TMS320C6713DSP在音乐喷泉控制系统中的应用

文章摘要：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)环境下运行仿真器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，还可以作为便携式音频信号频谱分析仪的模型。 w

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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)环境下运行仿真器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，还可以作为便携式音频信号频谱分析仪的模型。
 

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变频控制系统设计
变频控制系统是由变频控制器、变频分配器和变频器构成。对于8路以下的控制系统变频控制系统可采用图3所示的控制方法。

图2 TMS320C6713与TLV320AIC23的硬件连接

图3 变频控制系统

经DSP处理后的音乐信号自动转换成变频调速器所要求的4~20mA直流电流信号。输出直流电流信号与输入的音乐信号大小成线性关系，使喷泉的喷高随音乐信号大小变化。

对于8路以上的多路喷泉控制可以采用扩展音乐喷泉控制器和变频演示仪功能的方式来满足要求。DSP作为变频型音乐喷泉控制系统的控制中心，以后以4路进行扩展，分别为4路、8路、12路、16路……，以此类推。每路控制一台变频调速器，将音乐信号转换成变频调速器所能接受的4~20mA直流电流信号，来驱动变频调速器，使喷泉的喷高随音乐信号的大小而变化。

软件实现

总统软件设计
首先初始化McBSP0口和McBSP1口，配置AIC23，然后启动AIC23的A/D转换，将由麦克风输入的模拟音频信号进行采样，然后对采样到的音频信号进行傅立叶变换，总体流程框图如图4所示。离散傅立叶变换(DFT)的公式见公式1，为了进行快速傅立叶变化，采取时间抽取(DIT)基2FFT算法。

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。

图4 总体流程框图

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。

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