【正文】 用 C6713 做核心處理器完成對(duì)模擬信號(hào)的高速采集，再通過(guò) 接口電路上傳到 PC 機(jī)中做進(jìn)一步的分析處理，達(dá)到高速數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)目的。這樣就可以運(yùn)行了。這些接口極大地方便了 DSP 開(kāi)發(fā)者的在板開(kāi)發(fā)。與 TI 提供的早期軟件開(kāi)發(fā)工具相比，利用CCS 能夠加快軟件開(kāi)發(fā)進(jìn)程，提高工作效率。DeltaM(NI,OUT)。開(kāi)始找到最佳的基值二進(jìn)制位數(shù)是否找到 ？計(jì)算偏移量應(yīng)占二進(jìn)制位數(shù)填數(shù)據(jù)塊頭填基值序列填差值序列填數(shù)據(jù)塊頭填原始數(shù)據(jù)結(jié)束是否圖 17 改進(jìn)的△M 編碼算法流程圖 DSP程序的實(shí)現(xiàn)這里具體介紹用 DSP 編程實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)線性編碼算法程序的核心代碼和程序組織結(jié)構(gòu)。對(duì)于 12 位的采樣點(diǎn)，基值必須是 12 位，差值理論上 1~11 位可選，都有可能起到壓縮數(shù)據(jù)的作用。因此可以得到下面的 M 個(gè)()ka一次方程所構(gòu)成的聯(lián)立方程組：， k=1,2…，M()MkEa??由上面的方程組即可得到系數(shù) 的最優(yōu)解。這組參數(shù)比較準(zhǔn)確的表達(dá)了語(yǔ)音信號(hào)的頻譜幅值，而計(jì)算量并不大。對(duì) TMS320C6713 DSP 而言，復(fù)位信號(hào)是非屏蔽的外部中斷，它隨時(shí)可以將處理器置入一個(gè)已知的狀態(tài)。由于許多外部器件均采用 電壓，因而 DSP 可與這些外部器件直接接口，無(wú)須附加其他電平轉(zhuǎn)換器件。TMS320C6713 EMIF 的詳細(xì)接口信號(hào)分布圖如圖 11 所示，其中有一點(diǎn)需要注意，EMIF 輸出地址信號(hào)的引腳為 EA[21:2],無(wú) EA1 和 EA0 引腳，這兩個(gè)地址譯碼值實(shí)際是由 BE[3:0]引腳輸出；另外 CE[3:0]引腳輸出的是更高位地址信號(hào)。TMS320C67131 McBSP 的結(jié)構(gòu)框圖如圖 10 表示。4）確定為有用信號(hào)后，啟動(dòng) ADC 數(shù)據(jù)采集子程序進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到外擴(kuò) SDRAM 中。3 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案與硬件電路設(shè)計(jì) 高速采集傳輸系統(tǒng)分析本文介紹的數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)通過(guò) USB 接口接收 PC 機(jī)指令，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸。 鎖相環(huán)片內(nèi)集成了 6MHz~8MHz 時(shí)鐘乘法 PLL，這樣就可使用低成本的 6MHz 晶振，EMI 也隨之降低，PLL 的工作不需要外部元件。PDIUSBD12 接口芯片遵從協(xié)議 適合于不同用途的傳輸類(lèi)型。本文采用的是 TMS320C6713，TMS320C6713 DSP 是美國(guó) TI 于 1997 年推出的 C6000 系列 DSP 芯片的一款，是迄今為止德州公司推出的最快的浮點(diǎn)處理器，其主頻可達(dá) 200MHz，這就為需要高精度和快速處理的應(yīng)用打下了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。隨著頻繁的數(shù)據(jù)訪問(wèn)，數(shù)據(jù)地址的計(jì)算時(shí)間也線性增長(zhǎng)。取指 譯碼 取數(shù) 執(zhí)行取指 譯碼 取數(shù) 執(zhí)行取指 譯碼 取數(shù) 執(zhí)行取指 譯碼 取數(shù) 執(zhí)行圖 5 流水技術(shù)流水處理技術(shù)使得若干條指令的不同執(zhí)行階段可以并行執(zhí)行，是提高 DSP 程序執(zhí)行效率的另一主要手段。通用微處理器一般用在 PC 和服務(wù)器領(lǐng)域，與單片機(jī)相比，DSP 具有較高的集成度并具有更快的運(yùn)行速度，DSP 器件比 16 位單片機(jī)單指令執(zhí)行時(shí)間快 8~10 倍，在乘法處理上，DSP 的優(yōu)勢(shì)更為明顯，完成一次乘累加運(yùn)算快 16~30 倍。隨著計(jì)算機(jī)和信息科學(xué)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到迅速的發(fā)展。且由于是實(shí)時(shí)性要求不是特別強(qiáng)的應(yīng)用，采用 C 語(yǔ)言編程就完全可以滿(mǎn)足需要。片上仿真硬件提供以下功能：? 運(yùn)行、停止、或復(fù)位 DSP 芯片。CCS 提供支持實(shí)時(shí)分析的 DSP/BIOS 插件。