代淑芬

摘 要：DSP語音采集回放處理平臺是以TMS320C5402DSP為核心，對外部語音信號進行采集，并對所采集信號進行語音處理，最后通過外部設(shè)備回放。該系統(tǒng)適合對單語音信號進行處理。由于設(shè)計過程中采用的A/D、D/A芯片是TI公司的TLC320AD50，所以最高采樣速率為22.05KHZ。為了驗證本次設(shè)計的正確性和可用性，對采集的語音信號進行FIR濾波，濾除50HZ交流信號，并抑制頻率在3600HZ以上的語音信號。所設(shè)計的濾波器是帶通濾波器，通帶為200HZ—3400HZ，經(jīng)過實驗驗證，得到了預(yù)期的濾波效果。

關(guān)鍵詞：DSP；語音采集；電路

1 系統(tǒng)方案的設(shè)計

本系統(tǒng)是基于TMS320VC5402 DSP的最小系統(tǒng)設(shè)計，通過標準同步串口實現(xiàn)DSP與AD50之間的數(shù)據(jù)通信，結(jié)合模擬濾波電路、模擬放大電路和功放電路，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)對語音信號的FIR濾波，以驗證該系統(tǒng)的可用性、可靠性、穩(wěn)定性及其實用性。

1.1 系統(tǒng)方案選擇

系統(tǒng)模塊主要有：基于TMS320VC5402芯片最小系統(tǒng)電路、電源。AD和DA屬于子板內(nèi)容。

設(shè)計時基于系統(tǒng)的實用性和可擴展性考慮，對DSP的數(shù)據(jù)線和地址線，HIP口，串行口，都引出引腳以備擴展用，電源的設(shè)計也考慮到了后面子板的需要。

1.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.2.1 系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)設(shè)計以DSP芯片為核心，對其各個接口進行擴展，圖1為系統(tǒng)框圖 。

圖1 系統(tǒng)框圖

1.2.2 電源設(shè)計

TMS320C5402的I/O工作電壓是3.3V，因此，其I/O電平也是3.3V邏輯電平。在設(shè)計DSP系統(tǒng)時，除了DSP芯片外，必須設(shè)計DSP芯片與其他外圍芯片的接口，如果外圍芯片的工作電壓也是3.3V，那么就可以直接連接。本次設(shè)計在系統(tǒng)一開始構(gòu)建時就考慮到這問題，為了使設(shè)計簡單化，節(jié)省制作時間，在器件的選用上，都采用3.3V的。

1.2.3 復位電路

系統(tǒng)上電后，晶體振蕩器一般需要100～200ms的穩(wěn)定期，同時DSP芯片也正處于復位狀態(tài)。為使芯片初始化正確，一般應(yīng)保證為低至少持續(xù)3個CLKOUT周期。

1.2.4 時鐘電路

給DSP芯片提供時鐘是利用DSP芯片內(nèi)部所提供的晶振電路，在DSP芯片的X1和X2/CLKIN之間連接一個晶體起動內(nèi)部振蕩器。

1.2.5 JTAG接口

DSP芯片內(nèi)部是通過移位寄存器掃描鏈實現(xiàn)掃描仿真，這個掃描鏈被外部的串行口訪問。采用掃描仿真，即使芯片已經(jīng)焊在電路板上，也可以進行仿真調(diào)試，這對于調(diào)試DSP系統(tǒng)帶來極大的方便。C5402 DSP的仿真器接口采用JTAG標準IEEE 1149.1。目標代碼通過掃描接口從PC下載到目標系統(tǒng)的存儲器中，一般下載1K字節(jié)的代碼需要100ms。

1.2.6 存儲器接口

此次設(shè)計對存儲器進行擴展，因為C5402具有20條地址線，所以映射程序空間最大為16頁（64K16bit/頁），即1024K16bit的空間大小。當OVLY=1時，第一頁至第15頁的低端16K16bit是映射到第0頁上的相應(yīng)地址處；當OVLY=0時，這些頁是獨立的。

1.2.7 串行口與A/D/A的接口

TMS3205402有兩個串行口，每個串口都有數(shù)據(jù)接收、發(fā)送端，接收、發(fā)送時鐘信號，還有接收、發(fā)送同步信號。通過這些端口對TLC320AD50進行控制，就能夠?qū)崿F(xiàn)DSP與外部數(shù)據(jù)的交流。TLC320AD50C是TI公司的語音編碼芯片，作A/D，D/A轉(zhuǎn)換用。片內(nèi)采用∑-△轉(zhuǎn)換方法，16位線性編碼，最高采樣率可達22.05KHz。本設(shè)計用8KHz采樣，在語音信號中是足夠的，內(nèi)置時鐘分頻及PLL電路組成可編程采樣率發(fā)生器，使用8.192MHz有源晶振作時鐘源。

