软件设计) 班    级:          计算机1073班            姓    名:  张宪宾    学  号: 1071306133    指导教师:          马岱    常波            学年学期:     2009      ~  2010  学年 第  2  学期    2010        年  6     月  10     日 摘要： DSP应用的快速发展为数字信息产品带来广阔的发展空间，并将支持通信、计算机和消费类电子产品的数字化融合。在无线领域，DSP遍及无线交换设备、基站、手机终端和网络领域，并涵盖从骨干基础设施到宽带入户的设备。面向群体应用，DSP在媒体网关、视频监控、专业音响、数字广播、激光打印等应用中表现出色；面向个人应用，DSP在便携式数字音频和影像播放器、指纹识别和语言识别等应用中表现不俗；针对嵌入式数字控制应用，DSP极大地满足了工业的需求，如数字变频电力电源设备、工业缝纫机等；DSP也极大地满足了消费电子的需求，如空调、冰箱、洗衣机等。随着DSP生产技术和工艺的进步，新型的DSP产品将会不段涌现，并得到广泛应用。随着数字编解码及压缩技术的发展，语音文件也朝着高压缩比、高保真的方向发展，从MP1、MP2到目前的MP3格式。 关键词：DSP；语音文件；编解码； 目 录 1 课题概要    1 1.1硬件要求    1 1.2软件要求    1 2 系统分析    2 2.1 要达到的技术指标    2 2.2功能描述    2 2.3 TMS320C6711 DSP芯片简介    3 3  设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载     4 3.1 设计方案概述    4 3.2  基于DSP的系统设计方案    4 3.3 软件系统设计方案    5 4 系统整体框图    6 5 硬件电路设计    6 5.1模拟音频模块    6 5.2 系统的PCB图    8 总 结    10 致  谢    11 参 考 文 献    12 1 课题概要 1.1硬件要求 预期的MP3播放器的目标系统硬件要求实现以下功能： (1) 能够存储一定量的MP3码流文件，供解码系统使用。在系统初步实现时，存储的码流长度至少要保证能够从主观上感受到音频信号解码的效果； (2) 能够对MP3码流进行解码，从MP3格式恢复成PCM码流。系统应该能够保证解码过程的正确性，并能够满足解码算法在实现过程中所需要的存储空间、计算速度等需求； (3) 能够把解码后输出的PCM码流通过扬声设备，如耳机、音箱等播放出来，这样才能够从直观上判断解码的效果，并且方便后期在使用该系统方案时进行直观性能评价和直接应用； (4) 能够满足系统的功率要求。一般情况下，对于电子类便携式系统，或者嵌入式应用方案来说，系统的功耗要比较低，用电池供电能够满足系统的工作需要。 1.2软件要求 系统的软件应该能够实现以下功能： (1) 能够从数据存储介质中读取MP3码流数据，要能保证数据读取的速度满足系统的需要； (2) 能够正确定位MP3文件数据的地址和文件长度，为后期进行歌曲选择打下基础； (3) 能够正确对MP3码流进行解码，并且以所需要的格式和方式输出。解码算 法要在目标系统中实现，因此，不但要保证算法的正确性，也要保证算法的适应 性，充分利用目标系统性能特性，并满足系统的运算速度要求； (4) 能够正确协调硬件各个模块的工作，提供正确的芯片控制信号，这项软件功能是专门针对硬件的，需要根据目标系统的硬件需求来设计实现 2 系统分析 2.1 要达到的技术指标 序号 技术指标 参数 1 内存 2GB 2 数据流速度 64kb/s—320kb/s 3 谐波失真 0.01% 4 信噪比 ≥90dB 5 动态范围 85dB 6 通道分离度 80dB 7 录音格式 ADPCM 8 录音数据流速率 16kb/s-32kb/s 9 解码功能 16、32kb/s等（WAV格式） 16、32、48、64、128kb/s等（MP3格式） 10 USB接口 3—4Mb/s（下载） 5—6Mb/s（上传） 11 音频输出功率 （5-7.5）mW×2 12 电池 AAA型1节 13 静态电流 ≤2uA 14 待机电流 ≤30mA 15 工作电流 ≤70mA 16 录音取样频率 8kHz       图2-1 MP3播放器的基本技术指标 2.2功能描述 序号 功能 当前状态 操作 结果 1 播放 待机、停止 按PLAY键 顺序播放内存中的MP3歌曲 2 随机播放 播放 按随机键 MP3中的歌曲随机播放 3 重复播放 播放 重复按REPEAT键 普通播放→单曲重复→所有歌曲重复→普通播放 4 循环播放 播放 按MODE键 按一次设起点，再按一次设终点，两点间循环播放 循环播放 按MODE键 返回原播放 5 音场选择 待机、播放 重复按EQ键 