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基于TMS320VC5502的语音信号采集系统设计学生姓名：XX学号：XXX(五号宋体字不加黑，居中)XXXX学院XX专业(五号宋体字不加黑，居中)指导教师：XXX职称：XXX(五号宋体字不加黑，居中)摘要：为了研究数字信号处理，提出了一个基于DSPTMS320VC5502和A/D转换芯片TLC320AD50的语音信号采集系统的设计。给出了该系统的总体设计方案，具体硬件电路,包括系统电源设计、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、JTAG接口设计、DSP与A/D芯片的连接等，以及软件流程图。通过MATLAB得到语音信号的波形和频谱图。实验表明:所设计的基于DSP的硬件和软件系统是一个很好的语音信号采集系统,该系统结构清晰，电路简洁，易于实现。关键词：语音信号；数据采集；DSP；TLC320AD50Abstract：Inthestudybasedondigitalsignalprocessing,proposedadesignbasedonDSPTMS320VC5502andA/DconverterchipTLC320AD50speechsignalacquisitionsystem.Givestheoveralldesignschemeofthesystem,thehardwarecircuitincludingthesystempowersupplydesign,theresetcircuitdesign,clockcircuits,memorydesign,A/Dinterfacecircuit,JTAGinterfacedesign,theconnectionsofDSPandA/Dchipandsoon,andsoftwareflowchart.WegetspeechsignalwaveformandspectrumdiagrambyMATLAB.Experimentsshowthat:thedesignbasedonDSPhardwareandsoftwaresystemsisanexcellentvoicesignalacquisitionsystem,thesystemstructureisclear,thecircuitissimpleandeasytoachieve.Keywords：Voicesignal;DataAcquisition;DSP;TLC320AD501.引言20世纪50年代以来，随着数字信号处理各项技术的发展，语音信号处理技术得到不断提高,语音合成、语音识别、语音记录与语音控制等技术已开始逐步成熟并得到应用。在语音信号处理过程中,要实现语音信号处理技术的精确性、实时性目的，语音信号采集和无误差存储成为语音信号处理中的前提。TMS320VC5502是德州仪器公司公司在2002年基于TMS320VC5502推出的定点数字信号处理器，它采用修正的哈佛结构，包括1个程序存储总线、3个数据存储总线和4个地址总线，这种结构允许同时执行程序指令和对数据操作，运行速度快，单周期定点指令执行时间为5ns，远高于语音信号采集和处理的要求。在语音信号采集中,模拟信号向数字信号转换（ADC)的精度和实时性对后续信号处理过程起到了重要作用。设计中采用TLC320AD50完成语音信号的A/D转换。TLC320AD50是TI公司提供的一款16bit同步串口A/D和D/A转换芯片，ADC之后有1个抽取滤波器以提高输入信号的信噪比,其采样频率最高可达22.5Kb/s，满足语音信号处理中关于采样频率的要求。2基于TMS320VC5502的语音信号采集系统设计2.1TMS320VC55x介绍2002年初,推出了TMS320C5510,TMS320C5509,TMS320C5502等DSP芯片,连同此前推出的TMS320C5501,TMS320C55x(以下简称C55x)作为一个系列,共有4种芯片。C55x是新一代16位定点数字信号处理器,采用了新的C55xCPU内核。C55x通过CPU结构方面的措施来提高内核的性能和速度;C55x通过在功耗方面的专门处理,其功耗达到了目前业界最低,是C54x功耗的1/6。C55x是在C54x的基础上发展而来的,同时又吸收了在C55x之前已推出的TMS320C6000系列的优点。。一般地说，C55x的目标市场是消费和通信市场，多用于语音编解码，线路回音和噪声消除，调制解调，图像和声音的压缩和解压，语音的加密与解密，语音的识别与合成等领域。TMS320C55xDSP的主要性能和优点：一个32×16bit指令缓冲队列：缓冲可变长度指令实现块重复操作。两个17bit×17bitMAC：在单周期内实现双MAC操作。一个40bitALU:执行高精度算数和逻辑算数。一个40bit桶形移位寄存器：可以把40bit结果左移31位或右移32位。一个16bitALU：和主ALU并行执行简单算术运算。四个40bit累加器：保持计算结果和减少所需存储器数量12条独立总线：并行地对不同操作单元同时提供出来指令和操作数。用户配置的IDLE域：改善低活动性时的电源管理。TLC320AD50介绍:TLC320AD50简称AD50是TI生产的多媒体音频编解码器芯片,它集成了16位A/D和D/A转换器,采样速率最高可达22.05KHz,其采样速率可通过DSP编程来设置。在AD50内部ADC之后有抽样滤波器,以提高输入信号的信噪比,在DAC之前有插值滤波器,以保证输出信号平滑。AD50内部有7个数据和控制寄存器,用于编程设置它们的工作状态。由于语音信号的频率范围在200Hz～23400Hz之间,采样率一般设定为8kHz,所以用AD50做AD转换器非常合适。AD50的工作方式和采样频率均通过串口编程来实现。由于转换的数据和控制数据是通过同一串行口进行传输的,所以AD50中有首次通信和二次通信。首次通信专用于转换数据的传送,其时序如图2所示。