吉他效果器的研究與設(shè)計.doc
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吉他效果器的研究與設(shè)計,本文68頁，4.5萬余字摘要隨著科技的不斷進步，效果器引入了微處理器技術(shù)和數(shù)字音頻處理技術(shù)，與傳統(tǒng)效果器相比，新型效果器以其智能化、個性化、高保真等優(yōu)點迅速應(yīng)用到各種聲音設(shè)備中，深受廣大音樂愛好者的青睞。本文介紹了基于ti tms320vc5501 dsp的吉他效果器的設(shè)計。...
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吉他效果器的研究與設(shè)計
本文68頁，4.5萬余字
吉他效果器的研究與設(shè)計
摘 要
隨著科技的不斷進步，效果器引入了微處理器技術(shù)和數(shù)字音頻處理技術(shù)，與傳統(tǒng)效果器相比，新型效果器以其智能化、個性化、高保真等優(yōu)點迅速應(yīng)用到各種聲音設(shè)備中，深受廣大音樂愛好者的青睞。
本文介紹了基于TI TMS320VC5501 DSP的吉他效果器的設(shè)計。文章主要從硬件和軟件兩個方面進行分析、設(shè)計與實現(xiàn)。在硬件方面,主要對DSP、CODEC、單片機等芯片的連接電路、模擬信號的處理電路以及人機交互電路進行了詳細的分析；在軟件方面，主要對各種芯片的初始化和系統(tǒng)的工作流程進行了分析與設(shè)計，與此同時，本設(shè)計還詳細介紹了顫音、延遲、震音、合唱、鑲邊、移相等幾種常用的效果算法。經(jīng)實驗證明，本效果器實現(xiàn)的數(shù)字效果良好。
關(guān)鍵詞： 吉他效果器,DSP,CODEC,單片機,算法,TMS320VC5501,CODEC,單片機,
The Design And Research of Guitar Effect Processor
ABSTRACT
With the development of technology, the Microprocessor Unit (MPU) and digital audio processing technology are introduced into the effector. Compared with the traditional effector, the new type of effector is quickly applied to various sound equipments with its intelligence, individuation, and hi-fi advantages, and it also take the fancy of the music lovers.
This thesis introduces a design of guitar effect processor which is based on TI TMS320VC5501 DSP. Hardware and software systems are separately introduced in this paper. For the hardware, the thesis mainly makes a detailed discussion of some hardware function models ,which including the interface circuits of DSP 、CODEC、MCU and etc, analog signal processing circuits，and human-machine interaction circuits. For the software, the thesis introduces the initialization of all kinds of chips and the workflow of system. At the same time, this design also introduces the several common effect algorithm in detail , such as vibrato、 delay 、 tremolo、 chorus、 flanger 、phase. The experiment proves that the digital effects of the effector based on the above system are well.
