吉他效果器的研究与设计.doc
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吉他效果器的研究与设计,本文68页，4.5万余字摘要随着科技的不断进步，效果器引入了微处理器技术和数字音频处理技术，与传统效果器相比，新型效果器以其智能化、个性化、高保真等优点迅速应用到各种声音设备中，深受广大音乐爱好者的青睐。本文介绍了基于ti tms320vc5501 dsp的吉他效果器的设计。...
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吉他效果器的研究与设计
本文68页，4.5万余字
吉他效果器的研究与设计
摘 要
随着科技的不断进步，效果器引入了微处理器技术和数字音频处理技术，与传统效果器相比，新型效果器以其智能化、个性化、高保真等优点迅速应用到各种声音设备中，深受广大音乐爱好者的青睐。
本文介绍了基于TI TMS320VC5501 DSP的吉他效果器的设计。文章主要从硬件和软件两个方面进行分析、设计与实现。在硬件方面,主要对DSP、CODEC、单片机等芯片的连接电路、模拟信号的处理电路以及人机交互电路进行了详细的分析；在软件方面，主要对各种芯片的初始化和系统的工作流程进行了分析与设计，与此同时，本设计还详细介绍了颤音、延迟、震音、合唱、镶边、移相等几种常用的效果算法。经实验证明，本效果器实现的数字效果良好。
关键词： 吉他效果器,DSP,CODEC,单片机,算法,TMS320VC5501,CODEC,单片机,
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 录
摘 要 I
ABSTRACT II
1 绪论 1
1.1论文研究背景 1
1.2国内外研究现状 1
1.3论文主要内容 2
2 系统总设计 3
2.1系统要求 3
2.2系统方案的确定 3
2.3芯片选型 4
2.3.1 DSP选型 4
2.3.2单片机选型 5
2.3.3 CODEC选型 5
2.3.4 SDRAM选型 5
3 硬件设计 6
3.1 DSP与单片机的连接 6
3.2 DSP与CODEC的连接 7
3.3 DSP与SDRAM的连接 10
3.4电源模块 10
3.5模拟信号处理电路 11
3.5.1 信号放大问题 12
3.5.2 阻抗匹配问题 13
3.6 信号选通模块 14
3.7人机交互电路 15
4 系统软件设计 17
4.1系统总工作流程 17
4.2系统的初始化 18
4.2.1单片机的初始化 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 音频算法的分析与设计 25
5.1 Delay (延迟) 25
5.2 Tremolo(震音) 26
5.3 Vibrato (颤音) 27
5.4 Chorus (合唱) 28
5.5 Flanger(镶边) 29
5.6 Phase (移相) 30
6 系统调试 32
7 总结 33
参考文献 34
附录A 电路原理图 36
附录B 电路PCB图 37
附录C 单片机程序 38
附录D DSP程序 45
附录E Tremolo算法程序 51
附录F Delay算法程序 52
附录H Vibrato算法程序 54
附录I Chorus算法程序 55
附录J Flanger算法程序 57
附录K Phase算法程序 59
谢 辞 61
1 绪论
1.1论文研究背景
吉他效果器的出现赋以了吉他新的生命，谱写了吉他表演的新篇章。通过吉他效果器，我们可以演奏出不同风格、不同音色的乐声，演奏者可以根据自己的喜爱以及音乐的需要调节出一个独特的音色，从而使吉他成为某些特定音乐元素中不可替代的乐器。
早期的吉他效果器是单独依靠模拟电路来工作的，而且一个模拟电路只能实现一种音频效果，如用弹簧实现混响效果、用BBD延迟器件实现延时效果[5]、用真空电子管实现失真效果等。如果要调节出一个自己喜欢的音色，往往就需要串联多个模拟电路效果器才能完成，串联后体积庞大不易携带，而且市面上各种模拟电路效果器的价格昂贵，要集齐一套常用效果的效果器往往就要花费好几千甚至上万块钱，由于上述两方面的原因，模拟电路效果器很难大众化。随着微处理器技术的发展和数字音频处理理论的日益完善，数字化、人性化和智能化等理念开始引用到吉他效果器上，于是吉他数字效果器开始应运而生。吉他数字效果器不仅能把模拟电路效果器的各种独特的效果结合成一个整体，而且还能把许多原本只有通过建筑声学才能实现的声学效果[4]，现在都可以通过电声学知识和数字信号处理手段来实现，虽然他们的本质特征并不一样，但是由于人耳对声音有一定的分辨惰性，使得各种数字模仿音在一定的范围内是可以等价于相应的物理振动产生的声音。使用吉他数字效果器时，用户可以通过数字化人机界面去设置串联效果的种类、数量以及各效果的主要参数，操作方便容易，而且用户可以根据实际需要快速切换不同的效果模式，这也是模拟电路效果器所难做到的。在性价比上看，我们通常只需花一两个模拟电路效果器的钱就能购买到一款性能优越效果齐全的吉他数字效果器，性价比高，因此深受广大音乐爱好者的喜爱。