1.2.8 外部功放

外部通過麥克風對語音進行采集，對采集到的語音進行濾波，放大，再將處理過的信號送入A/D，通過D/A將語音送到功放，最后經(jīng)過耳機送出。

1.2.9 FIR濾波器的設(shè)計

數(shù)字濾波是語音和圖像處理、模式識別、譜分析等應(yīng)用中的一個基本的處理算法。與模擬濾波相比，數(shù)字濾波具有很多突出的優(yōu)點，例如它可以滿足濾波器對幅度和相位特性的嚴格要求，可以避免模擬濾波所無法克服的電壓漂移、溫度漂移和噪聲等問題。用DSP芯片實現(xiàn)數(shù)字濾波除了具有穩(wěn)定性好、精度高、不受環(huán)境影響等優(yōu)點外，還具有靈活性好的特點。本次設(shè)計的是FIR濾波器。首先通過MATLAB進行FIR濾波器的設(shè)計，求出濾波器系數(shù)。具體做法如下：

通過MATLAB中的濾波器設(shè)計工具箱，進行參數(shù)設(shè)置。主要處理的是語音信號，因為信號中含有50HZ的交流信號，要把這部分信號濾掉，因此采用帶通濾波。通帶為60HZ—3400HZ。采樣頻率Fs=8KHZ，第一截止頻率Fstop1=60HZ，第一通帶頻率Fpass1=200HZ，第二通帶頻率Fpass2=3400HZ，第二截止頻率Fstop2=3600HZ。 濾波系數(shù)求出后，可設(shè)計該濾波器。在C54X系列的DSP中用macd指令完成卷積運算。

2 系統(tǒng)調(diào)試

2.1 調(diào)試方法

電路設(shè)計時各系統(tǒng)里模塊分明、信號流向清晰，因此調(diào)試時按照信號流向進行調(diào)試，分模塊校準，具體為先按信號流向順序后整機參數(shù)較檢的方法測試參數(shù)數(shù)據(jù)，提高了調(diào)試效率。

2.2 硬件調(diào)試

首先，檢查電源電路。先檢查電源與地、電源與電源之間有沒有短路；再上電檢查，用萬用表測試各電源電壓。無誤后檢查各芯片電源引腳的電壓準確性。

第二，確保電源無誤，焊接DSP芯片及其基本外圍電路復位、時鐘和XF測試燈LED。確保引腳間不短路后，上電測試DSP芯片時鐘輸出端時鐘狀態(tài)正確性，然后編寫一個簡單的測試程序驗證DSP芯片的工作情況，讓XF測試燈閃爍。

第三，完成以上兩個步驟后再逐個焊接其他貼片芯片并逐個檢查驗證無誤后最后再焊接插針等擴展接口。

第四，對子板的調(diào)試。為了保證采集到的信號能夠減少干擾，并對信號放大10倍，在開始設(shè)計的時候單獨制作該部分電路。在調(diào)試的過程中，濾波電容和耦合電容的接入是很必要的。在信號線經(jīng)過的線路，要盡量的短，線盡量粗。目的是減少不必要的干擾，實驗證明效果很好，語音很清晰。

第五，A/D、D/A模塊的調(diào)試。在調(diào)試的過程中，先在A/D的輸入端輸入一正弦波，f<8KHZ，電壓不大于1V，在D/A的輸出端用示波器觀察輸出，可看到一個與輸入頻率相同的正弦波，但幅值稍有不同。要注意的是，這部分電路在調(diào)試時要單獨調(diào)試，不要與前端運放相連。因為信號經(jīng)過運放后，波形已經(jīng)有一定的失真，不好觀察A/D、D/A的效果。

2.3 軟件調(diào)試

軟件調(diào)試使用CCS2.0 DSP開發(fā)軟件。調(diào)試時以C語言編程為主，結(jié)合簡單的C與匯編混合編程。測試XF引腳的工作狀態(tài)。用指令“asm（“ ssbx xf”）和asm（“ rsbx xf”）”對XF引腳操作。AD數(shù)據(jù)采集。AD50能達到22.05KHZ的采樣率。

對采集到的語音信號進行FIR濾波運算。程序采用中斷的方法。主程序一直在等待中斷，當有新數(shù)據(jù)到達DRR端時，觸發(fā)中斷，調(diào)用中斷程序，并運行中斷程序。通過CCS2.0觀察比較濾波前后的波形，可以看到語音經(jīng)過FIR濾波后， 200Hz以下的信號被明顯的抑制，降低了二十幾個dB，并且3600Hz以上的頻率分量明顯被抑制。

3 結(jié)語

本次設(shè)計硬件上完成了一個基于TMS320C542芯片的單通道語音信號處理平臺的設(shè)計，包括電源電路、復位電路、時鐘電路，子板包括A/D/A與DSP的接口電路、濾波電路、放大電路。并在此平臺上用FIR濾波算法對語音信號進行濾波處理，經(jīng)過測試，證明了本系統(tǒng)板的開發(fā)集可用性、實用性、可靠性、穩(wěn)定性和靈活性于一身，為普通用戶提供了一個實用的DSP開發(fā)平臺。系統(tǒng)開發(fā)空間大，接口方便，使用靈活，便于用戶擴展功能。

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