Key words: Guitar Effect Processor DSP CODEC MCU Algorithm
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
1 緒論 1
1.1論文研究背景 1
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1
1.3論文主要內(nèi)容 2
2 系統(tǒng)總設(shè)計 3
2.1系統(tǒng)要求 3
2.2系統(tǒng)方案的確定 3
2.3芯片選型 4
2.3.1 DSP選型 4
2.3.2單片機選型 5
2.3.3 CODEC選型 5
2.3.4 SDRAM選型 5
3 硬件設(shè)計 6
3.1 DSP與單片機的連接 6
3.2 DSP與CODEC的連接 7
3.3 DSP與SDRAM的連接 10
3.4電源模塊 10
3.5模擬信號處理電路 11
3.5.1 信號放大問題 12
3.5.2 阻抗匹配問題 13
3.6 信號選通模塊 14
3.7人機交互電路 15
4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 17
4.1系統(tǒng)總工作流程 17
4.2系統(tǒng)的初始化 18
4.2.1單片機的初始化 18
4.2.2 DSP的初始化 19
4.2.4 SDRAM的初始化 22
4.2.5 CODEC的初始化 23
5 音頻算法的分析與設(shè)計 25
5.1 Delay (延遲) 25
5.2 Tremolo(震音) 26
5.3 Vibrato (顫音) 27
5.4 Chorus (合唱) 28
5.5 Flanger(鑲邊) 29
5.6 Phase (移相) 30
6 系統(tǒng)調(diào)試 32
7 總結(jié) 33
參考文獻 34
附錄A 電路原理圖 36
附錄B 電路PCB圖 37
附錄C 單片機程序 38
附錄D DSP程序 45
附錄E Tremolo算法程序 51
附錄F Delay算法程序 52
附錄H Vibrato算法程序 54
附錄I Chorus算法程序 55
附錄J Flanger算法程序 57
附錄K Phase算法程序 59
謝 辭 61
1 緒論
1.1論文研究背景
吉他效果器的出現(xiàn)賦以了吉他新的生命，譜寫了吉他表演的新篇章。通過吉他效果器，我們可以演奏出不同風格、不同音色的樂聲，演奏者可以根據(jù)自己的喜愛以及音樂的需要調(diào)節(jié)出一個獨特的音色，從而使吉他成為某些特定音樂元素中不可替代的樂器。
早期的吉他效果器是單獨依靠模擬電路來工作的，而且一個模擬電路只能實現(xiàn)一種音頻效果，如用彈簧實現(xiàn)混響效果、用BBD延遲器件實現(xiàn)延時效果[5]、用真空電子管實現(xiàn)失真效果等。如果要調(diào)節(jié)出一個自己喜歡的音色，往往就需要串聯(lián)多個模擬電路效果器才能完成，串聯(lián)后體積龐大不易攜帶，而且市面上各種模擬電路效果器的價格昂貴，要集齊一套常用效果的效果器往往就要花費好幾千甚至上萬塊錢，由于上述兩方面的原因，模擬電路效果器很難大眾化。隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字音頻處理理論的日益完善，數(shù)字化、人性化和智能化等理念開始引用到吉他效果器上，于是吉他數(shù)字效果器開始應(yīng)運而生。吉他數(shù)字效果器不僅能把模擬電路效果器的各種獨特的效果結(jié)合成一個整體，而且還能把許多原本只有通過建筑聲學才能實現(xiàn)的聲學效果[4]，現(xiàn)在都可以通過電聲學知識和數(shù)字信號處理手段來實現(xiàn)，雖然他們的本質(zhì)特征并不一樣，但是由于人耳對聲音有一定的分辨惰性，使得各種數(shù)字模仿音在一定的范圍內(nèi)是可以等價于相應(yīng)的物理振動產(chǎn)生的聲音。使用吉他數(shù)字效果器時，用戶可以通過數(shù)字化人機界面去設(shè)置串聯(lián)效果的種類、數(shù)量以及各效果的主要參數(shù)，操作方便容易，而且用戶可以根據(jù)實際需要快速切換不同的效果模式，這也是模擬電路效果器所難做到的。在性價比上看，我們通常只需花一兩個模擬電路效果器的錢就能購買到一款性能優(yōu)越效果齊全的吉他數(shù)字效果器，性價比高，因此深受廣大音樂愛好者的喜愛。
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
目前，我國自主研發(fā)和生產(chǎn)吉他效果器的廠商寥寥無幾，國產(chǎn)的效果器又多為模擬電路效果器，起步比國外晚，技術(shù)還不夠成熟，而且從事相關(guān)工作的人很少，人才缺乏，待開發(fā)空間很大；在國外，無論是硬件還是軟件，都有很成熟的技術(shù)和理論，而且國外有很多大學開設(shè)了與音頻處理相關(guān)的專業(yè)，不斷地為這個領(lǐng)域輸送人才。由于技術(shù)上的原因，國內(nèi)吉他效果器的市場大多被國外的產(chǎn)品所壟斷。
