音频数字放大器.doc

沈阳理工大学信息科学与工程学院-DSP 课程设计1音频数字放大器音频数字放大器绪 论至20世纪70年代末以来，由于数字技术和微电子技术的迅猛发展给语音信号压缩提供了先进的技术手段，基于计算机的语音信号压缩也就从信息处理、自动控制系统论、计算机科学、数据通信、电视技术等学科中脱颖而出，成为研究“语音信号的获取、传输、存储、变换、显示、理解与综合利用”的一门崭新学科数字图像处理（Digital Image Processing） ，就是利用数字计算机或则其他数字硬件，对从图像信息转换而得到的电信号进行某些数学运算，以提高图像的实用性例如从卫星图片中提取目标物的特征参数，三维立体断层图像的重建等总的来说，数字图像处理包括点运算、几何处理、图像增强、图像复原、图像形态学处理、图像编码、图像重建、模式识别等目前数字图像处理的应用越来越广泛，已经渗透到工业、医疗保健、航空航天、军事等各个领域，在国民经济中发挥越来越大的作用 对图像进行一系列的操作，以达到预期的目的的技术称作图像处理图像处理可分为模拟图像处理和数字图像处理两种方式近年来，DSP 技术在我国也得到了迅速的发展，不论是在科学技术研究，还是在产品的开发等方面，在数字信号处理中，其应用越来越广泛，并取得了丰硕的成果。

数字滤波占有极其重要的地位一个完备的语音信号处理系统不但要具备语音信号的采集和回放功能，而且更重要的是要能完成复杂的语音信号分析和处理处理算法，通常这些算法运算量大，而且又要满足实时或准时的快速高效处理要求，因此需采用高速DSP 芯片，另外，在要求系统满足较好的通用性的同时，针对不同的应用和不断出现的新的处理方法，还要使系统便于功能的改进和扩展为此，我们以 PC 机为主机，以TMS320C50为信号处理核心设计了该系统，TMS320C50是美国 Texas Instrument 公司的16位定点 DSP 产品，它包括改进的哈佛结构，高性能 CPU,片内存储器，在外围接口以及一套高效的泄编指令集，计算速度可达40Mips 且性能价格比好沈阳理工大学信息科学与工程学院-DSP 课程设计21设计目的及要求1.1 课程设计目的（1）使学生将 DSP 的基本理论与 DSP 的工程应用紧密结合起来；（2）使用 DSP 的程序设计完成对语音信号的放大，既可以通过软件实现，也可以通过硬件实现；（3）通过本次课程设计提高学生的动手能力及查阅各种信息的能力，加深学生对数字信号处理器的常用指标和设计过程的理解。

1.2课程设计要求（1）本课程设计要求学生理解DSP的基本工作原理，掌握语音信号放大的原理及实现，并跟实际应用相结合2）课程设计采用CCS仿真工具来进行，因此要求在DSP课程的基础上深入研究学习CCS仿真技术沈阳理工大学信息科学与工程学院-DSP 课程设计32相关知识2.1 语音信号的采集DSP 的应用系统一般包括模数转换器（AD） 、信号处理芯片（DSP） 、数模转换器（DA）等主要器件，DSP 系统首先将模拟信号经过一个或者多个硬件滤波器，或者其它的信号预处理，到达 AD 转换成为数字信号，传输到 DSP，DSP 对子这个信号进行采集、处理、分析，如果有必要再经过 DA，转换成为模拟信号输出DSP 系统中，首要的就是数据采集进行语音信号进行采样，将采样后的数据从DA 输出，从 DA 输出的通过耳机还原成为话音，也可以采集确定的信号，通过示波器观看 DA 转换后的波形，或者使用 CCS 的画图功能查看采集到的数据在 DSP 芯片中，数据的存储格式都是二进制的格式，实际中从 AD 读取的数据或者输出到 DA 的数据也必须市二进制的数据格式，而 DSP 仿真软件可以显示多种的数据格式，分别是 16 进制数、16 位无符号数、二进制数、32 位无符号数、32 位有符号数、浮点数等多种类型。

不同的数据类型有不同的显示结果，所以在查看采集到的数据的时候，一定需要明白采集到的数据格式，必须保持一致一般从 AD 读取的数据都是二进制格式，但是位数不一定，从 8 位到 32 位不等，根据具体选用的 AD 所决定YUYUYUYU2.1 数字信号的对数放大对数放大就是输出信号幅度与输入信号幅度呈对数函数关系实际的对数放大器总是兼具线性和对数放大功能,它的输入-输出幅度特性输入信号弱时,它是一个线性放大器,增益较大；输入信号强时,它变成对数放大器,增益随输入信号的增加而减小在雷达、通信和遥测等系统中，接收机输入信号的动态范围通常很宽，信号幅度常会在很短时间间隔内从几微伏变化到几伏，但输出信号应保持在几十毫伏到几伏范围内采用对数放大器可以满足这种要求，它能使弱信号得到高增益放大，对于强信号则自动降低增益，避免饱和 沈阳理工大学信息科学与工程学院-DSP 课程设计4对数放大器的主要性能常用输入动态范围 D1 和输出动态范围 D2 来表示本文来自: DZ3W.COM 原文网址： DZ3W.COM 原文网址： D1 超过 100 分贝而 D2 在 30 分贝以下除动态范围外，对数放大器的主要指标还包括对数关系的准确度和频率响应。

