【正文】 另外如果用戶為節(jié)省器件或者簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，可以不裝 這樣的電容，在軟件設(shè)計(jì)時(shí)采用軟件防抖的方法，具體思路是，檢測(cè)按鍵后延時(shí)在做檢。 按鍵設(shè)計(jì) DSP 按鍵接口設(shè)計(jì)時(shí)通常是加入 CPLD/FPGA，使 DSP 方便驅(qū)動(dòng)，由于本設(shè)計(jì)有 4 個(gè)按鍵，為節(jié)省 CPLD/FPGA 等芯片，采用單按鍵直接接入 DSP 中斷引腳從而使設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化，所以外部中斷 03 直接對(duì)應(yīng) 4 個(gè)按鍵中斷。 圖 JTAG 接口設(shè)計(jì) 圖 音頻輸入接口設(shè) 計(jì) 音頻輸出接口中在一般情況下接 8ohm 輸出即可達(dá)到大部分放音設(shè)備的需求，考慮到擴(kuò)展使用的情況，將 600ohm 輸出與 8ohm 輸出進(jìn)行跳線方式接至輸出接口。其中需要指出的是， JTAG 仿真口在設(shè)計(jì)時(shí)必須要在 EMU0 及 EMU1 引腳加入 10K 上拉電阻，西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 22 頁(yè) 否則可能會(huì)出現(xiàn)計(jì)算機(jī)不識(shí)別等現(xiàn)象。 圖 AD50 模塊設(shè) 計(jì) 由于 AD50 內(nèi)部處理是模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)并存的，所以 在 LAYOUT 設(shè)計(jì)時(shí)需要注意模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)分離的問(wèn)題， 細(xì)節(jié)請(qǐng)參考前文。 A/D 與 D/A 的采樣頻率為 MCLK/（ 128*N） Hz 其中 N 值為 AD50C 的第 4 個(gè)寄存器 4~6 位所設(shè)。 圖 AD50 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 參考 AD50 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)我們可以明確設(shè)計(jì)思路，圖 最上面第一通道為模擬信號(hào)輸入監(jiān)控通道，第二通道為模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào) A/D 通道，第三通道為數(shù)西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 21 頁(yè) 字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào) D/A 通道，最下面一路是 AD50 的工作頻率和采樣頻率控制通道。模擬信號(hào)語(yǔ)音放大部分元件布局一定要緊湊，遠(yuǎn)離易產(chǎn)生干擾的原件，使用大面積模擬地進(jìn)行保護(hù)處理如圖 。 圖 2. 5V 電源設(shè)計(jì) 語(yǔ)音信號(hào)處理電路在 LAYOUT 時(shí)需要注意多點(diǎn)問(wèn)題，在 DSP 語(yǔ)音處理設(shè)計(jì)中首要考慮到的問(wèn)題就 是數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)分離的問(wèn)題，因?yàn)樵跀?shù)字信號(hào)傳輸時(shí)頻率較高，并且為非連續(xù)信號(hào)，非常容易對(duì)模擬信號(hào)產(chǎn)生干擾，如果將數(shù) 字音頻信號(hào)與模擬音頻信號(hào)不做分離處理則會(huì)出現(xiàn)語(yǔ)音失真的現(xiàn)象。 圖 TLC2272 信號(hào)放大 由于 AD50 信號(hào)處理后輸出阻抗為 600 ohm，輸出功率達(dá)不到一般使用要求，所西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 19 頁(yè) 以需加入 LM386 功率放大器使阻抗變換為 8 ohm，達(dá)到阻抗匹配的效果，即輸出功率足夠大，這樣既可直接驅(qū) 動(dòng)一般放音設(shè)備。 語(yǔ)音放大模塊 需要采樣的語(yǔ)音信號(hào)由自帶 MIC 或者線路輸入，經(jīng) TLC2272 放大，硬件設(shè)置放大倍數(shù)為 10 倍 ，圖 中 R R37 之比 ，由于 AD50 需要輸入差分信號(hào)，所以需要再將已放大信號(hào)分為兩路，一路作為 AD50 正向輸入端，另一路送入 TLC2272 進(jìn)行單倍放大作為反向輸入信號(hào)送入 AD50。 