基于TMS320VC5416的语音信号采集系统设计

目录

要求--------------------------------------------------------------2

摘要----------------------------------------------------------------------------------------------2

一、确定硬件实现方案----------------------------------------------------------------------2

系统框图------------------------------------------------------------------------------------3

二、各部分器件选择及介绍----------------------------------------------------------------3

（一）DSP芯片--------------------------------------------------------------------------3

（二）复位电路---------------------------------------------------------------------------5

（三）时钟电路--------------------------------------------------------------------------5

（四）ADC电路-------------------------------------------------------------------------6

（五）时序控制器电路-----------------------------------------------------------------7

（六）电源--------------------------------------------------------------------------------8

（七）存储器-----------------------------------------------------------------------------8

（八）仿真电路--------------------------------------------------------------------------9

（九）音频电路-------------------------------------------------------------------------10

三、总结--------------------------------------------------------------------------------------10

四、参考文献--------------------------------------------------------------------------------11

课程设计要求：

（1）绘制系统框图(VISIO)； （2）包括电源设计、复位电路设计、时钟电路设计、存储器设计、A/D 接口电路设计（P240）、JTAG 接口设计等

（3）参考文献、论文格式规范

摘要：本设计是一个基于TMS320VC5416的音频信号采集系统。介绍了该系统的总体实现方案和硬件设计，利用TMS320VC5416芯片来实现音频信号的采集和输出。本系统主要分为以下几个部分：TMS320VC5416芯片、时钟电路、电源电路、AD转换电路、音频电路以及 JTAG部分。最后通过对DSP系统进行仿真调式，证明所设计的基于DSP的硬件系统是一个很好的音频信号采集系统。

关键词：DSP TMS320VC5416 音频信号 采集与处理

近年来，随着DSP技术的普及和低价格、高性能DSP芯片的出现，DSP已越来越多地被广大的工程师所接受，并越来越广泛地被应用于各个领域，例如：语音处理、图像处理、模式识别及工业控制等，并且已日益显示出其巨大的优越性。DSP是利用专门或通用的数字信号处理芯片，以数字计算的方法对信号进行处理，具有处理速度快、灵活、精确、抗干扰能力强、体积小及可靠性高等优点，满足了对信号快速、精确、实时处理及控制的要求。

ＤＳＰ器件具有较高的集成度。ＤＳＰ具有更快的ＣＰＵ，更大容量的存储器，内置有波特率发生器和ＦＩＦｏ缓冲器。提供高速、同步串口和标准异步串口。有的片内集成了Ａ／Ｄ和采样／保持电路，可提供ＰＷＭ输出。ＤＳＰ相对于一般微处理器作了很大的扩充和增强，主要是：

1．修正的哈佛结构，多总线技术以及流水线结构。将程序与数据存储器分开，使用多总线，取指令和取数据同时进行，以及流水线技术，这使得速度有了较大的提高。

2. 硬件乘法器以及特殊指令。这是区别于一般微处理器的重要标志。一般微处理器用软件实现乘法，逐条执行指令，速度慢。而ＤＳＰ依靠硬件乘法器单周期完成乘法运算，而且还具有专门的信号处理指令，如ＴＭ３２０系列的专门的信号处理指令Ｆ取Ｓ，ＵＭＳ，ＭＡＣＤ指令等

一、确定硬件实现方案

硬件设计思想：人类可以听到的声音信号是范围在20-20kHz的模拟信号，所以首先需要传感器接收该声音信号，接着需要进行转换，使声音信号由模拟信

号变为数字信号。之后通过分析噪声产生的原因和规律，利用被测信号的特点和相干性，检测被覆盖的声音信号。在检测方法上有频域信号的相干检测、时域信号的积累平均、离散信号的计数技术、并行检测等方法。

由于本系统采用ＤＳＰ作为中央处理单元，基于其强大的数字信号处理能力和丰富的嵌入式功能，因而使本系统非常易于性能扩展。例如，在硬件方面，若配置以太网接口和有关控制芯片，即可使系统成为独立（不依赖ＰＣ机）的音频播放器。在软件方面，若改变算法，如配置ＭＰ４或其它音频解码标准，那么，本系统就可作为ＭＰ４或其他标准的音频播放器。

系统整体框图：

二、 各部分器件选择与介绍

（一）DSP芯片

本系统中 DSP采用的是 TI公司的 TMS320VC5416（以下简称 5416），其内部的高性能CPU拥有算术逻辑单元ALU、2个40位累加器ACCA和ACCB、40位桶行移位寄存器、乘累加单元以及寻址单元，算术逻辑单元包括1个40位的ALU，1个比较、选择和存储单元（CSSU）和1个指数编码器，具有高度的并行性。本文采用的TMS320VC5416芯片最大可寻址能力为192K字(包括64K字的程序空间、64K字的数据空间和64K字的I/O空间)，扩展寻址模式下有256K字～8M字的扩展地址空间，并拥有一套高效灵活的指令集。其指令周期为6.25ns，执行速度最高可以达到160MIPS，完全可以满足实时处理的要求。

TMS320VC5416芯片内部结构图：

DSP最小系统的设计:

DSP最小系统的设计，一般包括DSP复位、时钟、电源部分的设计和简单的外围扩展期间的设计。现将TMS320VC5416作为系统核心处理器，分析进行最小系统的设计。DSP最小系统逻辑图见图:

（二）复位电路

对于实际的ＤＳＰ应用系统，特别是产品化的ＤＳＰ系统，其可靠性是～个不容忽视的问题。由于ＤＳＰ系统的时钟频率较高，在运行时极有可能发生干扰和被干扰的现象，严重时系统可能会出现死机现象。为了克服这种情况，除了在软件上作一些保护措施外，硬件上也必须作相应的处理。硬件上最有效的保护措施就是采用具有看门狗（ＷａｔｃＭ０９）功能的自动复位电路和手动复位电路

相结合的方式。自动复位电路除了具有上电复位功能外，还具有监视系统运行并在系统发生故障或死机时再次进行复位的能力。其基本原理就是通过电路提供一个用于监视系统运行的监视线，当系统正常运行时，应在规定的时间内给监视线提供一个高低电平变化的信号，如果在规定的时间内这个信号不发生变化，自动复位电路就认为系统运行不正常并对系统进行复位。自动复位的功能可以通过“看门狗”芯片实现。

如图为用MAX811芯片搭建的“看门狗”电路

（三）时钟电路

给TI公司54系列DSP芯片提供时钟一般有两种方法：一种是利用DSP芯片内部所提供的晶振电路，在DSP芯片的X1和X2/CLKIN之间连接晶振可启动内部振荡器；另一种方法将外部时钟源直接输人X2/CLKIN引脚，X1悬空，采用封装好的晶体振荡器，这种方法使用方便，因而得到了广泛的应用，因为无源晶振的体积要小得多，电路连接上也更

早期的DSP芯片一般工作频率较低，因此其工作频率与外部提供的频率相等或者是外部频率的2分频或5分频。随着DSP芯片运算速度的提高，如果仍然采用这种工作方式，则势必要求外部的频率很高，而这必然会引起高频干扰，影响系统的稳定性。因此，现在的DSP芯片一般提供多种工作方式：不仅具有传统的分频方式，而且采用更加灵活的可编程锁相环（PLL）方式。

软件可编程PLL受一个存储器映射的时钟模式寄存器（CLKMD）的控制，CLKMD用于定义PLL时钟模块的配置。复位后CLKMD的值根据DSP芯片的3根输人引脚CLKMD1—CLKMD3来确定，从而确定DSP的工作时钟

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