对数中频放大器和对数视频放大器，可用相同的方法获得对数特性 晶体二极管的 PN 结电压（见固态电子器件）是结电流的对数函数，用它作为放大沈阳理工大学信息科学与工程学院-DSP 课程设计5电路的负载或反馈元件可以使放大器具有对数幅度特性使用这种方法虽然电路简单，但通常只能达到小于 50 分贝的输入动态范围，而且放大器的频带受 PN 结电容的限制，不能太宽利用多级放大器串联或并联相加形成近似对数放大特性，可以获得较好的结果图 2 是多级串联相加对数放大器的框图，其中每级都是一个线性-限幅放大器当输入信号弱时,放大器各级均不饱和，总增益最高随着输入信号幅度的增大，从末级起各级放大器依次进入饱和状态，总增益随之降低实用的对数放大器常用 4～10级限幅放大器组成若规定放大器的动态范围，较多的级数能达到的对数关系也较准确本文来自: DZ3W.COM 原文网址： 数字滤波器的工作原理数字滤波器的工作原理在数字滤波中，我们主要讨论离散时间序列如图 3.2 所示设输入序列为， nx离散或数字滤波器对单位抽样序列的响应为因在时域离散信号和系统 n nh n中所起的作用相当于单位冲激函数在时域连续信号和系统中所起的作用。

数字滤波器,H(z) nh zx nx ny  zy图 3.2 数字滤波器原理数字滤波器的序列将是这两个序列的离散卷积，即 ny（3.4）    kknxkhny同样，两个序列卷积的 z 变换等于个自 z 变换的乘积，即（3.5）    zXzHzY用代入上式，其中 T 为抽样周期，则得到Tjez（3.6） TjTjTjeXeHeY式中和 分别为数字滤波器输入序列和输出序列的频谱，而为TjeXTjeYTjeH单位抽样序列响应的频谱由此可见，输入序列的频谱经过滤波后，变为 nhTjeX，按照的特点和我们处理信号的目的，选取适当的使 TjTjeXeHTjeXTjeH的滤波后的符合我们的要求 TjTjeXeH3.23.2 滤波器的基本特性滤波器的基本特性沈阳理工大学信息科学与工程学院-DSP 课程设计63.2.13.2.1 模拟滤波器与数字滤波器的基本特性模拟滤波器与数字滤波器的基本特性如利用模拟电路直接对模拟信号进行处理则构成模拟滤波器，它是一个连续时间系统。

如果利用离散时间系统对数字信号（时间离散、幅度量化的信号）进行滤波则构成数字滤波器数字滤波器的差分方程表示为： NiMkkkknxainybny 10)()()(系统函数表示:Nii iMkk kzbzazXzYzH101)()()( 数字滤波器的特性通常用其频率响应函数来描述，)(jeH包括幅度特性和相位特性)(jeH))(arg(jeH按信号通过系统时的特性（主要是幅频特性）来分类：可以有低通、高通、带通和带阻四种基本类型1） 低通数字滤波器：图 3.3 所示ccj jeHeH         0)()(|H(ejω)|ωc-ωc-π-2π2π -fs/2-fsfs/2fs-fcfcfπ图 3.3 低通数字滤波器的频谱（2） 高通数字滤波器：图 3.4 所示ccj jeHeH 0)()(|H(ejω)|ωωc-ω-ωc-π-πππ-2π-2π2π2π图 3.4 高通数字滤波器的频谱（3） 带通数字滤波器：图 3.5 所示0||,0)()(212            eHeH1j j|H(ejω)|ωω2-ω-ω2 2-π-πππ-2π-2π2π2πωω1-ω-ω1图 3.5 带通数字滤波器的频谱（4）带阻数字滤波器：图 3.6 所示221 00||,)()(           1j jeHeHωω1|H(ejω)|ωω2-ω-ω2 2-π-πππ-2π-2π2π2π-ω-ω1图 3.6 带阻数字滤波器的频谱其他较复杂的特性可以由基本滤波器组合。

沈阳理工大学信息科学与工程学院-DSP 课程设计73.2.23.2.2 IIRIIR 和和 FIRFIR 滤波器滤波器按系统冲击响应（或差分方程）可以分成无限冲击响应 IIR 和有限冲击响应 FIR滤波器两类这两种滤波器都可以现实各种频率特性要求，但它们在计算流程、具体特性逼近等方面是有差别的1) FIR 滤波器(非递归型): 10)()()(Nmmnxmhny 10)()(NnnZnhZH(2) IIR 滤波器（递归型）  NkMkknxbknyanykk10)()()(NkkMkkzazbzXzYzHkk101)()()(还有一些其他的分类方法，例如在特定场合使用的滤波器3.33.3 IIRIIR 滤波器的设计步骤滤波器的设计步骤步骤 1：将数字滤波器H(z)的技术指标ωp和ωs，通过 Ω＝tan(ω/2)转变为模拟滤波器G(s)的技术指标 Ωp和 Ωs，作归一化处理后，得到ηp＝1，ηs＝Ωs/Ωp；步骤 2：化解为模拟原型滤波器G(s)的技术指标；步骤 3：设计模拟原型滤波器G(p)；步骤 4：将G(p)转换为模拟滤波器的转移函数G(s)；步骤 5：将G(s)转换成数字滤波器的转移函数H(z)，s=(z–1)(z+1)。

模拟低通原型滤波器变换成模拟高通、带通或带阻滤波器频率变换模拟滤波器类型频率变换公式高通带通带阻将模拟低通滤波器先转换成数字低通滤波器，再通过变量代换变换成高通、带通或带阻滤波器,该方法中的模拟低通滤波器先转换成数字低通滤波器，可以利用冲激响应不变法和双线性变换法来实现，再通过变量代换变换成数字高通、带通或带阻滤波器 4、IIR 滤波器的 DSP 实现4.1 简述 CCS 环境沈阳理工大学信息科学与工程学院-DSP 课程设计8CCS，即 Code Composer Studio，是 TI 公司在 1999 年推出的一个开放、具有强大集成开发环境它最初是由 GO DSP 公。