基于TMS320VC5402的语音信号采集系统设计--《DSP原理及应用》课程设计湖北民族学院信息工程学院D S P课程设计报告书题目: 基于TMS320VC5402的语音信号采集系统设计专业：电气工程及其自动化班级： 0307406班学号：学生姓名：指导教师：黄勇2010 年 6 月 25 日信息工程学院课程设计任务书年月日信息工程学院课程设计成绩评定表摘要在研究数字信号处理的基础上，提出了一个基于DSP TMS320VC5402和A/D转换芯片TLC320AD50的语音信号采集系统的设计。

给出了该系统的总体设计方案，具体硬件电路,包括系统电源设计、复位电路设计、时钟电路设计、存储器设计、A/D接口电路设计、JTAG接口设计、DSP与A/D芯片的连接等，以及软件流程图。

实验表明: 所设计的基于DSP的硬件和软件系统是一个很好的语音信号采集系统,该系统结构清晰，电路简洁，易于实现。

关键词：语音信号；数据采集；DSP；TLC320AD50AbstractIn the study based on digital signal processing,proposed a design based on DSP TMS320VC5402 and A / D converter chip TLC320AD50 speech signal acquisition system.Gives the overall design scheme of the system, the hardware circuit including the system power supply design, the reset circuit design, clock circuits, memory design, A / D interface circuit, JTAG interface design,the connections of DSP and A / D chip and so on, and software flow chart. Experiments show that: the design based on DSP hardware and software systems is an excellent voice signal acquisition system,the system structure is clear, the circuit is simple and easy to achieve.Key words: Voice signal; Data Acquisition; DSP;TLC320AD50目录1 任务提出与方案论证 (10)1.1TMS320VC5402介绍101.2TLC320AD50介绍152 总体设计 (16)2.1 DSP核心模块的设计 (17)2.2 A\D转换模块 (17)3 详细设计 (19)3.1 硬件设计 (19)3.1.1 DSP芯片 (19)3.1.2 电源设计 (20)3.1.3 复位电路设计 (21)3.1.4 时钟电路设计 (22)3.1.5 程序存储器扩展设计 (23)3.1.6数据存储器扩展设计 (24)3.1.7 JTAG接口设计 (24)3.1.8 A/D接口电路设计 (25)3.2 软件设计 (27)3.2.1 MATLAB 环境中的语音信号采集和处理仿真 (27)3.2.2系统软件设计 (29)4 总结 (42)参考文献 (43)1 任务提出与方案论证20世纪50年代以来，随着数字信号处理各项技术的发展，语音信号处理技术得到不断提高, 语音合成、语音识别、语音记录与语音控制等技术已开始逐步成熟并得到应用。

在语音信号处理过程中, 要实现语音信号处理技术的精确性、实时性目的，语音信号采集和无误差存储成为语音信号处理中的前提。

TMS320VC5402是TI公司推出的定点数字信号处理器，它采用修正的哈佛结构，包括1个程序存储总线、3个数据存储总线和4个地址总线，这种结构允许同时执行程序指令和对数据操作，运行速度快，单周期定点指令执行时间为10ns，远高于语音信号采集和处理的要求。

在语音信号采集中, 模拟信号向数字信号转换（ADC)的精度和实时性对后续信号处理过程起到了重要作用。

设计中采用TLC320AD50完成语音信号的A/D转换。

TLC320AD50是TI公司提供的一款16 bit同步串口A/D和D/A转换芯片，ADC之后有1个抽取滤波器以提高输入信号的信噪比, 其采样频率最高可达22.5 Kb/s，满足语音信号处理中关于采样频率的要求。

1.1TMS320VC5402介绍TMS320VC5402是基于一个先进的哈佛结构:一个指令存储总线和三个数据存储总线。

此处理器提供一个具有高平行度的算术逻辑单元、特殊功效的硬件逻辑、片上存储器和附加的外围芯片。

操作灵活和快速的DSP原理及专用的指令系统。

独立的程序和数据空间允许他同时并行地访问指令和数据，提供了高度的平行性。

在一个独立的周期内可以同时执行一次写操作和两次读操作。

并行的指令存储和特殊功用的指令都可以完全的被在一个机器周期内执行。

数据可以在程序空间或数据空间内传输（见图1.1-1输入输出时序图）。

这一并行操作是算术、逻辑以及二进制运算的强大的机制。

另外，C5402还包括控制机制从而可以处理中断、循环、程序调用。

图1.1-1 输入输出时序图C5402设备提供片上ROM和RAM来帮助系统完成执行任务和系统的综合。

C5402映射到片上一块4K×16bit ROM。

用户可以根据自己的需要来设置ROM的编程实现自己应用目的。

安全选项可以用来保护自定义的ROM。

系统的引导可以在C5402的片上ROM中利用。

这段引导程序在上电时可以主动的把用户代码程序从片外存储器中装载进来。

但如果引脚MP/MC在硬件复位时被采样低电平，那么程序将从ROM的FF8h0处开始执行。

这个区域包含了启动引导程序的分支指令。

C5402引导提供了不同装载程序的方法以便适应不同系统的需求：并行的8位时16位EPROM并行的8位I/O空间或16位模式8位或时16位的串口模式中断和陷阱向量都被定义地址到程序空间。