二次通信则用来设置和读出寄存器的值,所有的寄存器都在二次通信时编程。启动二次通信有两种方法,一种是在FC上加高电平,第二种是将15位方式在首次通信的DIN的LSB位置为1。AD50完成语音信号采集后,在DSP中进行相应的处理算法,语音信号经处理再从AD50输出。2.2基于TMS320VC5502的语音信号采集系统的总体设计基于TMS320VC5502的语音信号采集系统的结构如图2–1所示，该系统的中央处理单元采用美国TI(德州仪器)公司的高性能定点数字信号处理芯片TMS320VC5502，TMS320VC5502是TI公司推出的定点数字信号处理器，它采用修正的哈佛结构，包括12组独立总线，即1组程序读总线，1组程序地址总线，3组数据读总线，2组数据写总线，5组数据地址总线。这种结构允许同时执行程序指令和对数据操作，运行速度快，单周期定点指令执行时间为10ns。在语音信号采集中,模拟信号向数字信号转换（ADC)的精度和实时性对后续信号处理过程起到了重要作用。设计中采用TLC320AD50完成语音信号的A/D转换。TLC320AD50是TI公司提供的一款32bit同步串口A/D和D/A转换芯片，ADC之后有1个抽取滤波器以提高输入信号的信噪比,其采样频率最高可达22.5Kb/s，满足语音信号处理关于采样频率的要求。DSPTMS320VC5502电源复位语音信号ADCJTAGSRAM时钟FLASH图1系统结构框图a)DSP核心模块的设计:TMS320VC5502是整个数据采集系统中，核心处理部分。把缓存器的数据转存到海量存储器中，并对CPLD逻辑的工作方式，工作时钟进行控制，同时还完成与上位机的通信。TMS320VC5502有2个MAC单元，4个40位累加器，能够在单周期内作2个17*17的乘法运算。在这里，选用TMS320VC5502的数据空间用做SRAM的扩展，选用TMS320VC5502的I/O空间用做FLASH扩展。DSP核心模块充当整个系统的CPU的功能，除了承担对A\D转换器送来的信号做相应的处理之外，还驱动RS-232串行通信链路将相应的数据及时的传到上位机上以备做之后的相关处理或计算，这就要求DSP芯片的处理能力相当的强大和速度必须与ADC相匹配，这一点TMS320VC5502完全有能力做到。b)A\D转换模块:A\D转换模块是整个系统的主要部分，它接收来自外部的信号或模拟数据，然后经过处理转换成数字信号传递给CPU做后续的处理。设计中采用TLC320AD50完成语音信号的A/D转换。TLC320AD50是TI公司提供的一款16bit同步串口A/D和D/A转换芯片，ADC之后有1个抽取滤波器以提高输入信号的信噪比,其采样频率最高可达22.5Kb/s，满足语音信号处理中关于采样频率的要求。TLC320AD50(以下简称AD50)是TI生产的多媒体音频编解码器芯片,它集成了16位A/D和D/A转换器,采样速率最高可达22.05KHz,其采样速率可通过DSP编程来设置。在AD50内部ADC之后有抽样滤波器,以提高输入信号的信噪比,在DAC之前有插值滤波器,以保证输出信号平滑。AD50内部有7个数据和控制寄存器,用于编程设置它们的工作状态。由于语音信号的频率范围在200Hz～23400Hz之间,采样率一般设定为8kHz,所以用AD50做AD转换器非常合适。AD50的工作方式和采样频率均通过串口编程来实现。由于转换的数据和控制数据是通过同一串行口进行传输的,所以AD50中有首次通信和二次通信。首次通信专用于转换数据的传送,其时序如图2所示。二次通信则用来设置和读出寄存器的值,所有的寄存器都在二次通信时编程。启动二次通信有两种方法,一种是在FC上加高电平,第二种是将15位方式在首次通信的DIN的LSB位置为1。AD50完成语音信号采集后,在DSP中进行相应的处理。语音信号经处理后再从AD50输出。图2TMS320VC5502芯片DSP_DB16DSP_DB17DSP_DB18DSP_DB19DSP_DB20DSP_DB21DSP_DB22DSP_DB23DSP_DB24DSP_DB25DSP_DB26DSP_DB27DSP_DB28DSP_DB29DSP_DB30DSP_DB31DSP_A6DSP_A7DSP_A8DSP_A9DSP_A10DSP_A11DSP_A12DSP_A13DSP_A14DSP_A15DSP_A16DSP_A17DSP_A18DSP_A19DSP_A20DSP_A21DSP_DB0DSP_DB1DSP_DB2DSP_DB3DSP_DB4DSP_DB5DSP_DB6DSP_DB7DSP_DB8DSP_DB9DSP_DB10DSP_DB11DSP_DB12DSP_DB13DSP_DB14DSP_DB15DSP_HR/~WDSP_~TRSTDSP_X2DSP_X1GPI061GPI042GPI023GPI014GPI005TIM16TIM07~INT08CVDD9~INT110~INT211DVDD12~INT313~NMI/WDTDUT14~IACK15VSS16CLKR017DR018FSR019CLKX020CVDD21DX022FSX023CLKR124DR125FSR126DX127CLKX128VSS29FSX130DR231DX232CVDD33SP334SP235DVDD36SP137SP038VSS39SCL40SDA41HC142HC043~HCS44HCNTL145HCNTL046VSS47HR/~W48~HDS249CVDD50~HDS151HRDY52DVDD53CLKOUT54XF55C1557C1458~HINT59PVDD60NC261X162X2/CLKIN63EMIFCLKS64VSS65C1366C1267C1168C1069C970C871C772VSS73ECLKIN74ECLKOUT275ECLKOUT176CVDD77C678C579DVDD80C481C382VSS83C284C185C086A21