【正文】 ........................................................................... 41 附錄 ..................................................................................................................................... 42 1 硬件原理圖 .................................................................................................................. 42 2 硬件布線圖 .................................................................................................................. 47 3 主程序清單 .................................................................................................................. 49 西安文理學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1 頁 第一章 緒論 選題的目的與意義 目前，由于具有運算速度快、片上資源豐富和能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的線性和非線性算法等特性， DSP 已成為通信、 雷達、聲納 和消費電子產(chǎn)品等領(lǐng)域的基礎(chǔ)器件，其中在 圖像、 語音信號處理技術(shù)方面顯得尤為突出 。 語音采集 。 系統(tǒng)配有 AM29LV800B FLASH 存儲芯片用來存放程序、數(shù)據(jù)，掉電 不丟失 。 系統(tǒng)可實現(xiàn)對語音信號的無失真采樣，滿足后續(xù)的語音信號處理的要求，并可實現(xiàn)對語音信號錄音回放或者經(jīng) DSP 實時處理放音等功能。 指 導 教 師 意 見 王家華同學對畢業(yè)論文題目的要求理解到位，明白完成該 題目所需掌握的相關(guān)知識和技術(shù)。 西安文理學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）中期檢查表 題 目 學生姓名 學 號 專業(yè)名稱 指導教師 檢查時間 班 級 畢 業(yè) 設(shè) 計（論文） 進 展 情 況 本人在開題后及查找相關(guān)書籍進行學習， 3 月初基本有了整體的設(shè)計思路，再經(jīng)過了 2 個星期左右的準備，于 3 月中旬開始著手芯片選型及原理的設(shè)計，參考 SZDSP 試驗平臺很快確定了初期方案，于 3 月下旬開始正式購買各種元件，然后開始繪制電路板走線圖，使用的是 PROTEL DXP 電路設(shè)計軟件。因而，掌握 DSP的 軟硬件開發(fā)方法 是電子信 息工程專業(yè)學生 應(yīng)具備的素質(zhì)之一。同時必須能夠熟練操作 TI的 DSP開發(fā)環(huán)境 CCS， 及 Protel的使用方法，在電路設(shè)計中要 加入仿真接口的設(shè)計?，F(xiàn)在國內(nèi)外都在努力開發(fā)語音處理系統(tǒng)，其某些研究已經(jīng)成功應(yīng) 用于實際生活。 通過本課題，能夠掌握 DSP硬件設(shè)計的基本方法，為今后從事 DSP方面產(chǎn)品開發(fā)打下堅實的基礎(chǔ)。本課題就是完成語音數(shù)據(jù)的采集、存 儲和回放。 指導老師審核。 5. 按照《西安文理學院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）工作規(guī)定》撰寫論文。 本課題的任務(wù)與要求如下： 1．通過查閱相關(guān)資料，掌握 DSP軟 硬 件設(shè)計原理和設(shè)計方法。其中 DSP 芯片采用美國 TI 公司生產(chǎn)的 TMS320VC5416160 型號，語音采集芯片為具有智能化的 TLC320AD50C。 4. 利用軟硬件資源完成系統(tǒng)的整體調(diào)試。 根據(jù)相關(guān)資料和設(shè)計程序， 完成全部論文內(nèi)容，并寫好任務(wù)書。 但是 語音處理 算法實現(xiàn)的前提是語音信號的錄入 和存儲。 數(shù)據(jù)采集使用 具有智能化的 語音數(shù)據(jù)采集芯片 TLC320AD50C。在電子通信中，帶寬很窄，因此只能將語音信號進行數(shù)字化處理后，才能進入信道進行通信；另外每個人都有獨特的聲音指紋（聲紋），通過數(shù)字信號處理后提取出聲音的特征，可廣泛應(yīng)用于安全防護，用戶甄別等產(chǎn)品中。 在研究該課題之前 要通過閱讀相關(guān) DSP設(shè)計和程序算法的書籍，對 DSP的工作原理有一個深刻的認識，對 DSP的結(jié)構(gòu)要深入到內(nèi)部的每一個寄存器，以備后期程序編寫時能夠合理調(diào)用寄存器。 