在以往的開(kāi)發(fā)工具中，編譯、匯編和鏈接是各自獨(dú)立的執(zhí)行程序，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)人員需要熟悉每個(gè)程序的相關(guān)參數(shù)，且需要在 DOS窗口下鍵入這些繁瑣的命令，而在 CCS 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下只需要修改這些參數(shù)即可。而這些都依托于軟件和硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。對(duì)于 DSP 的數(shù)據(jù)處理主要介紹了線性預(yù)測(cè)編碼壓縮算法。 本文的主要研究工作 研究工作本文的主要工作如下：，并進(jìn)行分析、整理和消化，提出采用 DSP 作為數(shù)據(jù)處理 MCU，設(shè)計(jì)基于 TMS32OC6713 的語(yǔ)音采集和回放電路及編程實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)線性壓縮編碼算法。1994年 Microsoft、Compaq、Digital、IBM、NEC、NorthTele、Intel 這些世界上著名的計(jì)算機(jī)公司和通信公司成立了 USB 論壇，并于 1994 年 11 月 11 日推出了 規(guī)范，于 1995 年 4 月 13 日推出了 規(guī)范，1995 年 8 月 25 日推出了 規(guī)范，于 1996 年 11 月 3 日推出了 規(guī)范，于 1998 年 8 月 23 日推出了 規(guī)范。繼 1978 年 AM 公司發(fā)布的 52811 之后，1979 年美國(guó) Intel 公司發(fā)布的商用可編程器件 2920 是 DSP 芯片的一個(gè)重要里程碑?？?混 疊濾 波輸 入A / DD S P芯 片D / A平 滑 濾 波輸 出圖 2 典型的 DSP 系統(tǒng)1965 年快速傅立葉變換 FFT 算法的提出被公認(rèn)為數(shù)字信號(hào)處理 DSP 這一學(xué)科的開(kāi)端。由于 DSP 包含用做數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的專(zhuān)用部件，因而運(yùn)算能力強(qiáng)，精度高，適于組成較高性能的語(yǔ)音系統(tǒng)。這些算法都可用數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)，目前正努力進(jìn)一步減小時(shí)延，使之在移動(dòng)通信中得到廣泛應(yīng)用。本文采用 USB 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，實(shí)現(xiàn)了高速數(shù)據(jù)傳輸。它們的共同特點(diǎn)是板卡上集成 IDE 總線或是 SCSI 總線，存盤(pán)數(shù)據(jù)直接寫(xiě)入板接硬盤(pán)，上位 PC 機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理時(shí)，必須把板接硬盤(pán)里的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存上位機(jī)硬盤(pán)。由于該系統(tǒng)采用 DSP芯片，克服了以前采用單片機(jī)作處理器而使系統(tǒng)速度慢及數(shù)學(xué)運(yùn)算能力差等缺點(diǎn)。通用串行總線（USB）是應(yīng)用在 PC 領(lǐng)域中的新型接口技術(shù)，自從 Windons98 操作系統(tǒng)全面對(duì) USB 接口支持后，USB 逐漸進(jìn)入實(shí)用階段。 Universal Serial Bus。本畢業(yè)設(shè)計(jì)以應(yīng)用于工業(yè)測(cè)試系統(tǒng)的在線狀態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，討論了基于 DSP 數(shù)字信號(hào)處理器和 USB 通用串行總線接口數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)的主要步驟和方法，分析了數(shù)據(jù)采集應(yīng)用對(duì)象的特征，闡述了系統(tǒng)硬件電路的搭建，介紹了 DSP 的線性預(yù)測(cè)編碼算法在語(yǔ)音信號(hào)處理中的作用。RS485 總線和 ISA 總線的傳輸速度慢，不能滿(mǎn)足音視頻高速實(shí)時(shí)傳輸?shù)囊?；采?PCI 接口設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集卡雖然數(shù)據(jù)傳輸率很高，但是還存在整個(gè)系統(tǒng)笨重、安裝麻煩、價(jià)格昂貴，受計(jì)算機(jī)插槽數(shù)量、地址、中斷資源限制，可擴(kuò)展性差，缺乏靈活性，不能實(shí)現(xiàn)即插即用，不適合小型、便攜設(shè)備采用。DSP 具有快速的運(yùn)算速度和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，特別適合于數(shù)字信號(hào)處理場(chǎng)合，它能滿(mǎn)足數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中對(duì)數(shù)據(jù)處理速度的要求。