1.2 国内外研究现状
目前，我国自主研发和生产吉他效果器的厂商寥寥无几，国产的效果器又多为模拟电路效果器，起步比国外晚，技术还不够成熟，而且从事相关工作的人很少，人才缺乏，待开发空间很大；在国外，无论是硬件还是软件，都有很成熟的技术和理论，而且国外有很多大学开设了与音频处理相关的专业，不断地为这个领域输送人才。由于技术上的原因，国内吉他效果器的市场大多被国外的产品所垄断。
………………………………………………………………………………………………………
参考文献
[1]刘顺兰/吴杰：《数字信号处理》[M]，西安电子科技大学出版社2003年版,第35-48页。
[2] John Wiley & Sons, Ltd. DAFX - Digital Audio Effects [M] , 2002，第30-160页。
[3]Orfanidis,S.J.：《信号处理导论》[M],清华大学出版社1998年版，第210-300页。
[4]赵培生/李肇华：《厅堂的建筑声学与扩声系统的设计》[J]，《电声技术》2000年第2期，第22-24页。
[5]梁华：《BBD音响效果电路》[J]，《电声技术》2005年第3期，第2-6页。
[6]贺加添：《音质设计手段的新进展》[J]，《声学技术》1996第3期，第51-56页。
[7]张秀丽、李萍、陆光华：《数字音效器设计》[J]，《电声技术》1989年第11期，第25-27页。
[8]赵洪亮：《TMS320C55X DSP应用系统设计》[M]，XXX航空航天大学出版社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]周树南/张伯颐：《电路与电子学基础》[M]，科学出版社2006年版,第246-301页。
[15]江晓安：《数字电路》[M]，西安电子科技大学出版社2002年版，第1-129页。
[16]庞振平：《C语言程序设计》[M]，华南理工大学出版社2007年版
[17]李全利：《单片机原理及应用》[M]，清华大学出版社2006年版
[18]杨进才：《C++语言程序设计教程》[M]，清华大学出版社2006年版
[19]PADS2005系列教材[Z]，比思电子有限公司
本文68页，4.5万余字
吉他效果器的研究与设计
摘 要
随着科技的不断进步，效果器引入了微处理器技术和数字音频处理技术，与传统效果器相比，新型效果器以其智能化、个性化、高保真等优点迅速应用到各种声音设备中，深受广大音乐爱好者的青睐。
本文介绍了基于TI TMS320VC5501 DSP的吉他效果器的设计。文章主要从硬件和软件两个方面进行分析、设计与实现。在硬件方面,主要对DSP、CODEC、单片机等芯片的连接电路、模拟信号的处理电路以及人机交互电路进行了详细的分析；在软件方面，主要对各种芯片的初始化和系统的工作流程进行了分析与设计，与此同时，本设计还详细介绍了颤音、延迟、震音、合唱、镶边、移相等几种常用的效果算法。经实验证明，本效果器实现的数字效果良好。
关键词： 吉他效果器,DSP,CODEC,单片机,算法,TMS320VC5501,CODEC,单片机,
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 录
摘 要 I
ABSTRACT II
1 绪论 1
1.1论文研究背景 1
1.2国内外研究现状 1
1.3论文主要内容 2
2 系统总设计 3
2.1系统要求 3
2.2系统方案的确定 3
2.3芯片选型 4
2.3.1 DSP选型 4
2.3.2单片机选型 5
2.3.3 CODEC选型 5
2.3.4 SDRAM选型 5
3 硬件设计 6
3.1 DSP与单片机的连接 6
3.2 DSP与CODEC的连接 7
3.3 DSP与SDRAM的连接 10
3.4电源模块 10
3.5模拟信号处理电路 11
3.5.1 信号放大问题 12
3.5.2 阻抗匹配问题 13
3.6 信号选通模块 14
3.7人机交互电路 15
4 系统软件设计 17
4.1系统总工作流程 17
4.2系统的初始化 18
4.2.1单片机的初始化 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 音频算法的分析与设计 25
