AD信号采集与语音信号处理

目录

摘要··········································

1 基于USB总线的A/D卡的报告·············

1.1 USB总线简介··································

1.2 USB总线结构·················

1.3 USB总线信号环境····························

1.4 USB数据传输类型····························

1.5 信息包······································

1.6 USB接口的数据采集系统的设计实现···············

1.7 A/D转换电路·································

2 DA卡的工作原理与外部接线···············

2.1 DA卡的工作原理··································· 2.2 DA卡外部接线··································· 2.3 DA卡数据输出程序···································3音乐信号的采集、处理与分析···············

3.1音乐信号的获取································

3.2音乐信号的频谱分析································ 3.3分别加入尖锐噪声和平缓噪声···············

3.4设计滤波器，滤波处理································ 3.5音乐回放································

3.6低音音乐信号的处理分析································

摘要

信号处理是对各种形式的信息进行信息获取、变换、存储、传输、交换、应用等环节中的信号与信息的处理，是信息科学的重要组成部分，信息处理的应用日益广泛。

本文主要研究DA信号的生成和音乐器信号的处理。对于DA信号的生成，我们利用USB数据采集器的A/D，D/A转换功能利用计算机对USB2833输入数字信号经D/A，A/D转换后输回计算机来实现。

对于音乐信号的处理，我们根据任务书的要求采集高低音歌曲并对其加噪声，利用matlab读取信号，并分析了加噪与不加噪信号频谱的区别，在此基础上设计了滤波器滤除噪声，对滤波后信号进行了分析并与无噪声的信号对比，两者无太大差别表明滤波效果良好。

关键词：USB2833、matlab、频谱分析、滤波器

一、基于USB总线的A/D卡的报告

1.1USB（通用串行总线）简介

信息技术的飞速发展和数字化的广泛应用，数据采集也愈加重要，传统的外设与主机的通信口一般采用ISA、PCI、CPCI等标准，基于这些接口的产品，安装麻烦，价格昂贵，并受计算机插槽数量、地址中断资源限制，且可扩展性差，USB的出现很好的解决了以上问题。

USB是一种快速的双向的、同步传输的、廉价的并可以进行热拔插的串行接口。USB接口使用方便，可以连接多个不同的设备，而过去的串口和并口只能接一个设备。速度快是USB技术的突出特点之一，全速USB接口的最高传输率可达12Mb／s，比串口快了整整100倍，而执行USB 2.0标准高速USB接口速率更是达到7480 Mb ／s，这使得高分辨率、真彩色的大容量图像的实时传送成为可能。USB接口支持多个不同设备的串列连接，一个USB接口理论上可以连接127个USB设备。连接方式也十分灵活，既可以使用串行连接，也可以使用集线器(Hub)把多个设备连接在一起，再同Pc机的USB 接口相接。普通的使用串口、并口的设备都需要单独的供电系统，而USB设备则不需要。正是由于USB的这些特点．使其获得了广泛的应用。

1.2 USB总线结构

USB的总线结构是采用阶梯式星形（tiered star）的拓扑（topology）结构，如图1和图2所示。每一个星形的中心是集线器，

而每一个设备可以通过集线器上的接口来加以连接。从图中可以看到USB的设各包含了两种类型：USB集线器与USB设各。位于最顶端的就是Host（主机端）。从Host的联机往下连接至Hub（集线器），再由集线器按阶梯式以一层或一阶的方式往下扩展出去，连接在下一层的设各或另一个集线器上。事实上，集线器也可视为一种设各。而其中最大层数为6层（包括计算机内部的根集线器）。每一个星形的外接点的数目可加以变化，一般集线器具有2、4或7个接口。

图1 USB总线的阶梯式星形结构

图2 USB总线的拓扑结构

1.3数据采集卡采集数据的过程和原理

数据采集(DAQ)，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采非电量或者电量信号，送到上位机中进行分析，处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。数据采集卡，即实现数据采集(DAQ)功能的计算机扩展卡，可以通过USB、PXI、PCI、PCI Express、火线(IEEE1394)、PCMCIA、ISA、Compact Flash、485、232、以太网、各种无线网络等总线接入个人计算机。

1.3.1 数据采集卡采集数据的过程：

（1）根据所处理的信号合理确定采样频率、抗混叠滤波器和采样样本数

（2）模入信号类型及连接方式的设立

（3）信号调理（包括放大、隔离、滤波、激励、线性化等）

1.3.2 数据采集卡的工作原理

（1）模入通道的选择及其衰减和AD放大器增益选择电路采用程序控制。

（2）中心控制电路采用可编程器件GAL，从而使数据采集卡的结构紧凑，电路简洁，且GAL芯片的软件编程可根据硬件的需要随时调整。

（3）AD的启动有程序启动和定时启动两种方式，AD转换结束识别有程序查询和中断两种方式。

（4）DA的参考电压通过控制电路引用AD的基准电压。

二、DA卡的工作原理及外部接线