………………………………………………………………………………………………………
參考文獻
[1]劉順蘭/吳杰：《數(shù)字信號處理》[M]，西安電子科技大學出版社2003年版,第35-48頁。
[2] John Wiley & Sons, Ltd. DAFX - Digital Audio Effects [M] , 2002，第30-160頁。
[3]Orfanidis,S.J.：《信號處理導論》[M],清華大學出版社1998年版，第210-300頁。
[4]趙培生/李肇華：《廳堂的建筑聲學與擴聲系統(tǒng)的設(shè)計》[J]，《電聲技術(shù)》2000年第2期，第22-24頁。
[5]梁華：《BBD音響效果電路》[J]，《電聲技術(shù)》2005年第3期，第2-6頁。
[6]賀加添：《音質(zhì)設(shè)計手段的新進展》[J]，《聲學技術(shù)》1996第3期，第51-56頁。
[7]張秀麗、李萍、陸光華：《數(shù)字音效器設(shè)計》[J]，《電聲技術(shù)》1989年第11期，第25-27頁。
[8]趙洪亮：《TMS320C55X DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計》[M]，XXX航空航天大學出版社2008年版
[9]Texas Instruments Lncorporated. TMS320VC5501 Fixed-Point Digital Signal Processor [Z],2004。
[10]Texas Instruments Lncorporated. TMS320VC5501 I2C、McBSP、HPI、Bootloader、EMIF、Chip Support etc Application Report[Z],2004。
[11] Texas Instruments Lncorporated. TLV320AIC23 Stereo Audio CODEC [Z],2003。
[12]Vincent Y.C.Yu. MPC82G516A Application Report[Z],2008。
[13]EtronTech EM636165 Synchronous DRAM Application Report[Z],2001。
[14]周樹南/張伯頤：《電路與電子學基礎(chǔ)》[M]，科學出版社2006年版,第246-301頁。
[15]江曉安：《數(shù)字電路》[M]，西安電子科技大學出版社2002年版，第1-129頁。
[16]龐振平：《C語言程序設(shè)計》[M]，華南理工大學出版社2007年版
[17]李全利：《單片機原理及應(yīng)用》[M]，清華大學出版社2006年版
[18]楊進才：《C++語言程序設(shè)計教程》[M]，清華大學出版社2006年版
[19]PADS2005系列教材[Z]，比思電子有限公司
本文68頁，4.5萬余字
吉他效果器的研究與設(shè)計
摘 要
隨著科技的不斷進步，效果器引入了微處理器技術(shù)和數(shù)字音頻處理技術(shù)，與傳統(tǒng)效果器相比，新型效果器以其智能化、個性化、高保真等優(yōu)點迅速應(yīng)用到各種聲音設(shè)備中，深受廣大音樂愛好者的青睞。
本文介紹了基于TI TMS320VC5501 DSP的吉他效果器的設(shè)計。文章主要從硬件和軟件兩個方面進行分析、設(shè)計與實現(xiàn)。在硬件方面,主要對DSP、CODEC、單片機等芯片的連接電路、模擬信號的處理電路以及人機交互電路進行了詳細的分析；在軟件方面，主要對各種芯片的初始化和系統(tǒng)的工作流程進行了分析與設(shè)計，與此同時，本設(shè)計還詳細介紹了顫音、延遲、震音、合唱、鑲邊、移相等幾種常用的效果算法。經(jīng)實驗證明，本效果器實現(xiàn)的數(shù)字效果良好。
關(guān)鍵詞： 吉他效果器,DSP,CODEC,單片機,算法,TMS320VC5501,CODEC,單片機,
The Design And Research of Guitar Effect Processor
ABSTRACT
With the development of technology, the Microprocessor Unit (MPU) and digital audio processing technology are introduced into the effector. Compared with the traditional effector, the new type of effector is quickly applied to various sound equipments with its intelligence, individuation, and hi-fi advantages, and it also take the fancy of the music lovers.