指導教師意見及建議： 目前，數(shù)字信號處理器（ DSP）以其獨體的結(jié)構(gòu)和快速實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法的突出優(yōu)點，發(fā)展十分迅速，并在通信、雷達、聲納、語音合成和識別、圖像處理、影視、高速控制、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、家用電器等眾多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。 簽字 ： 年 月 日 教研室審核意見： 簽字 ： 年 月 日 注：此表前 三 項由學生填寫后，交指導教 師簽署意見，經(jīng) 教研室 審批后，才能開題。 若按照目前的進度進行，基本可在 5 月下旬作品審核前完成 ,并留有充足時間進行論文書寫及答辯的準備 。 基于 TMS320VC5416 的語音采集系統(tǒng) 摘要 ： 設(shè)計采用 TMS320VC5416 DSP 芯片及 TLC320AD50C 語音芯片，制作了一個高精度語音 采集回放系統(tǒng)。TLC320AD50C 作為語音信號 AD/DA 轉(zhuǎn)換 芯片 ， 采用 DSP 的多緩沖串口通道進行 接收 中斷方式讀取數(shù)據(jù)，讀取的數(shù)據(jù)分頁存放在外擴的 SRAM中，可通過 JATG口讀取采集的數(shù)據(jù) 。 TLC320AD50C。 Audio collection。其控制核心采用 TI 的 TMS320VC5416語音信號處理一直是數(shù)字信號處理的一個方向，廣泛使用在通信，安防等各類工程應(yīng)用中。 1978 年 AMI 公司發(fā)布了 S2811，是世界上的第一款單片 DSP 芯片，接下來 1979 年美國 Intel 公司發(fā)布了 2820 芯片。 本課題主要 研究內(nèi)容 本課題需要重點研究的是 DSP 芯片的工作原理，程序算法的設(shè)計，以及外圍電路的時序搭配。在設(shè)計過程中，分模塊進行程序的編寫并調(diào)試，待所有的模塊都調(diào)試完成后，將程序匯總，燒寫到存儲器中，完成整體功能的運行。 第 三 章： 語音采集系統(tǒng)的整體方案 主要說明本課題設(shè)計的基礎(chǔ)理論知識，介紹了 各個芯片的選型方案 ，還介紹了本系統(tǒng)的 技術(shù)指標及和 整體設(shè)計流程。 西安文理學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 3 頁 第 二 章 TMS320VC5416 結(jié)構(gòu)及 原理 DSP 芯片是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器，為了達到快速進行數(shù)字信號處理的目的， DSP 芯片一般都具有程序和數(shù)據(jù)分開的總線結(jié)構(gòu)、流水線操作功能、單周期完成乘法的硬件乘法器以及一套適合數(shù)字信號處理的指令集。這些特點使得 TMS320VC5416芯片可以實現(xiàn)快速的 DSP 運算，并使大部分運算（例如乘法）能夠在一個指令周期內(nèi)完成。與兩個存儲器相對應(yīng)的是系統(tǒng)中設(shè)置了程序總線和數(shù)據(jù)總線兩條總線，從而使數(shù)據(jù)的吞吐率提高了一倍。為了進一步提高運行速度 和靈活性， TMS320VC5416芯片在基本哈佛結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上作了改進，一是允許數(shù)據(jù)存放在程序存儲器中，并被算術(shù)運算指令直接使用，增強了芯片的靈活性；二是指令存儲在高速緩沖器（ Cache）中，當執(zhí)行此指令時，不需要再從存儲器中讀取指令，節(jié)約了一個指令周期的時間。TMS320VC5416 處 理器采用二級流水線，第二代采用三級流水線，而第三代則采用四級流水線。在每個指令周期內(nèi)，三個不同的指令處于激活狀態(tài)，每個指令處于不同的階段。對每個濾波器抽頭，必須做一次乘法和一次加法。在 TMS320VC5416 芯片中，由于具有專用的硬件乘法器，乘法可在一個指令周期內(nèi)完成。如果采用特殊的 DSP 指令 或采用 TMS320VC5416等新一代的 DSP 芯片，可進一步降低 FIR 抽頭的計算時間。 TMS320VC5416 中的另一個特殊指令是 LTD，它在一個指令周期內(nèi)完成 LT、 DMOV 和 APAC 三條指令?？?速的指令周期使得 DSP 芯片能夠?qū)崟r實現(xiàn)許多 DSP 應(yīng)用。片內(nèi)外設(shè)與專用硬件電路包括片內(nèi)各種類型的同步串口、主機接口、定時器、時鐘發(fā)生器、鎖相環(huán)及各種控制電路。本系統(tǒng)設(shè)計方案從硬 件到軟件全部應(yīng)用于實際使用中，經(jīng)試驗已達到預(yù)期效果。 西安文理學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 7 頁 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 (1) 電源 模塊 ： 由于 TMS320VC5416160 DSP 的內(nèi)核工作電壓需要 ， I/O 供電電壓為 ，外圍器件電壓 大部分 是 CMOS 電平， MAX7219 顯示模塊為 TTL 電平供電，所以需要提供 5V、 、 三種電平同時供電。 (5) 顯示模塊： 為了方便與用戶互交，添加了 8 個 8 端數(shù)碼管顯示功能，設(shè)計中采用 McBSP0 多緩沖串口 將串行數(shù)據(jù) 發(fā)送 給 MAX7219 芯片，由該顯示芯片進行掃描方式顯示，該模塊的軟件設(shè)計上采用 C 語言進行編寫，方便用戶二次開發(fā)時進行函數(shù)封裝形式調(diào)用。 在軟件上 7 種有效靈活的尋址方式，僅為 10ns 的指令執(zhí)行周期。 TLC320AD50C 將 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換功能集成在一起 ,采用Σ Δ技術(shù)在低系統(tǒng)成本下實現(xiàn)了高精度的 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換 ,所以成為以 TMS320C5416 為 CPU 的 DSP 開發(fā)系統(tǒng)的理想配置。 功率放大 :LM386 功率放大采用美國國家半導體的 LM386， LM386 為音頻功率放大器，具有靜態(tài)低、工作電壓范圍寬、增益可調(diào)和失真度低等優(yōu)點。非常適合 DSP 程序存儲器擴展時使用，甚至不用加入等待周期 。 它的操作很簡單， MCU 只需通過 模擬 SPI三線 接口就可以將相關(guān)的指令寫入 MAX7219 的內(nèi)部指令和數(shù)據(jù)寄存器 ，同時它還允許用戶 選擇多種譯碼方式和譯碼位。 amp。 圖 78M05 設(shè)計參考 圖 本設(shè)計中 的 78M05 模塊電路 78M05 在使用時首先需要注意入口濾波電容和出口電容的選擇，必須要求入口電容大于出口電容，且不能高出太多，否則可能會出現(xiàn)電源輸出不穩(wěn)定， 輸出 電壓值偏差較大等現(xiàn)象 。而 TPS73HD301 內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，將 DC 直流電源在內(nèi)部變換為交流電的形式，通過外部所接電阻的不同， 將不同的交流累積電平輸出，在通過電容濾波實現(xiàn)DC 輸出 達到 電平轉(zhuǎn)換的目的，所以該芯片可以在內(nèi)部將 5V DC 輸入電源變換為兩路 不同電平的 DC 輸出。 VC54x 的存儲空間可以分為 3 個可單獨選擇的空間：程序、數(shù)據(jù)、 I/O 空間。 I/O 存儲器空間可與存儲器映像外圍設(shè)備接口，也可以作為附加的數(shù)據(jù)存儲器空間使用。 西安文理學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 13 頁 圖 TMS320VC5416 自舉加載方式的選擇過程 在設(shè)計上選擇通用的外擴 FLASH 的方法進行程序的存放， AM29LV800B 為 8M FLASH， 在結(jié)構(gòu)上該 FLASH 為地址總線與數(shù)據(jù)總線是分開的，所以我們可以斷定為該程序加載的方式為圖中的 Parallel boot 方式即并行口自舉加載。在讀寫信號的處理上使用了 CD4069 反向芯片，使讀寫信號相分離可直接接入存儲芯片，這樣的設(shè)計省去了 CPLD/FPGA芯片。在 DSP 時鐘信號設(shè)計時選用 20M 無源時鐘晶體震蕩器，由內(nèi)部振蕩電路配合產(chǎn)生時鐘信號，由程序控制 PLL 倍頻實現(xiàn)不同頻率工作， 5416 可達 160MHz。 同樣需要注意的是 DSP 濾波電容需要緊貼各個電源入口引腳，如圖 。 顯示模塊 MAX7219 是串 行驅(qū)動 8 位共陰數(shù)碼管芯片，本設(shè)計采用 McBsp0 串行口與該芯片連接， McBsp0 數(shù)據(jù)發(fā)送端接 DIN， FS 發(fā)送端接片選信號， CLK 為時鐘信號，串口工作在 SPI 模式。 西安文理學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 18 頁 圖 四聯(lián)數(shù)碼管封裝設(shè)計 四聯(lián)數(shù)碼管 在 LAYOUT 時最需要注意的是四聯(lián)數(shù)碼管的封裝引腳與 MAX7219顯示芯片引腳相連接的問題，需要考慮到共陰極方式各引腳的定義，還有顯示方向顯示順序問題，這里十分容易出錯需要多考慮一下，萬 一出現(xiàn)順序錯誤，顯示方向混亂等問題，可以考慮在驅(qū)動程序上稍加改變 來解決問題， 省去了硬件改動的麻煩。另外還需要設(shè)計電路為 TLC2272提供 電源。 在設(shè)計中我們采用數(shù)字地 與模擬地分離的方法，將數(shù)字地與模擬地進行一點連接處理，采用電感磁珠或者 0ohm電阻進行連接均可。在設(shè)計中可以考慮采用 的有源晶振作為 MCLK 時鐘的輸入，為保證震蕩源不易受干擾，在晶振 Vcc 引腳接電源時串 一個電感磁珠，并且在振蕩信號輸出引腳串接一個 ohm 的電阻，這樣可消除自激振蕩。 外圍接口 外圍接口包含 JTAG 接口，語音輸入輸出接口，以及 DSP 擴展接口。 圖 音頻輸出接口設(shè)計 另外 DSP 外圍擴展接口的定義請參見附錄