由香農(nóng)定理可知：采樣信號(hào)的頻率必須大于或者等于最高信號(hào)頻率的兩倍。對(duì)于用戶(hù)來(lái)說(shuō)，要打開(kāi)機(jī)箱，加入硬件并且進(jìn)行配置，這需要一定的技術(shù)支持。雖然數(shù)字電話具有保密性高、容易克服噪聲累計(jì)現(xiàn)象，便于進(jìn)行程控交換等優(yōu)點(diǎn)，但是 64Kb/s 的 PCM、32Kb/s 的 ADPCM 要占用幾十千赫信道帶寬，都不便于在普通話路中傳輸，因此語(yǔ)音壓縮編碼技術(shù)一直是一個(gè)令人關(guān)注的課題。由于單片機(jī)的運(yùn)算能力有限，因?yàn)槠渚幋a和識(shí)別算法不可能復(fù)雜，精度也低，典型的芯片是 1996 年美國(guó) Sensory 公司生產(chǎn)的 RSC146。與通用微處理器相比，DSP 芯片的其他通用功能相對(duì)較弱一些。計(jì)算機(jī)在執(zhí)行一條指令時(shí)，總要經(jīng)過(guò)取指令、譯碼、訪問(wèn)數(shù)據(jù)、執(zhí)行等幾個(gè)步驟，需要若干個(gè)指令周期完成。由于 PC 機(jī)在進(jìn)行重新配置時(shí)缺乏足夠的靈活性，已經(jīng)嚴(yán)重影響了 PC 機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展與普及隨著友好用戶(hù)界面核心的硬件軟件機(jī)制的結(jié)合一直到相應(yīng)的諸如 PCI、PnP ISA 和 PCMCIA 等新一代體系結(jié)構(gòu)的提出，計(jì)算機(jī)看起來(lái)已經(jīng)不如當(dāng)初那么直觀了。蘋(píng)果公司的 MAC05 及微軟公司公司的 Windows 9Windows 202Windows XP 中全面支持 USB。 DSP 代替單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，加快了數(shù)據(jù)處理速度。第四部分 介紹了 DSP 的音頻采集與處理數(shù)據(jù)采集處理的相關(guān)技術(shù)，如線性預(yù)測(cè)編碼的預(yù)測(cè)分析。只需要在菜單 VIEW 中選擇 Mix Source/Asm 選項(xiàng)，即可看到 C 之后跟著的匯編語(yǔ)句。硬件在線編程模式可以實(shí)時(shí)運(yùn)行在 DSP 芯片上，與硬件開(kāi)發(fā)板相結(jié)合在線編程和調(diào)試應(yīng)用程序。3．硬件仿真和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換TI DSP 芯片提供片上仿真支持，使 CCS 能控制程序的運(yùn)行并實(shí)時(shí)監(jiān)視程序的活動(dòng)。CCS 支持這些片上的仿真功能，而且 CCS 的 RTDX 功能使主機(jī)和 DSP 之間能雙向?qū)崟r(shí)通信，RTDX 提供一個(gè)連續(xù)的、實(shí)時(shí)的可視環(huán)境，使開(kāi)發(fā)者能看到 DSP 應(yīng)用程序工作的真實(shí)過(guò)程，RTDX 允許系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工作者在不停止運(yùn)行目標(biāo)應(yīng)用程序的基礎(chǔ)上，在計(jì)算機(jī)和 DSP 芯片之間傳輸數(shù)據(jù)，同時(shí)還可在主機(jī)上利用對(duì)象鏈接嵌入（OLE）技術(shù)分析和觀察數(shù)據(jù)，這樣可以提供給開(kāi)發(fā)者一個(gè)真實(shí)的系統(tǒng)工作過(guò)程，從而縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。本系統(tǒng)中，目標(biāo)板（EVM 板）通過(guò) ICETEK5100USB 仿真器與主機(jī)相連。常用的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC（AnalogDigit Converter） ，其工作原理有基于并行比較型的、逐次逼近型的、積分型的、∑△脈寬調(diào)制型的、電壓 V頻率 F 變換型的等。2．流水技術(shù)（Pipeline）在處理器內(nèi)，計(jì)算機(jī)執(zhí)行一條指令分為：取指、譯碼、取數(shù)、執(zhí)行運(yùn)算等步驟，需要若干個(gè)指令周期才能完成。這 8 個(gè)功能單元最多可以在 1 個(gè)周期內(nèi)同時(shí)執(zhí)行條 32 位指令。但 DSP 算法的特點(diǎn)是需要大量的簡(jiǎn)單計(jì)算，相應(yīng)的程序比較短小，存放在 DSP 片內(nèi)就可以減少指令傳輸時(shí)間，并有效緩解芯片外部總線接口的壓力。前一種由于開(kāi)發(fā)時(shí)需要單獨(dú)的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，因此開(kāi)發(fā)成本較高；而后一種只是一個(gè)芯片與 MCU 接口實(shí)現(xiàn) USB 通信功能，成本較低，而且可靠性高。