語音數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案解析

---目前迅速發(fā)展的數(shù)字信號處理器已在數(shù)據(jù)采集、通信及多媒體等領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。本系統(tǒng)采用TI公司16位定點(diǎn)高速芯片TMS320C5410和專用語音采集芯片TLC320AD50進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和相關(guān)濾波、壓縮處理，并將最終的數(shù)據(jù)流經(jīng)串口送入計(jì)算機(jī)。在計(jì)算機(jī)中使用MATLAB控制串口接收數(shù)據(jù)并完成解壓、回放、編碼、通信仿真等處理。
　　2 硬件接口電路
　　---2.1 TMS320C5410外部擴(kuò)展電路
　　---TMS320C5410是TI公司于1996年推出的定點(diǎn)數(shù)字信號處理器。它運(yùn)行速度快，單周期定點(diǎn)指令執(zhí)行時(shí)間10ns或8.3ns，遠(yuǎn)大于語音采集和處理的要求。另外它采用修正的哈佛結(jié)構(gòu)，程序與數(shù)據(jù)分開存放，內(nèi)部具有8條高度并行性的總線。其中，一組程序總線，三組16位數(shù)據(jù)總線和四組地址總線。允許數(shù)據(jù)存放在程序存儲器中，并被算術(shù)指令直接使用，大大提高了運(yùn)行速度和靈活性。CPU具有40位算術(shù)邏輯單元，兩個(gè)獨(dú)立的40位累加器，17×17位并行乘法器，一個(gè)40位桶形移位寄存器、8個(gè)輔助寄存器、2個(gè)輔助寄存器算術(shù)邏輯單元。最大可有8M字可尋址程序存儲空間，可訪問的數(shù)據(jù)存儲空間有64K字，I/O存儲器空間有64KB。其中片內(nèi)64KB的RAM包括兩塊2KB的DARAM，七塊8KB的SARAM以及片內(nèi)16KB的ROM配置位程序存儲器。片上集成一個(gè)16位定時(shí)器、軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器、六通道直接存儲器訪問（DMA）控制器、三個(gè)多通道緩沖串口（McBSP）以及一個(gè)8位增強(qiáng)型主機(jī)接口（HPI8）。
　　---圖1為DSP與存儲器的接口電路，其中PS、DS、IS分別為程序、數(shù)據(jù)和I/O空間選擇信號。MSTRB、IOSTRB分別為存儲器和I/O選通信號。
　　---另外，由于FLASH存儲器與EPROM相比有更高的性價(jià)比，而且體積小，功耗低，可電擦寫，使用較方便。因此，本系統(tǒng)也擴(kuò)展了一片F(xiàn)LASH存儲器，圖2為DSP與FLASH的接口電路。FLASH芯片為AMD公司的AM29LV400B，該芯片為單電源供電，支持整片擦除，每個(gè)分區(qū)有保護(hù)，避免意外擦除，并且使用壽命很長。
　　---2.2 TMS320C5410與TLC320AD50的接口電路
　　---AD轉(zhuǎn)換是本系統(tǒng)的重要組成部分，要著重考慮轉(zhuǎn)換精度和抗干擾問題。本系統(tǒng)所用AD和DA轉(zhuǎn)換芯片為TI公司的TLC320AD50，它在一個(gè)封裝中集成了兩種功能，可同時(shí)進(jìn)行AD和DA轉(zhuǎn)換。圖3為TMS320C5410和TLC320AD50的接口電路。
　　---AD50采用16位過采樣sigma-delta技術(shù)，以8K的采樣率對輸入的語音信號進(jìn)行采樣、量化，按同步串行方式傳給5410進(jìn)行處理。AD50向CPU發(fā)出幀同步和移位時(shí)鐘信號來控制數(shù)據(jù)的串行傳輸。在此需說明一下，本系統(tǒng)主要用來將語音信號通過AD轉(zhuǎn)換采集進(jìn)來，然后串行發(fā)送給PC，在PC中用MATLAB接收信號并進(jìn)行處理。整個(gè)過程中DA轉(zhuǎn)換并不在信號處理的主要流程中，DA轉(zhuǎn)換只是用來驗(yàn)證采集數(shù)據(jù)時(shí)所用到的濾波、壓縮算法的正確性與合理性。所以，在編寫系統(tǒng)軟件時(shí)并沒有將DA轉(zhuǎn)換寫入。此外，把DA轉(zhuǎn)換加進(jìn)來也是為了豐富系統(tǒng)硬件資源利于今后進(jìn)行功能擴(kuò)展。
　　---2.3 TMS320C5410與PC機(jī)的串口通信
　　---本系統(tǒng)采用MAX232E構(gòu)成5410與PC間的通信接口。MAXIM公司的MAX232E采用單5V電源供電，使用時(shí)只需外接4個(gè)電容就能完成TTL與RS232間的電平和邏輯關(guān)系的轉(zhuǎn)換。經(jīng)過DSP系統(tǒng)處理的語音信號通過串口以9600b/s的速率送入計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)中通過MATLAB控制串口接收數(shù)據(jù)，并且利用MATLAB強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力對語音信號進(jìn)行處理。