This thesis introduces a design of guitar effect processor which is based on TI TMS320VC5501 DSP. Hardware and software systems are separately introduced in this paper. For the hardware, the thesis mainly makes a detailed discussion of some hardware function models ,which including the interface circuits of DSP 、CODEC、MCU and etc, analog signal processing circuits，and human-machine interaction circuits. For the software, the thesis introduces the initialization of all kinds of chips and the workflow of system. At the same time, this design also introduces the several common effect algorithm in detail , such as vibrato、 delay 、 tremolo、 chorus、 flanger 、phase. The experiment proves that the digital effects of the effector based on the above system are well.
Key words: Guitar Effect Processor DSP CODEC MCU Algorithm
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
1 緒論 1
1.1論文研究背景 1
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1
1.3論文主要內(nèi)容 2
2 系統(tǒng)總設(shè)計 3
2.1系統(tǒng)要求 3
2.2系統(tǒng)方案的確定 3
2.3芯片選型 4
2.3.1 DSP選型 4
2.3.2單片機選型 5
2.3.3 CODEC選型 5
2.3.4 SDRAM選型 5
3 硬件設(shè)計 6
3.1 DSP與單片機的連接 6
3.2 DSP與CODEC的連接 7
3.3 DSP與SDRAM的連接 10
3.4電源模塊 10
3.5模擬信號處理電路 11
3.5.1 信號放大問題 12
3.5.2 阻抗匹配問題 13
3.6 信號選通模塊 14
3.7人機交互電路 15
4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 17
4.1系統(tǒng)總工作流程 17
4.2系統(tǒng)的初始化 18
4.2.1單片機的初始化 18
4.2.2 DSP的初始化 19
4.2.4 SDRAM的初始化 22
4.2.5 CODEC的初始化 23
5 音頻算法的分析與設(shè)計 25
5.1 Delay (延遲) 25
5.2 Tremolo(震音) 26
5.3 Vibrato (顫音) 27
5.4 Chorus (合唱) 28
5.5 Flanger(鑲邊) 29
5.6 Phase (移相) 30
6 系統(tǒng)調(diào)試 32
7 總結(jié) 33
參考文獻 34
附錄A 電路原理圖 36
附錄B 電路PCB圖 37
附錄C 單片機程序 38
附錄D DSP程序 45
附錄E Tremolo算法程序 51
附錄F Delay算法程序 52
附錄H Vibrato算法程序 54
附錄I Chorus算法程序 55
附錄J Flanger算法程序 57
附錄K Phase算法程序 59
謝 辭 61
1 緒論
1.1論文研究背景
吉他效果器的出現(xiàn)賦以了吉他新的生命，譜寫了吉他表演的新篇章。通過吉他效果器，我們可以演奏出不同風格、不同音色的樂聲，演奏者可以根據(jù)自己的喜愛以及音樂的需要調(diào)節(jié)出一個獨特的音色，從而使吉他成為某些特定音樂元素中不可替代的樂器。
