基于fpga的音頻處理系統畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 f (audio_func == LINEOUT_PLAY){ AUDIO_DacEnableSoftMute(TRUE)。 AUDIO_MicBoost(FALSE)。 AUDIO_MicMute(TRUE)。 AUDIO_LineInMute(FALSE)。 AUDIO_DacEnableSoftMute(FALSE)。 //AUDIO_DacDeemphasisControl(DEEMPHASIS_48K)。 AUDIO_DacEnableZeroCross(ui_is_dac_zero_cross())。 AUDIO_SetLineOutVol(LINEOUT_DEFUALT_VOL, LINEOUT_DEFUALT_VOL)。 // max 7F, min: 30, 0x79: 0 db AUDIO_DacEnableSoftMute(FALSE)。 } if (record_sample_rate == 8000) AUDIO_SetSampleRate(RATE_ADC8K_DAC8K)。 else if (record_sample_rate == 32000) AUDIO_SetSampleRate(RATE_ADC32K_DAC32K)。 else if (record_sample_rate == 48000) AUDIO_SetSampleRate(RATE_ADC48K_DAC48K)。 else if (record_sample_rate == 44100) AUDIO_SetSampleRate(RATE_ADC44K1_DAC44K1)。 else AUDIO_SetSampleRate(RATE_ADC96K_DAC96K)。 // AUDIO_InterfaceActive(TRUE)。 return bSuccess。 }如圖15所示為音頻解碼芯片WM8731的音頻處理軟件開發流程圖圖1音頻處理流程圖 結果展示本次設計的結果如圖，圖16為MIC接口進行音頻輸入過程的成果展示，音頻信號從MIC端口輸入，LCD顯示目前狀態為MIC錄音過程。數碼管顯示錄音時長。圖17為音頻輸出過程，通過耳機可以聽到經過處理的音頻信號，LCD顯示目前狀態為播放過程。數碼管顯示播放時長。圖1MIC接口進行音頻輸入過程圖1音頻輸出過程 本章小結本章主要介紹了SOPC系統設計的軟件開發環境，軟件開發使用Nios II IDE，它是基于Eclipse IDE的集成開發環境。在具體設計方面，本章接收人機接口各部分的功能，從這里可以看出本次設計可以說是考慮得相當全面，當然，需要改進的地方也很多。I2C總線協議的程序設計也是很此課題的重難點之一，在本章也對該總線協議的開發流程做了具體介紹。本次可以設計的另一個重難點是音頻編/解碼芯片WM8731的驅動設計，本章對其驅動代碼做了大致的描述，這部分的模塊主要控制WM8731對聲音信號進行錄制和播放，另外還有在其他模塊對于錄制和播放過程進行調整、控制、顯示，本章沒有一一列舉。本章的核心重點，是對音頻信號的處理，這也是本次設計的目的，經過處理之后的音頻信號完全可以達到設計的初衷，也是本次課題的一大亮點。5 總結與展望本課題主要研究基于FPGA的音頻處理技術，利用FPGA器件對音頻處理芯片WM8731進行相關配置，實現對音頻信號的處理。本次設計涉及到的內容有基于NIOS II的SOPC系統構架，音頻信號的錄放，WM8731芯片的控制，I2C協議，SDRAM的讀寫。在進行SOPC系統的構架方面，本次設計主要應用Altera公司推出的FPGA/CPLD集成開發環境Quartus II完成。Quartus II 是Altera公司的綜合性PLD開發軟件，支持原理圖、VHDL、Verilog HDL以及AHDL（Altera Hardware Description Language）等多種設計輸入形式，內嵌自有的綜合器以及仿真器，可以完成從設計輸入到硬件配置的完整PLD設計流程。而軟件部分，軟件開發使用Nios II IDE，它是基于Eclipse IDE的集成開發環境，Nios II集成開發環境(IDE)是Nios II系列嵌入式處理器的基本軟件開發工具。所有軟件開發任務都可以Nios II IDE下完成，包括編輯、編譯和調試程序。 SOPC Builder生成系統后，可直接使用Nios II IDE設計C/C++應用程序代碼。在音頻編解碼芯片WM8731的驅動上，根據Verilog HDL可移植性和不依賴器件的特點，經過適當的修正該控制器可以移植到各類FPGA中，以控制兼容I2C和I2S總線的音頻編解碼芯片。避免了重復開發，這樣既縮短了設計周期又降低了設計成本，可大大提高設計的效率。系統在功能擴展上具有極大的潛力，有很好的應用前景和科研價值。由于時間限制和自身所掌握的知識還不夠，本次設計還有很多缺點，特別是音頻處理方面還不夠完善，與當今社會的高技術人員開發出來的技術相比，還有巨大的差距，因此本課題的設計還有的很多地方，需要作進一步改進。致謝首先，我在此我衷心的感謝唐庭龍老師的精心指導，這個課題進行以來，我遇到了很多困難。首先是課題實施方案的確定，在開始的時候就遇到很大問題，由于沒有一個很好的方案，在處理這個課題的時候困難重重，最終確定下以給予Nios II的SOPC系統進行音頻信號處理后，進過很多努力，大部分的問題都迎刃而解，在這個課題上付出了很多努力，到今天終于將畢業設計完成，一這路走來，成長不少。在這個過程中，在畢業設計期間，唐老師在課題前沿以及研究方向廣度和深度的正確把握，使我在完成課題時獲益匪淺。唐老師治學嚴謹，學識淵博，平易近人，在很多方面都給了我很多幫助。唐老師對我的教導使我終身受益，對待工作敬業態度也令人敬佩，對待我的不足也展現了極大的寬容和耐心。本課題的每一步進展都離不開唐老師的悉心指導和親切關懷，在論文完成之際，在此再次感謝唐老師耐心培養和教導，使我的分析問題和解決問題的能力得以培養和提高。