tms320c6713_tms320c6678_tms320c6657(2)

图4 总体流程框图

对N点音频信号进行FFT变换，由公式1可知对应到频域上也是N点，设频域上对应第k点的频率为fk，则其计算公式见公式2。其中fs为音频信号的采样频率，f'k为归一化频率，f'k的计算公式见公式3。因此由公式2和公式3可以得出频谱图上每个采样点对应的实际频率值。

音频数据采集

1、采样频率

根据采样定理，采用频率至少应该是采样声音频率的2倍。由于人耳所能感受的频率大约为20Hz~20kHz，所以理论上采用频率最好取40kHz即可。实际上由于设备的原因，采用频率一般要高出10%，即44kHz。由于AIC23支持44.1kHz，所以本设计中采样频率选用44.1kHz。

2、样本大小

样本大小决定了可能录制声音的最低幅度和最高幅度的差距，代表了采样的量化大小。声音的强度正比于声音的幅度。与频率一样，人耳对声音强度的感受能力不是成线性关系，而是成对数关系，常用dB(分贝)来表示。dB的定义为：20log(A1/A2)，A1，A2为声音的两个幅度。

当采用大小为8位时，那么声音的最大和最小的幅度比为256，则：20log(256)=48dB，当采用大小为16位时，那么声音的最大和最小的幅度比为65536，则：20log(65536)=96dB此时最大声强已经接近于人耳的极限。本设计中样本大小选用16位。

3、数据采集的实现

程序设计步骤如下：

a)初始化多通道缓冲串口0和1。

对多通道缓冲串口的初始化是通过配置其寄存器来完成的。串口0配置成方式，串口0各寄存器配置如下：串口配置控制寄存器SPCR=0xC30003；接口控制寄存器PCR=0x03；接收控制寄存器RCR=0x0140；发送控制寄存器XCR=0x0140。串口1配置成SPI方式，串口1各寄存器配置如下：串口配置控制寄存器SPCR=0xC51000；接口控制寄存器PCR=0xa0a；接收控制寄存器RCR=0；发送控制寄存器XCR=0x10040。

b)配置TLV320AIC23

AIC23内部有11个16位寄存器，这16位控制字中，B[15—9]为寄存器的地址，B[8—0]为要写入寄存器的数据。对本设计写入这11个寄存器的数值如下：左声道输入控制=0x17；右声道输入控制=0x17；左耳机通道控制=0x7f；右耳机通道控制=0x7f；模拟音频通道控制=0x1c；数字音频通道控制=0x1；启动控制=0；数字音频格式=0x4f；样本速率控制=0x3f；数字界面激活=0x01；初始化寄存器=0。

c)启动转换，进行A/D转换，将转换后的数据存储在DSP的内部存储器中，每次采用128点。

实例

图5为在DSP的软件环境CCS2.0下仿真输出的音频信号频谱波形，图6为音频信号的时域波形。每次采样数为128，采样频率设为44.1kHz，样本大小为16位。

图5 音频信号频谱图

图6 音频信号时域波形

结束语

本文给出了一种新的音乐喷泉的设计方案，提出了通过喷泉水柱的高低变化来展现音乐信号的频谱的方法，利用DSP和音频编解码芯片在音频信号处理中的优点，将二者很好地应用于音乐喷泉系统中。详细地阐述了TMS320C6713与音频codecAIC23接口的软件编程与硬件系统设计。这一方案在Code Composer Studio(CCS2.0)环境下运行进行软件硬件联合调试时取得了较好的效果，证实了设计的成功和方案的可用性。本方案不仅可以作为音乐喷泉的前端控制系统设计，如果加上一个LCD显示和一些控制电路，还可以作为音频信号频谱的模型。

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