早期的吉他效果器是單獨依靠模擬電路來工作的，而且一個模擬電路只能實現(xiàn)一種音頻效果，如用彈簧實現(xiàn)混響效果、用BBD延遲器件實現(xiàn)延時效果[5]、用真空電子管實現(xiàn)失真效果等。如果要調(diào)節(jié)出一個自己喜歡的音色，往往就需要串聯(lián)多個模擬電路效果器才能完成，串聯(lián)后體積龐大不易攜帶，而且市面上各種模擬電路效果器的價格昂貴，要集齊一套常用效果的效果器往往就要花費好幾千甚至上萬塊錢，由于上述兩方面的原因，模擬電路效果器很難大眾化。隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字音頻處理理論的日益完善，數(shù)字化、人性化和智能化等理念開始引用到吉他效果器上，于是吉他數(shù)字效果器開始應(yīng)運而生。吉他數(shù)字效果器不僅能把模擬電路效果器的各種獨特的效果結(jié)合成一個整體，而且還能把許多原本只有通過建筑聲學才能實現(xiàn)的聲學效果[4]，現(xiàn)在都可以通過電聲學知識和數(shù)字信號處理手段來實現(xiàn)，雖然他們的本質(zhì)特征并不一樣，但是由于人耳對聲音有一定的分辨惰性，使得各種數(shù)字模仿音在一定的范圍內(nèi)是可以等價于相應(yīng)的物理振動產(chǎn)生的聲音。使用吉他數(shù)字效果器時，用戶可以通過數(shù)字化人機界面去設(shè)置串聯(lián)效果的種類、數(shù)量以及各效果的主要參數(shù)，操作方便容易，而且用戶可以根據(jù)實際需要快速切換不同的效果模式，這也是模擬電路效果器所難做到的。在性價比上看，我們通常只需花一兩個模擬電路效果器的錢就能購買到一款性能優(yōu)越效果齊全的吉他數(shù)字效果器，性價比高，因此深受廣大音樂愛好者的喜愛。
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
目前，我國自主研發(fā)和生產(chǎn)吉他效果器的廠商寥寥無幾，國產(chǎn)的效果器又多為模擬電路效果器，起步比國外晚，技術(shù)還不夠成熟，而且從事相關(guān)工作的人很少，人才缺乏，待開發(fā)空間很大；在國外，無論是硬件還是軟件，都有很成熟的技術(shù)和理論，而且國外有很多大學開設(shè)了與音頻處理相關(guān)的專業(yè)，不斷地為這個領(lǐng)域輸送人才。由于技術(shù)上的原因，國內(nèi)吉他效果器的市場大多被國外的產(chǎn)品所壟斷。
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參考文獻
[1]劉順蘭/吳杰：《數(shù)字信號處理》[M]，西安電子科技大學出版社2003年版,第35-48頁。
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[4]趙培生/李肇華：《廳堂的建筑聲學與擴聲系統(tǒng)的設(shè)計》[J]，《電聲技術(shù)》2000年第2期，第22-24頁。
[5]梁華：《BBD音響效果電路》[J]，《電聲技術(shù)》2005年第3期，第2-6頁。
[6]賀加添：《音質(zhì)設(shè)計手段的新進展》[J]，《聲學技術(shù)》1996第3期，第51-56頁。
[7]張秀麗、李萍、陸光華：《數(shù)字音效器設(shè)計》[J]，《電聲技術(shù)》1989年第11期，第25-27頁。
[8]趙洪亮：《TMS320C55X DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計》[M]，XXX航空航天大學出版社2008年版
[9]Texas Instruments Lncorporated. TMS320VC5501 Fixed-Point Digital Signal Processor [Z],2004。
[10]Texas Instruments Lncorporated. TMS320VC5501 I2C、McBSP、HPI、Bootloader、EMIF、Chip Support etc Application Report[Z],2004。
[11] Texas Instruments Lncorporated. TLV320AIC23 Stereo Audio CODEC [Z],2003。
[12]Vincent Y.C.Yu. MPC82G516A Application Report[Z],2008。
[13]EtronTech EM636165 Synchronous DRAM Application Report[Z],2001。
[14]周樹南/張伯頤：《電路與電子學基礎(chǔ)》[M]，科學出版社2006年版,第246-301頁。
[15]江曉安：《數(shù)字電路》[M]，西安電子科技大學出版社2002年版，第1-129頁。
[16]龐振平：《C語言程序設(shè)計》[M]，華南理工大學出版社2007年版
[17]李全利：《單片機原理及應(yīng)用》[M]，清華大學出版社2006年版
[18]楊進才：《C++語言程序設(shè)計教程》[M]，清華大學出版社2006年版
[19]PADS2005系列教材[Z]，比思電子有限公司