四年大學生涯即將結束，本次課題的完成將是大學生活結束的一個標志，想來不禁感懷，在這個大學四年里，我所經歷的每一點進步都離不開我的同學的幫助，老師的教導，學院的關懷，在這之間經歷了很多事，收獲了很多，學到了很多，充實了很多。這四年里有快樂，有悲傷，看著自己一步步成長，伴隨的都是同窗之誼，師生之情。本次課題，在論文選題、收集資料、確定提綱、初稿完成、反復修改，到最后成文，有很多地方獲得了同學與老師的幫助，所以在這論文行將結束之際，感謝我的同學，我的朋友，我的老師，我的學校。最后還要深深的感謝我的家人對我的關懷、鼓勵和支持。我將以此為激勵，繼續努力，在將來的學習和生活中爭取更大的進步！在本科階段即將告別之時，我希望借此機會向曾經關心、支持和幫助我的親人、良師益友再次表示衷心的感謝。參 考 文 獻[M].西安電子科技大學出版社,2012,92楊軍,[M].科學出版社2012,11`4周潤景, 2的FPGA/CPLD數字系統設計實例(第2版)[M].電子工業出版社,5郭黎利,李北明,[M].國防工業出版社,2013,2 ,原魁 (譯)基于FPGA的嵌入式圖像處理系統設計[M].電子工業出版社2013,27 [M].電子工業出版社, 2013,4[M]機械工業出版社,2013,9 9 10劉波文、. 北京航空航天大學出版社,2012,511 薩斯(Sass R.).FPGA嵌入式系統設計原理與實踐[M].清華大學出版社,[M].電子工業出版社,2013,313禇振勇、翁木云、 [M].西安電子科學大學出版社,14楊軍、[M].科學出版社,15Computer Architecture and Security: Fundamentals of Designing Secure Computer Systems Wang, Shuangbao Paul、 Ledley, Robert S. John Wiley amp。 Sons Inc .16FPGA Imaging Gorgon, Marek SpringerVerlag New York Inc. (201403)17Entwurf Eingebetteter Systeme: Vergleich Von Mikroprozessor Und FPGASystemen Gessler, Ralf Springer Vieweg (201401) 18Computer Architecture and Security: Fundamentals of Designing Secure Computer Systems Wang, Shuangbao Paul、 Ledley, Robert S. John Wiley amp。 Sons 附錄：源代碼include include include include include include ifdef DEBUG_APP define APP_DEBUG(x) DEBUG(x)else define APP_DEBUG(x)endif//================= internal function prototype amp。 data structure definit =====define RECORD_BUTTON 0x08define PLAY_BUTTON 0x04define PLAYRING_BUTTON 0x02define RECORD_BLOCK_SIZE 250 // ADC FIFO: 512 bytedefine PLAY_BLOCK_SIZE 250 // DAC FIFO: 512 bytedefine MAX_TRY_CNT 1024define LINEOUT_DEFUALT_VOL 0x79 // 0 dBdefine USE_SDRAM_FOR_DATAifndef USE_SDRAM_FOR_DATA define BUF_SAMPLE_NUM (96000*5) // 5 second @ 96Kendif typedef enum{ MIC_RECORD, LINEIN_RECORD, LINEOUT_PLAY}AUDIO_FUNC。void button_monitor_isr(void* context, alt_u32 id)。bool button_monitor_start(volatile alt_u32 *pPressedMask)。bool init_audio(AUDIO_FUNC audio_func)。void display_time_elapsed(alt_u32 sample_num)。// ui configbool ui_is_mic_boost(void)。bool ui_is_mic_record(void)。bool ui_is_dac_zero_cross(void)。int ui_get_sample_rate(void)。// gloal variableint record_sample_rate。//////////// Internal function implement(body) ////////////////////////////////bool ui_is_mic_record(void){ bool bMicRecord。 bMicRecord = (IORD(SW_BASE, 0) amp。 0x01)?FALSE:TRUE。 return bMicRecord。 }bool ui_is_mic_boost(void){ bool bMicBoost。 bMicBoost = (IORD(SW_BASE, 0) amp。 (0x01 1))?FALSE:TRUE。 return bMicBoost。 }bool ui_is_dac_zero_cross(void){ bool bZeroCross。 bZeroCross = (IORD(SW_BASE, 0) amp。 (0x01 2))?TRUE:FALSE。 return bZeroCross。 }int ui_get_sample_rate(void){