基于基于 TMS320VC5502 的语音信号采集系统设计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 DSP TMS320VC5502 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：In the study based on digital signal processing, proposed a design based on DSP TMS320VC5502 and A / D converter chip TLC320AD50 speech signal acquisition system. Gives the overall design scheme of the system, the hardware circuit including the system power supply design, the reset circuit design, clock circuits, memory design, A / D interface circuit, JTAG interface design, the connections of DSP and A / D chip and so on, and software flow chart. We get speech signal waveform and spectrum diagram by MATLAB. Experiments show that: the design based on DSP hardware and software systems is an excellent voice signal acquisition system, the system structure is clear, the circuit is simple and easy to achieve.Keywords：Voice signal;Data Acquisition;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 16 bit 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 22.5 Kb/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2.1 TMS320VC55x 介绍介绍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 C55x CPU 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。TMS320C55x DSP 的主要性能和优点：一个 3216bit 指令缓冲队列：缓冲可变长度指令实现块重复操作。两个 17bit17bit MAC：在单周期内实现双 MAC 操作。一个 40bit ALU: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 16bit ALU：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200Hz23400Hz 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 D IN 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总体设计基于TMS320VC5502的语音信号采集系统的结构如图21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32 bit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22.5 Kb/s，满足语音信号处理关于采样频率的要求。D DS SP P TMS320VC5502电源复位语音信号A AD DC CJTAGSRAM时时钟钟F FL LA AS SH H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 AD 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) AD 转换模块: AD 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 16 bit 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 22.5 Kb/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200Hz23400Hz 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 D IN 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D SP_D B1 6DSP_DB17 DSP_DB18DSP_DB19 DSP_DB20 DSP_DB21 DSP_DB22 DSP_DB23DSP_DB24 DSP_DB25DSP_DB26 DSP_DB27 DSP_DB28DSP_DB29 DSP_DB30 DSP_DB31DSP_A6 DSP_A7DSP_A8 DSP_A9 DSP_A10 DSP_A11DSP_A12 DSP_A13DSP_A14 DSP_A15DSP_A16 DSP_A17DSP_A18 DSP_A19D SP_A 20 D SP_A 21D SP_D B0D SP_D B1D SP_D B2D SP_D B3D SP_D B4D SP_D B5D SP_D B6D SP_D B7D SP_D B8D SP_D B9D SP_D B1 0D SP_D B1 1D SP_D B1 2D SP_D B1 3D SP_D B1 4D SP_D