MAX7219 芯片在 LAYOUT 時(shí) DIN， FS， CLK 引腳的走線方式需要多加注意，由于是串口方式通信速率可能不會(huì)太高，可以不用嚴(yán)格按照等長(zhǎng)走線這樣的要求來(lái)布線，但是 CLK 引腳要求比較嚴(yán)格，在設(shè)計(jì)時(shí)最好不要走線過(guò)長(zhǎng)，不要與其他以易產(chǎn)生干擾的器件靠近，這樣可以保證時(shí)鐘信號(hào)穩(wěn)定。關(guān)于 MAX7219 各個(gè)寄存器操作以及時(shí)序配置請(qǐng)參考第 五 章軟件部分。本設(shè)計(jì)中該顯示模塊僅供調(diào)試使用。 建議用戶設(shè)置 MP/MC=0這樣文中說(shuō)到的 FLASH 自舉加載啟動(dòng)方式才可用。 圖 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 圖 時(shí)鐘 頻率 及 工作 方式 選擇設(shè)計(jì) 在復(fù)位電路設(shè)計(jì)中，采用大電容充放電延時(shí)的原理實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位和手動(dòng)按鍵復(fù)位，如果想提高電路穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)中可以直接使用 MAX811 等復(fù)位芯片，可節(jié)約一些布線面積。 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 16 頁(yè) 圖 時(shí)鐘信號(hào) 設(shè)計(jì) 圖 時(shí)鐘及濾波電容走線設(shè)計(jì) 在時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)時(shí)需要注意到得是 ， 無(wú) 源 晶體振蕩的引腳必須經(jīng)過(guò) 10~30pF 的高頻濾波電容然后接地，而且電容需要緊靠晶體振蕩器， 振蕩器引腳需要緊靠 DSP器件振蕩信號(hào)輸入引腳，值得注意的是如果使用的是有源晶體振蕩器，則只需接X(jué)2/CLKIN 引腳即可。 DSP 復(fù)位信號(hào)電路提供上電復(fù)位功能并可以手動(dòng)復(fù)位。 圖 存儲(chǔ)器高速設(shè)計(jì)中走線等長(zhǎng)設(shè)計(jì) DSP 外圍電路設(shè)計(jì) DSP 外圍設(shè)計(jì)包含 DSP 時(shí)鐘震蕩信號(hào)、復(fù)位信號(hào)、工作方式、時(shí)鐘方式設(shè)定等。 如果為了更加簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)可以直接使用晶體管工作在開關(guān)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)反向信號(hào)。在硬件電路上可由用戶手動(dòng)配置存儲(chǔ)器工作方式。在設(shè)計(jì)中需要將DSP 部分引腳進(jìn)行如下配置 ： 1. MP/MC=0 2. INT2=1 3. INT3=1 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 14 頁(yè) 整個(gè)啟動(dòng)運(yùn)行過(guò)程如下圖： 圖 上電從 FLASH 自舉加載的全過(guò)程 關(guān)于寄存器的詳細(xì)設(shè) 置 、 FLASH 的操作方法、時(shí)序 及 BOOT 表的構(gòu)造方法請(qǐng)參見第 五 章軟件部分。在片內(nèi) ROM 的 0FF80h 地址上，有一條分支轉(zhuǎn)移指令，以啟動(dòng) ROM 中存放的自舉加 載器程序。 圖 TMS320VC5416 存儲(chǔ)器 空間分配圖 在設(shè)計(jì)中我們首先需要考慮的問(wèn)題是外部程序存放到何處才能實(shí)現(xiàn)掉電不丟失 ， 并且 能實(shí)現(xiàn)上電自舉加載且自動(dòng)運(yùn)行， 如圖 我們可以看到， TMS320VC5416自舉加載的選擇過(guò)程 。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間存放執(zhí)行指令所要用的數(shù)據(jù)。這三個(gè)空間的總線地址范圍為 192K（有的器件外部程序存儲(chǔ)空間可擴(kuò)展到 8M 字）。 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 12 頁(yè) 存儲(chǔ)模塊 設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)存儲(chǔ)模塊時(shí)必須先要完全理解 TMS320VC5416 的內(nèi)部存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，這樣才可以正確的進(jìn)行擴(kuò)展存儲(chǔ)空間的設(shè)計(jì)。 