【文章內(nèi)容簡介】 器CPU是DSP器件的核心部件，它的性能直接關(guān)系到DSP器件的性能。為了滿足處理速度的要求，TMS320C5416DSP芯片的CPU采用了流水線指令執(zhí)行結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的并行結(jié)構(gòu)設(shè)計，使其能在一個指令周期內(nèi)，高速地完成多項算術(shù)運算。CPU的基本組成如下：40位算術(shù)邏輯運算單元（ALU）；2個40位累加器（ACCA，ACCB）；1個支持16—30位移位的桶形移位寄存器；乘法器—加法器單元（MAC）；比較選擇和存儲單元（CSSU）；指數(shù)編碼器；CPU狀態(tài)和控制寄存器。3．C5416DSP芯片的存儲空間結(jié)構(gòu)TMS320C5416DSP芯片共有192千字的可尋址存儲空間。這192千字的存儲空間分為3個獨立的可選擇空間，分別為：64千字的程序存儲空間；64千字的數(shù)據(jù)存儲空間；64千字的I/O空間。所有的TMS320C5416DSP芯片都包括內(nèi)部隨機存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）。內(nèi)部隨機存儲器RAM又分為單尋址RAM（SARAM）和雙尋址RAM(DARAM)兩種類型。通常，SARAM和DARAM被映射到數(shù)據(jù)存儲空間用來存儲數(shù)據(jù)，也可以映射到程序空間用來存儲程序代碼。TMS320C5416DSP芯片的并行結(jié)構(gòu)和內(nèi)部隨機存儲器RAM的雙尋址能力，可使CPU在任何一個給定的機器周期內(nèi)同時執(zhí)行4次存儲器操作，包括1次取指，2次讀操作數(shù)和1次寫操作數(shù)。4．C5416DSP芯片的片內(nèi)外設(shè)電路為了滿足數(shù)據(jù)處理的需要，TMS320C5416DSP芯片提供了必要的片內(nèi)外部設(shè)備。這些外部設(shè)備主要包括：通用I/O引腳；定時器；時鐘發(fā)生器；主機接口HPI；串行通信接口；軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器；可編程分區(qū)轉(zhuǎn)換邏輯。5．C5416DSP芯片的系統(tǒng)控制TMS320C5416DSP芯片的系統(tǒng)控制是由程序計數(shù)器（PC），硬件堆棧，PC相關(guān)的硬件，外部復(fù)位信號，中斷，狀態(tài)寄存器和循環(huán)計數(shù)器（RC）等組成的。6．TMS320C5416DSP芯片的外部總線TMS320C5416DSP芯片的外部總線具有很強的系統(tǒng)接口能力，可與外部存儲器以及I/O設(shè)備相連，能對64K字的數(shù)據(jù)存儲空間，64K字的程序存儲空間，以及64K字的I/O空間進行尋址。獨立的空間選擇信號DS，PS和IS允許進行物理上分開的空間選擇。接口的外部數(shù)據(jù)準(zhǔn)備輸入信號（READY）與片內(nèi)軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器一道，可以使處理器與各種不同速度的存儲器和I/O設(shè)備連接。接口的保護方式能使外設(shè)對TMS320C5416DSP芯片的外部總線進行控制，使外部設(shè)備可以訪問程序，數(shù)據(jù)和I/O空間的資源。C5416DSP芯片是一種特殊結(jié)構(gòu)的微處理器,為了快速實現(xiàn)數(shù)字信號處理運算,采用了流水線指令結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的并行處理結(jié)構(gòu),可在一個周期內(nèi)對數(shù)據(jù)進行高速的算術(shù)運算和邏輯運算。C5416采用先進的哈佛結(jié)構(gòu)，具有片內(nèi)存儲器、中斷、串口、并口等豐富的資源，加上高度專業(yè)化的指令系統(tǒng)，使C5416具有很高的性價比，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于通信、語音處理、圖像處理、儀器儀表等無線電通信系統(tǒng)中。 TLV320AIC23語音采集及回放接口電路模塊從適應(yīng)語音信號頻率、滿足實時性、降低成本、簡化設(shè)計的要求出發(fā)，本系統(tǒng)選擇TLV320AIC23。AIC23是一種高性能的立體聲音頻Codec芯片作為從設(shè)備，主要完成輸入語音信號的A/D轉(zhuǎn)換，語音采樣編解碼及濾波處理，該芯片構(gòu)成簡單，功能強大。 伏特，能在數(shù)字和模擬電壓下工作，與TMS320C5416 的I/O 電壓相兼容，其控制接口和數(shù)字接口與DSP 的MCBSP 端口能夠無縫連接。AIC23的模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADCs）和數(shù)模轉(zhuǎn)換（DACs）部件高度集成在芯片內(nèi)部，采用了先進的Sigma delta 過采樣技術(shù)（Sigma delta一般用于ADC中，是高精度的A/D轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器的特點是將絕大多數(shù)的噪聲從動態(tài)轉(zhuǎn)移到阻態(tài)），可以在8K到96K的頻率范圍內(nèi)提供16bit、20bit、24bit和32bit的采樣，ADC和DAC的輸出信噪比分別可以達到90dB和100dB。