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產品概述

DSP 教學實驗箱

產品型號：TL6748-PlusTEB

處理器：TI TMS320C6748

應用專業：電子、電信、通信等相關專業

應用課程：《數字信號處理》、《音視頻編解碼》、《圖像處理與識別》、《電機控制系統設計》、《DSP系統設計與應用》

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案例分享

一、實驗名稱：3-9 音頻信號的濾波實驗

二、實驗目的：

（1）掌握Matlab輔助設計濾波器系數的方法；

（2）實現音頻混噪及IIR濾波器濾除；

（3）在LCD上顯示音頻信號的FFT計算結果。

三、實驗原理：

（1）音頻接口

音頻接口采用的是24.576MHz晶振，實驗板上共有3個音頻端口，分別是LINE IN、MIC IN和LINE OUT，音頻數據通過I2C總線進行讀寫，McASP的時鐘來自于晶振時鐘，分頻后可得到幀同步信號和位同步信號。

（2）TLV320AIC3106 音頻芯片

數據精度支持 16/20/24/32 bit 。

支持速率 8kHz ~ 96kHz 采樣率。

控制總線可選為 SPI 或 I2C。

音頻串行數據總線支持4種協議格式：I2S， 左對齊格式，右對齊格式，DSP格式。

有可編程PLL 可以靈活產生時鐘。

（3）音頻芯片功能框圖

在框圖底部分別是供電部分、時鐘產生部分、SPI或I2C串行總線控制部分。

芯片通過左右聲道采集輸入的音頻模擬信號。

經過ADC采樣后得到數字化的音頻數據。

數字化音頻數據通過音頻串行總線接口傳輸到DSP。

DSP處理之后的數字化音頻從DSP通過音頻串行總線接口再傳輸到DAC。

音頻經過DAC還原為可輸出的模擬信號。

最后，通過耳機或者音箱輸出音頻模擬信號。

（4）音頻芯片的工作流程

音頻模擬信號通過左右聲道分別采樣，經過ADC轉換為數字信號后通過McASP傳輸到DSP，在DSP處理完成后再通過McASP傳輸到DAC，最后經過DAC轉換為模擬信號后，分左右聲道輸出。

（5）IIR濾波器

IIR無限沖激響應數字濾波器（infinite impulse response digital filter）是對單位沖激的輸入信號的響應為無限長序列的數字濾波器。

可分為一維、二維或多維無限沖激響應數字濾波器。

它的輸出y（n）由當前的和過去的輸入信號x(n)及過去的輸出信號共同決定。IIR的幅頻特性精度很高，不是線性相位的，可以應用于對相位信息不敏感的音頻信號上。

對于IIR濾波器，沖激響應理論上應會無限持續，其輸出不僅取決于當前和過去的輸入信號值，也取決于過去的信號輸出值。其系統函數如下：

無限沖激響應數字濾波器的差分工程如下：

（6）IIR濾波器特性

系統函數可以寫成封閉函數的形式。

IIR濾波器運算結構通常由延時、乘以系數和相加等基本運算組成，可以組合成直接型、正準型、級聯型、并聯型四種結構形式，都具有反饋回路。

在設計上可以借助成熟的模擬濾波器的成果，如巴特沃斯、契比雪夫和橢圓濾波器等。

相位特性不好控制，對相位要求較高時，需加相位校準網絡。

（7）IIR濾波器的設計

設計IIR數字濾波器實質上就是找到一個使其頻率響應H(Z)滿足給定的通帶截止頻率、通帶衰減系數、阻帶截止頻率及阻帶衰減系數的可以在物理上實現的系統函數H(Z)。具體實現步驟：

先確定需要一個什么樣的濾波器，巴特沃斯型，切比雪夫型，還是其它型的濾波器。

根據設計參數和這個濾波器的計算公式來確定其階數、傳輸函數的表達式。

通過雙線性變換得到其數字域的差分方程。MATLAB FIR 濾波器輔助設計，生成濾波器系數。

打開 Matlab 軟件，并打開"Filter Designed&Analaysis Tool"工具，在彈出的界面中按照所需濾波器修改以下參數：

濾波器類型：高通Highpass；

濾波方式：切比雪夫Ⅱ型IIR（Chebyshev Type II）；

濾波器階數：Minimum order；

采樣頻率：8000Hz；

阻帶截止頻率：100Hz；

通帶截止頻率：3400Hz。

轉換為單精度再導出生成包含濾波器系數的.h頭文件，將該頭文件的數據拆分復制，即可用于IIR函數。

（8）程序流程設計

首先進行I2C和McASP的管腳復用配置；

接著使能EDMA3的PSC和配置GPIO模塊；

然后初始化DSP中斷和配置按鍵中斷，進行音頻芯片的初始化，并將McASP初始化為EDMA方式，初始化LCD，自定義生成一段噪聲備用；

最后進行按鍵檢測，如果USER0按鍵按下，進行音頻數據的混合噪聲或IIR濾波或者是恢復原聲，如果是USER1按鍵按下，則在LCD上顯示計算的音頻數據FFT結果。

三、實驗操作：

（1）實驗設備

本實驗使用的硬件接口為LINE IN和LINE OUT接口，所需硬件為實驗板、仿真器、電源、音頻線、耳機和音樂播放器。本次操作是使用手機來播放音樂。

（2）硬件連接

使用音頻線連接LINE IN、CON10音頻接口和手機，手機播放音樂；

在LINE OUT 、CON11接口插上耳機或者音箱；

連接仿真器和電腦的USB接口；

將撥碼開關撥到DEBUG模式01111，連接實驗箱電源，撥動電源開關上電。

（3）軟件操作

導入工程，選擇Demo文件夾下的對應工程；

編譯工程；

將CCS連接實驗箱并加載程序；

點擊運行程序；

在LCD屏幕上實時顯示采集并做了灰度轉換處理的圖像；

實驗結束后，先點擊黃色按鈕暫停程序運行，再點擊紅色按鈕退出CCS與實驗箱的連接，最后實驗箱斷電即可。