具下的重要特點(diǎn)： 完全兼容 SIE、FIFO、收發(fā)器和電壓調(diào)整電路 DMA 操作 1Mbps 的傳輸速率 USB 總線的連接和斷開(kāi)其功能框圖如圖 7 所示。GoodLinkTM指的就是當(dāng)設(shè)備在枚舉過(guò)程中發(fā)光二極管在閃爍，但設(shè)備配置完成以后發(fā)光二極管就始終的亮著，但當(dāng)它再次收到主機(jī)的響應(yīng)信號(hào)以后會(huì)熄滅，當(dāng)設(shè)備掛起時(shí)它也熄滅，這就能給開(kāi)發(fā)者一個(gè)直觀的判斷。下面簡(jiǎn)要介紹該系統(tǒng)的工作流程：l）系統(tǒng)開(kāi)機(jī)運(yùn)行后，由上位機(jī)應(yīng)用程序通過(guò) USB 芯片向 DSP 發(fā)出數(shù)據(jù)采集命令。 DSP 的外圍結(jié)構(gòu)框圖McBSP 由一個(gè)數(shù)據(jù)通道和一個(gè)控制通道組成，并與片外通信器件連接。R S R R B RX S RE x p a n dC o m p r e s sD R RD X RS P C RR C RX C RS R G RP C RM C RR C E RX C E RR I N TX I N TR E V TX E V TD RD XC L K XC L K RF S XF S RC L K SI n t e r r u p t s t o C P US y n c h r o n i z a t i o ne v e n t s t o D M AC l o c k a n d f r a m e s y n c g e n e r a t i o n a n d c o n t r o l（ 幀同步 ）M u l t i c h a n n e l s e l e c t i o n（ 多通道 ）C o m p a n dM c B S PA D圖 10 TMS320C6713 MCBSP 的結(jié)構(gòu)框圖 片外存儲(chǔ)器接口的接口信號(hào)TMS320C6713 EMIF 為外接 SDRAM 和 FLASHROM 器件提供了獨(dú)立的時(shí)鐘（SDRAM 使用SDCLK）與控制信號(hào)。 電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)在整個(gè) DSP 系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是非常重要的。此后，所有的三態(tài)輸出管腳都被置為高阻，其他輸出管腳恢復(fù)為默認(rèn)狀態(tài)。通過(guò)使實(shí)際語(yǔ)音信號(hào)取樣值和線性預(yù)測(cè)樣值之間的均方誤差最小，來(lái)決定唯一的一組預(yù)測(cè)器系數(shù)。計(jì)算預(yù)測(cè)誤差： ()()()MMfn??^ ()1)kxaxnk???式中， （k=1,2…M）稱(chēng)為線性預(yù)測(cè)系數(shù)，語(yǔ)音波形的特征可以由系數(shù)()Mka來(lái)表示。如果不采用任何數(shù)據(jù)壓縮算法，其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)該是 11121918202221253028，共占 20 個(gè)字符，如果采用去掉數(shù)據(jù)塊頭的存儲(chǔ)方式，數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)為 1162140187950497，共占 16 個(gè)字符，顯然，數(shù)據(jù)得到了壓縮。顯然，在采樣點(diǎn)間的相關(guān)性極差的情況下，用以上方法編碼起不到壓縮數(shù)據(jù)的作用，反而比直接存儲(chǔ)原始數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度還長(zhǎng)，此時(shí)就不宜用以上方法編碼了，而采用直接存儲(chǔ)原始數(shù)據(jù)的方法編碼。i4096。main(){for(。它提供低功耗的、標(biāo)準(zhǔn)的、獨(dú)立的 C67X 系列開(kāi)發(fā)平臺(tái)，允許用戶(hù)為 C67X 系列 DSP 評(píng)估和開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序。主流程圖設(shè)計(jì)如圖 18 所示。圖 19 音頻輸入圖形顯示及寄存器值圖 20 語(yǔ)音的時(shí)域波形5 工作總結(jié)由于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方案在使用配置方面存在一些不足，本文提出基于 USB、DSP 的數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)方案，以語(yǔ)音信號(hào)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，結(jié)果初步實(shí)現(xiàn)了 A/D、D/A 轉(zhuǎn)換，完成了預(yù)定的任務(wù)，為 USB 外設(shè)的設(shè)計(jì)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)?，F(xiàn)對(duì)本文的主要工作總結(jié)如下