这些向量是软的---也就是说当遇到陷阱时，处理器的PC装入陷阱向量从而让处理器去处理向量位置处的程序。

每个向量地址都有四个字空间被保留，以便适应延迟的分叉指令，不管是一字指令还是两字指令，只要是允许中断分支服务与正常的服务。

在系统复位时，复位、中断和陷阱向量都被映射到程序地址空间FF80h。

然而，这些向量可以被重新映射到128字页的程序空间当系统复位时。

这将pmtr寄存器装载中断向量标志位被完成。

在完成装载IPTR之后，任何用户中断或陷阱向量将会被映射到新的128数字的页面上来。

C5402在程序空间规划时用一个可扩展的页存储器，它允许访问1024K的程序存储器空间数据存储器空间用于存储需要程序处理的数据或程序处理后的结果。

通过对处理器方式状态寄存器PMST的DROM位的设置，将片内ROM配置在数据存储器空间（DROM=1），这样，可以用指令将片内ROM作为数据存储器中的数据ROM来读取。

复位时，DROM位被清0；64K字的数据存储器空间包括数据存储器映像寄存器，0000H～001FH是常用的CPU寄存器地址，0020H～005FH是片内外设寄存器的地址。

I/O空间用于与外部存储器映像的外设接口，也可以用于扩展外部数据存储空间，除程序存储器空间和数据存储器空间外，C54x系列器件还提供了I/O存储器空间，利用I/O空间可以扩展外部存储器。

I/O存储器空间为64K字（0000h～FFFFh），有两条指令PORTR和PORTW可以对I/O存储器空间操作，读写时序与程序存储器空间和数据存储器空间有很大不同。

TMS320VC5402存储器分配情况如图1.1-3存储器分配图所示，当存储空间超过64K之后，TMS320VC5402采用了分页机制，进行程序扩展见图1.1-4存储器分页机制所示。

0000H007FH 0080H3FFFH 4000H0000H007FH 0080H3FFFH 4000H 程序空间：页0程序空间：页0FF7FH FF80H FF7FH FF80H F000H FF00H0000H 005FH0080H 34000H数据空间FF7FHFF80HEFFFHF000HFF00H0060H 007FH MP/MC=1（微处理器模式）MP/MC=0（微型计算机模式）图1.1-3 存储器分配图0 0000H0 F 1 2 0000H 2 4000H............F F 4000HF FFFFHXPC=0XPC=1XPC=2XPC=15图1.1-4存储器分页机制1.2TLC320AD50介绍TLC320AD50(以下简称AD50 )是TI生产的多媒体音频编解码器芯片,它集成了16位A/D和D/A 转换器,采样速率最高可达22.05KHz,其采样速率可通过DSP编程来设置。

在AD50内部ADC之后有抽样滤波器,以提高输入信号的信噪比,在DAC之前有插值滤波器,以保证输出信号平滑。

AD50内部有7个数据和控制寄存器,用于编程设置它们的工作状态。

由于语音信号的频率范围在200Hz～23400Hz之间,采样率一般设定为8kHz,所以用AD50做AD转换器非常合适。

AD50的工作方式和采样频率均通过串口编程来实现。

由于转换的数据和控制数据是通过同一串行口进行传输的,所以AD50中有首次通信和二次通信。

首次通信专用于转换数据的传送,其时序如图2所示。

二次通信则用来设置和读出寄存器的值,所有的寄存器都在二次通信时编程。

启动二次通信有两种方法,一种是在FC上加高电平,第二种是将15位方式在首次通信的D IN的LSB位置为1。

AD50完成语音信号采集后,在DSP中进行相应的处理算法,语音信号经处理再从AD50输出。

2 总体设计基于TMS320VC5402的语音信号采集系统的结构如图2–1所示，该系统的中央处理单元采用美国TI(德州仪器)公司的高性能定点数字信号处理芯片TMS320VC5402，TMS320VC5402是TI公司推出的定点数字信号处理器，它采用修正的哈佛结构，包括1个程序存储总线、3个数据存储总线和4个地址总线，这种结构允许同时执行程序指令和对数据操作，运行速度快，单周期定点指令执行时间为10ns。

在语音信号采集中, 模拟信号向数字信号转换（ADC)的精度和实时性对后续信号处理过程起到了重要作用。

设计中采用TLC320AD50完成语音信号的A/D转换。