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 11 頁(yè) 圖 TPS73HD301 設(shè)計(jì)參考 可以看到該芯片 的輸出電平是由電阻 R1 控制 1 路電壓，電阻 R2 控制 2 路電壓，該電阻的選擇遵循以下公式： 式 R R2 與輸出電壓的關(guān)系 通過(guò)計(jì)算可得 R1 選擇 56K 電阻 R2 選擇 169K 電阻可以得到 1 路 2 路 輸出，同時(shí)值得注意的是 R1 與 R2 電阻需要選擇精度為 1%的電阻，否則可能會(huì)出現(xiàn)輸出電壓偏差。 圖 78M05 布線設(shè)計(jì) 圖 總電源入口設(shè)計(jì) TPS73HD301 電源轉(zhuǎn)換原理與 LM7805 不同， LM7805 內(nèi)部將欲輸出電壓與實(shí)際輸出電壓使用穩(wěn)壓管進(jìn)行差值比較，進(jìn)行門開關(guān)輸出控制，從而達(dá)到平衡輸出的效果。其次再設(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮到輸出 的電流是否能保證系統(tǒng)正常工作。 TPS73HD301 為雙輸出穩(wěn)壓電源，可提供一路 的電源，為 DSP 及外圍器件提供 CMOS 電平，另一路為可調(diào)電源，由于 5416 核心電壓需要 所以調(diào)整至 輸出。: TPS73HD301 TPS73HD301 為 TI 公司生產(chǎn)的雙通道 LDO 線性穩(wěn)壓器，具有輸出電壓可調(diào)節(jié) 的最大優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)中用此芯片提供 及 DSP 核心電壓。 電源芯片 5V: 78M05 本設(shè)計(jì)中選用的 78M05 為江蘇長(zhǎng)江公司生產(chǎn)的 3 端 5V 穩(wěn)壓電源，最大工作電流可達(dá) 500mA，該芯片具有穩(wěn)定性好，工作范圍寬（ 7V20V），價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。此外 它還支持多片 7219 串聯(lián)方式，這樣 MCU就可以通過(guò) 3 根線（即 串行 數(shù)據(jù)線、 串行 時(shí)鐘線和芯片選通線）控制更多的數(shù)碼管顯示。 該芯片具有 10MHz 傳輸率的三線串行接口可與任何微處理器相連，只需一個(gè)外接電阻即可設(shè)置所有 LED 的段電流。 顯示芯片 MAX7219 MAX7219 是美信公司生產(chǎn)的一種高度集成的串行輸入 /輸出共陰極驅(qū)動(dòng)器，它具有集成度高，性能強(qiáng)，不閃爍，電路連接簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。訪問(wèn)時(shí)間只有 10ns，低功耗操作 5mA。 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁(yè) 存儲(chǔ)芯片 FLASH: AM29LV800B AM29LV800BB90EC 是 AMD 公司 生產(chǎn)的 NORFLASH，訪問(wèn)時(shí)間 90 ns， 存儲(chǔ)容量 8Mbit， 工作溫度范圍 55～ +125℃ ， 在線編程電壓 ～ V， 低功耗讀操作時(shí)電流為 7 mA，編程／擦除時(shí)電流為 15 mA， DSP 芯片使用時(shí)一般作為存儲(chǔ) BOOT 程序使用。 語(yǔ)音放大芯片 信號(hào)放大 :TLC2272 語(yǔ)音信號(hào) 放大器采用美國(guó)德州儀器公司的 TLC2272，是單芯雙運(yùn)放放大器，具有相當(dāng)好的 AC 性能，有更好的輸入失調(diào)電壓、噪聲和功耗性能，增益帶寬為 2 MHz，轉(zhuǎn)換速率為 3 V/μs。 TLC320AD50C 有28 腳的塑料 SOP 封裝（帶 DW 后綴）和 48 腳的塑料扁平封裝（帶 PT 后綴），體積較小，適應(yīng)于便攜設(shè)備。 TLC320AD50C 內(nèi)還包括定時(shí)器 (調(diào)整采樣率和幀同步延時(shí) ) 和控制器 (調(diào)整編程放大增益 ,鎖相環(huán) ,主從模式 ) 。 總結(jié)下來(lái) VC5416 有以下 特點(diǎn) ： 增強(qiáng)型哈佛結(jié)構(gòu)，一個(gè)程序總線，三個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線 ； 40bit 的算術(shù)邏輯單元 ALU； 可尋址 的程序空間達(dá) 1M*16bit； 4K*16bit片內(nèi) ROM； 16K*16bit 雙口片內(nèi) RAM； 軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器；片內(nèi)鎖相環(huán)時(shí)鐘發(fā)生器；兩個(gè)多通道緩沖串口；增強(qiáng)型 8bit 并行 HPI 口；兩個(gè) 16bit 定時(shí)器；六通道 DMA 控制器 ； 節(jié)電模式 IDLE1， IDLE2， IDLE3 做功耗控制 ； 單周期定點(diǎn)指令（ 100MIPS）執(zhí)行時(shí)間為 10ns。 