5.1 Delay (延迟) 25
5.2 Tremolo(震音) 26
5.3 Vibrato (颤音) 27
5.4 Chorus (合唱) 28
5.5 Flanger(镶边) 29
5.6 Phase (移相) 30
6 系统调试 32
7 总结 33
参考文献 34
附录A 电路原理图 36
附录B 电路PCB图 37
附录C 单片机程序 38
附录D DSP程序 45
附录E Tremolo算法程序 51
附录F Delay算法程序 52
附录H Vibrato算法程序 54
附录I Chorus算法程序 55
附录J Flanger算法程序 57
附录K Phase算法程序 59
谢 辞 61
1 绪论
1.1论文研究背景
吉他效果器的出现赋以了吉他新的生命，谱写了吉他表演的新篇章。通过吉他效果器，我们可以演奏出不同风格、不同音色的乐声，演奏者可以根据自己的喜爱以及音乐的需要调节出一个独特的音色，从而使吉他成为某些特定音乐元素中不可替代的乐器。
早期的吉他效果器是单独依靠模拟电路来工作的，而且一个模拟电路只能实现一种音频效果，如用弹簧实现混响效果、用BBD延迟器件实现延时效果[5]、用真空电子管实现失真效果等。如果要调节出一个自己喜欢的音色，往往就需要串联多个模拟电路效果器才能完成，串联后体积庞大不易携带，而且市面上各种模拟电路效果器的价格昂贵，要集齐一套常用效果的效果器往往就要花费好几千甚至上万块钱，由于上述两方面的原因，模拟电路效果器很难大众化。随着微处理器技术的发展和数字音频处理理论的日益完善，数字化、人性化和智能化等理念开始引用到吉他效果器上，于是吉他数字效果器开始应运而生。吉他数字效果器不仅能把模拟电路效果器的各种独特的效果结合成一个整体，而且还能把许多原本只有通过建筑声学才能实现的声学效果[4]，现在都可以通过电声学知识和数字信号处理手段来实现，虽然他们的本质特征并不一样，但是由于人耳对声音有一定的分辨惰性，使得各种数字模仿音在一定的范围内是可以等价于相应的物理振动产生的声音。使用吉他数字效果器时，用户可以通过数字化人机界面去设置串联效果的种类、数量以及各效果的主要参数，操作方便容易，而且用户可以根据实际需要快速切换不同的效果模式，这也是模拟电路效果器所难做到的。在性价比上看，我们通常只需花一两个模拟电路效果器的钱就能购买到一款性能优越效果齐全的吉他数字效果器，性价比高，因此深受广大音乐爱好者的喜爱。
1.2 国内外研究现状
目前，我国自主研发和生产吉他效果器的厂商寥寥无几，国产的效果器又多为模拟电路效果器，起步比国外晚，技术还不够成熟，而且从事相关工作的人很少，人才缺乏，待开发空间很大；在国外，无论是硬件还是软件，都有很成熟的技术和理论，而且国外有很多大学开设了与音频处理相关的专业，不断地为这个领域输送人才。由于技术上的原因，国内吉他效果器的市场大多被国外的产品所垄断。
………………………………………………………………………………………………………
参考文献
[1]刘顺兰/吴杰：《数字信号处理》[M]，西安电子科技大学出版社2003年版,第35-48页。
[2] John Wiley & Sons, Ltd. DAFX - Digital Audio Effects [M] , 2002，第30-160页。
[3]Orfanidis,S.J.：《信号处理导论》[M],清华大学出版社1998年版，第210-300页。
[4]赵培生/李肇华：《厅堂的建筑声学与扩声系统的设计》[J]，《电声技术》2000年第2期，第22-24页。
[5]梁华：《BBD音响效果电路》[J]，《电声技术》2005年第3期，第2-6页。
[6]贺加添：《音质设计手段的新进展》[J]，《声学技术》1996第3期，第51-56页。
[7]张秀丽、李萍、陆光华：《数字音效器设计》[J]，《电声技术》1989年第11期，第25-27页。
[8]赵洪亮：《TMS320C55X DSP应用系统设计》[M]，XXX航空航天大学出版社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]周树南/张伯颐：《电路与电子学基础》[M]，科学出版社2006年版,第246-301页。
[15]江晓安：《数字电路》[M]，西安电子科技大学出版社2002年版，第1-129页。
[16]庞振平：《C语言程序设计》[M]，华南理工大学出版社2007年版
[17]李全利：《单片机原理及应用》[M]，清华大学出版社2006年版
[18]杨进才：《C++语言程序设计教程》[M]，清华大学出版社2006年版
[19]PADS2005系列教材[Z]，比思电子有限公司