普通（NORMAL）→古典（CLASSIC）→摇滚（ROCK）→重低音（BASS）→迪斯科（DISCO）→爵士（JAZZ）→流行（POP）→普通（NORMAL） 6 音量控制 播放 按VOL+键 声音增大 按VOL-键 声音减小 7 搜索 播放 按REW或FF键 向前或向后搜索歌曲并播放 待机、停止 按REW或FF键 向前或向后搜索歌曲文件名 8 暂停 播放 按PLAY键 暂停播放 暂停播放 按PLAY键 恢复播放 9 删除 待机：选定文件 按DEL键二次 删除选定文件 10 锁定 待机、播放 按HOLD键 其他键失去作用 锁定 按HOLD键 取消锁定 11 浏览 停止 按REW或FF键 顺序显示存储器中的歌曲文件名 12 停止 播放 按STOP键 停止 13 关机 停止 按“开关”键 关机 待机n分钟 无           图2-2 MP3播放器的功能描述 2.3 TMS320C6711 DSP芯片简介 veloci结构使C6000 DSP成为高性能的DSP芯片。典型的VLIW结构由多个并行运行的执行单元组成，这些单元在单个时钟周期内可执行多条指令。并行是突破传统设计而获得高性能的关键。 C6711处理器由三个主要部分组成:CPU内核、外设和存储器。CPU中8个功 能单元可以并行操作，这些功能单元被分成类似的两套，每套由4个基本功能单元组成。CPU有两组寄存器，每组寄存器由16个32位寄存器组成。由于在运行期间个做硬件数据相关性的检查，所以程序的并行性在编译时就被确定。片内程序存储器的总线宽度为256的，使每个周期可取8条32位指令。 C6711芯片包括片内程序存储器和数据存储器，有些芯片将这些存储器作为高速缓冲存储器。外设包括直接存储器访问(DMA)、低功耗逻辑、外部存储器接口、串口、扩展总线或主机口和定时器等。 具有以下特点： 1 运行速度快。指令周期为6ns，峰值运算能力为1336MIPS,对于单精度运算可达1G FLOPS，对于算精度运算可达250MFLOPS. 2 硬件支持IEEE格式的32位单精度与64为双精度浮点操作。 3 继承了32*32bit的乘法器，其结果可为32或64bit. 4 C6711的指令集在C62的指令集基础上增加了浮点执行能力，可以看作是C62指令集的超集。 与C62系列芯片一样，由于其出色的运算能力、高效的指令集、智能外设、大容量的片内存储器和大范围的寻址能力，这个系列的芯片适合用于基站数字波束形成、图像处理、语音识别等对运算能力和存储量有高要求的应用场合。 3  设计方案 3.1 设计方案概述 为了能够设计和实现出较高性能的系统，需要了解当前的MP3解码器系统的实现方案。市场调查和技术咨询的结果显示，目前MP3播放器系统MP3解码模块一般有两种实现方案。 第一、使用专业的MP3解码芯片，辅以简单的外围电路实现。这种方案的优点是系统个体集成度高，电路结构紧凑，实现相对比较简单，能够很快设计实现出目标系统并投入使用，但是由于使用的是专业芯片，芯片中的功能模块即使能扩充，幅度和范围都相对较小，系统很难进行算法升级或功能扩充，在嵌入式应用中与原系统的集成度不高。 第二、以通用数字信号处理器(DSP,Digital Signal Processor)为核心，搭建相应的外部电路形成一个系统，解码功能通过对数字信号处理芯片编程来实现。这种方案中，使用一定开发环境进行软件的设计实现和调试测试。为了满足解码系统的需求，需要根据性能和技术要求，对通用的数字信号处理芯片进行外围电路扩充。这种方案的优点是系统实现的灵活性高，功能的可扩展性强，系统成本可以通过对芯片的选择控制到相对较低的水平，而且对于同样使用数字信号处理芯片实现的系统来说，能最大程度地进行系统集成。但是由于整个系统从硬件到软件都需要自行设计和搭建，系统实现的难度和复杂度比较高。 对于本系统设计采用方案二，即采用以DSP实现编解码的系统。 3.2  基于DSP的系统设计方案 MP3解码器的解码算法完全由DSP芯片实现，其控制部分用单片机实现，作为硬件电路设计的一个部分。电路的整体设计与开发需要综合考虑前面两部分程序算法接口内容，可以在进行详细的程序设计的基础上进行。这样，可以把MP3解码器的开发工作分为两大模块，即MP3解码程序DSP实现，即软件设计，以单片机控制程序和电路板设计部分，即硬件设计。 MP3系统开发从模块上可以划分为硬件开发和软件开发两个部分，软件主要实现MP3解码算法，单片机实现存储器访问控制，MP3文件播放控制等功能。系统总体的功能结构如图一所示。 图2-1 系统结构框图 3.3 软件系统设计方案 软件系统设计方案是用DSP软件实现MP3解码算法功能，并完成相应的接口访问功能，软件功能图如图二所示。 图2-2  MP3解码器软件系统功能原理图 4 系统整体框图 MP3解码算法要被用来实现数码MP3实时解码适配器，所以必须通过硬件实现其算法。本系统以DSP(TMS320VC5416)作为解码的主要部分，还包括音频D/A转换，单片机的控制模块，电源系统，存储器模块等组成，图三给出了系统框图。