TLV320AIC23通過以下引腳與TMS320C5416連接。BCLK:I2S(一種AIC23的數(shù)字音頻接口支持的通用的音頻格式)串行數(shù)據(jù)傳輸時鐘,當(dāng)AIC23為主模式時BCLK由AIC23產(chǎn)生并提供給DSP,頻率為主時鐘的1/4,當(dāng)從模式時由DSP產(chǎn)生；DIN: I2S格式串行數(shù)據(jù)輸入端,送入立體聲DAC；DOUT: I2S格式串行數(shù)據(jù)輸出端,由立體聲ADC產(chǎn)生；LRCIN/LRCOUT: I2S格式數(shù)據(jù)輸入/出幀同步信號；SCLK:控制端口移位時鐘；SDIN:控制端口串行數(shù)據(jù)輸入,用來傳輸配置AIC23內(nèi)部寄存器數(shù)據(jù)；/CS:控制端口輸入和地址鎖存選擇端,在SPI控制模式下,作為數(shù)據(jù)鎖存控制端,在I2C模式下,定義外設(shè)的7位地址；XTI/MCLK:晶體或外部時鐘輸入端,AIC23內(nèi)部時鐘由它產(chǎn)生。，TLV320AIC23從電路模塊電路如圖14所示。 圖14 TLV320AIC23從電路模塊電路1．AIC23的管腳及外圍接口(1) 數(shù)字音頻接口：主要管腳為 BCLK－數(shù)字音頻接口時鐘信號（bit時鐘），當(dāng)AIC23為從模式時（通常情況），該時鐘由DSP產(chǎn)生；AIC23為主模式時，該時鐘由AIC23產(chǎn)生； LRCIN－數(shù)字音頻接口DAC方向的幀信號（I2S模式下word時鐘） LRCOUT－數(shù)字音頻接口ADC方向的幀信號 DIN－數(shù)字音頻接口DAC方向的數(shù)據(jù)輸入 DOUT－數(shù)字音頻接口ADC方向的數(shù)據(jù)輸出 這部分可以和DSP的McBSP（Multichannel buffered serial port，多通道緩存串口）無縫連接，唯一要注意的地方是McBSP的接收時鐘和AIC23的BCLK都由McBSP的發(fā)送時鐘提供。(2) 麥克風(fēng)輸入接口：主要管腳為 MICBIAS－提供麥克風(fēng)偏壓，通常是3/4 AVDD MICIN－麥克風(fēng)輸入(3)LINE IN輸入接口：主要管腳為 LLINEIN－左聲道LINE IN輸入 RLINEIN－右聲道LINE IN輸入 (4) 耳機輸出接口：主要管腳為 LHPOUT－左聲道耳機放大輸出 RHPOUT－右聲道耳機放大輸出 LOUT－左聲道輸出 ROUT－右聲道輸出 (5) 配置接口：主要管腳為 SDIN－配置數(shù)據(jù)輸入 SCLK－配置時鐘 DSP通過該部分配置AIC23的內(nèi)部寄存器，每個word的前7bit為寄存器地址，后9bit為寄存器內(nèi)容。(6) 其他：主要管腳為 MCLK－芯片時鐘輸入(、) VMID－半壓輸入， MODE－芯片工作模式選擇，Master或者Slave CS－片選信號（配置時有效） CLKOUT－時鐘輸出，可以為MCLK或者MCLK/22．AIC23的控制接口AIC23有兩個數(shù)字接口，其一是由CS(控制信號)、SDIN(信號數(shù)據(jù)輸入)、SCLK(信號時鐘)和MODE(模式)構(gòu)成的數(shù)字控制接口，通過它將芯片的控制字寫入AIC23，從而控制AIC23功能；另一組是由LRCIN(左右聲控制輸入)、DIN(數(shù)據(jù)輸入)、LROUT(左右聲輸出)、DOUT(數(shù)據(jù)輸出)和BLCK(時鐘)組成的數(shù)字音頻接口，AIC23的數(shù)字音頻信號從這個接口接收或發(fā)出。AIC23內(nèi)部還包含兩個A/D、D/A 變換器，其字長可以是1232，同時AIC23內(nèi)部的時鐘可以通過XTI(晶振時鐘輸入)、XTO(時鐘輸出)和外接晶振構(gòu)成時鐘，也可以由外部直接輸入時鐘信號。AIC23內(nèi)部還包含有MIC偏置電路，使用外接MIC無需外置偏置電路。 考慮到存儲器芯片的容量、系統(tǒng)供電、以及對語音信號的讀取速率，本系統(tǒng)采用了具有32M*8位存儲空間的Flash。錄音系統(tǒng)和放音系統(tǒng)的語音數(shù)據(jù)均存儲在Flash存儲器上。Flash存儲器是一種可在線進行電擦寫可快速訪問，掉電后信息不會丟失的非易失性存儲器，具有可靠性穩(wěn)定性，低成本低功耗，高密度大容量可達幾個Gb，抗震性，尺寸小重量輕等多種先進特性，燒錄技術(shù)以Flash閃存為載體進行讀取和存儲。本次設(shè)計的Flash存儲模塊電路如圖15所示：圖15 Flash存儲模塊電路Flash 以容量大價格低的優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用在便攜式設(shè)備中，同時Flash存儲器在寫入時需要復(fù)雜的操作命令，這樣確保了數(shù)據(jù)寫入的正確性。Flash有8位I/O 端口，地址、命令字以及數(shù)據(jù)復(fù)用這8位I/O 端口。它采用復(fù)雜的操作順序來區(qū)分地址、命令、數(shù)據(jù)信息。DSP采集到的32位語音數(shù)據(jù)通過外部數(shù)據(jù)總線的低8位分4次，從左聲道的高8位到右聲道的低8位依次寫入Flash。 音頻接口電路模塊AIC23有獨立的控制接口和數(shù)據(jù)接口，控制口用于接收控