在硬件 上 內(nèi)部多總線結(jié)構(gòu)保證在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)可以多次訪問(wèn)程序空間和數(shù)據(jù)空間；指令執(zhí)行時(shí)的多重流水線結(jié)構(gòu)將指令周期降低到了最小值；多處理單元可以在一個(gè)指令周期內(nèi)同時(shí)進(jìn)行運(yùn)算，而這種結(jié)構(gòu)恰好滿足了數(shù)字信號(hào)處理中的一些特殊要求如 FIR、 IIR、 FFT 等運(yùn)算。 (6) 語(yǔ)音采集回放模塊： 該模塊采用 McBSP1 多緩沖串口進(jìn)行通訊，與 AD50 通訊時(shí)工作在 SPI 模式下， AD50 另一端連接硬件放大電路和功率放大電路，從而實(shí)現(xiàn)與外圍設(shè)備的無(wú)縫鏈接。 (4) 仿真模塊 ： 本設(shè)計(jì)并未提供大部分設(shè)計(jì)中用到的 TTL 電平串口，因?yàn)榕浜蟄SB 仿真器同樣可以實(shí)現(xiàn)調(diào)試、仿真功能，所以本設(shè)計(jì)中 JTAG 仿真口起到了程序下載、數(shù)據(jù)上傳、仿真調(diào)試等多項(xiàng)功能，并且配合 CCS 仿真軟件使用時(shí)，串口調(diào)試法就顯得不太實(shí)用。 (2) 存儲(chǔ) 模塊 ： 本設(shè)計(jì)提供外擴(kuò) 8Mb FLASH 存儲(chǔ)空間，可用來(lái)存儲(chǔ)程序，在 DSP上設(shè)置成從 FLASH 上電加載程序即可， 另外提供 256Kb 的程序、數(shù)據(jù)暫存空間，為 DSP 的高速運(yùn)算提供了存儲(chǔ)空間的保證。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)由 DSP、電源、存儲(chǔ)、按鍵、顯示、語(yǔ)音采集、語(yǔ)音播放、外圍接口幾個(gè)模塊構(gòu)成，其中串口 0 的顯示功能僅為調(diào)試時(shí)使用 。 為了實(shí)現(xiàn)高精度的語(yǔ)音信號(hào)的采集與回放，整個(gè)系統(tǒng)的指標(biāo)必須達(dá)到以下要求，特別是語(yǔ)音信號(hào) AD/DA 轉(zhuǎn)換時(shí)的保真問(wèn)題，以及進(jìn)行算法驗(yàn)證時(shí)語(yǔ)音信號(hào)的高速處理，系統(tǒng)指標(biāo)如下 ： (1) 采樣率： 采樣率可設(shè)置在 2Khz— 范圍， 此采樣率基本涵蓋標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)音信號(hào)的大部分范圍，從而保證了無(wú)失真采樣，默認(rèn) 采樣 率 為 8Khz； (2) 工作頻率： 為 滿足 后續(xù) 高速 算法 應(yīng)用 時(shí)的 需求 ，系統(tǒng)特采用 PLL 鎖相環(huán)倍頻方式使 工作頻率可設(shè)置在 10Mhz— 160Mhz 之間， 倍頻模式 設(shè)計(jì)成了 可由用戶跳線 的開關(guān) 方式 ， 從而方便 用戶手動(dòng)設(shè)置，無(wú)需從程序入手，是考慮功耗及穩(wěn)定性還是要求速度由用戶自行決定 ； (3) 輸入電壓：為滿足 各 種不同的輸入電壓，使用 LM7805 作為輸入 轉(zhuǎn)換，輸入電壓 可在 DC 6V— 20V 之間，標(biāo)準(zhǔn)為 DC 9V 電源，可使用 9V 電池 ； (4) 錄音時(shí)間：為了演示方便，系統(tǒng)默認(rèn) 提供 54K 字存儲(chǔ)空間，采樣率為 8Khz時(shí)錄音時(shí)間約 7S，錄音結(jié)束后 自動(dòng)回放 ，另外系統(tǒng)配有外擴(kuò) SRAM 及 FLASH，可使用分頁(yè) 存放 方式以及塊操作方式 實(shí)現(xiàn)大量 音頻 數(shù)據(jù)的存放功能。 本系統(tǒng)采用 TI 公司的 TMS320VC5416 DSP 芯片作為核心處理器，并采用TLC320AD50C 語(yǔ)音芯片進(jìn)行 AD、 DA 轉(zhuǎn)換。 圖 DSP 硬件組成框圖 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 6 頁(yè) 第 三 章 語(yǔ)音采集系統(tǒng) 的 整體方案 介紹 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，各種各樣的語(yǔ)音處理系統(tǒng)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的采樣精度要求是越來(lái)越高，并且各種高速處理芯片所要求的語(yǔ)音采樣速率也是越來(lái)越快。存儲(chǔ)器包括片內(nèi) ROM、單訪問(wèn) RAM(SARAM)和雙訪問(wèn) RAM(DARAM)。 硬件組成框圖 TMS320VC5416 DSP的