DSP的语音录播器设计方案doc.docx
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DSP的语音录播器设计方案doc
齐齐哈尔大学
毕业设计（论文）
题目基于DSP的语音录播器设计
学院通信与电子工程学院
专业班级通信工程084班
学生姓名云永祯
指导老师朱恒军
成绩
摘要
DSP理论和技术是目前电子技术和IT领域中的基本工程理论与核心技术。
实际上，DSP技术已经深入到各个工业应用技术中，它已经成为21世纪初各种新技术的共同基础。
语音处理是数字信号处理最活跃的研究方向之一，在IP电话和多媒体通信中得到广泛应用。
和其他类型的处理器相比，DSP具有速度快、运算能力强等优点，使它在语音处理方面有显著优势。
本文以TI公司的TMS320C5402芯片为核心构建最小系统，在此基础上进行功能扩展，设计一个基于DSP、语音编解码芯片和FLASH的语音录音与回放系统，阐述了系统硬件设计原理和过程。
并在CCS2.0环境下编程，实现语音录音与回放功能。
实验证明该系统具有电路连接简单，编程容易，整个系统具有较好的扩展能力和适应性。
关键词：
数字信号处理器；语音编解码芯片；闪存；语音录音和回放
Abstract
AtpresenttheDSPtheoryandtechnologyarethebasicprojecttheoryandcoretechnologiesintheelectronictechnologyandITdomain.Infact,theDSPtechnologyhasalreadypenetratedintoeachindustrialapplicationtechnology,andithasalreadybecomethecommongroundofallkindsofnewtechnologiesatthebeginningofthe21stcentury.
Speechprocessingisoneofthemostactiveresearchindigitalsignalprocessing,anditiswidelyusedintheIPtelephonyandmultimediacommunication.Comparedwithothertypesofprocessors,DSPhastheadvantagesofhighspeedandstrongcomputingcapacityetc,andthismakesithaveasignificantadvantageinspeechprocessing.
ThisarticletakeTICorporation'sTMS320C5402chipasthecoretoconstructthesmallestsystem,expandingthefunctionbasedonthefoundation,designingarecordingandplayingspeechsystembasedonDSP、speechcodinganddecodingchipandFlash,InCCS2.0programmingenvironment,thepuperachievestherecordingandplayingfunction.
Theexperimentresultsshowthissystemissimpleinthecircuitconnection,andiseasyinprogramming.Thewholesystemhasbtterextendedcapabilityandapplicability.
Keywords：
DSP；TLC320AD50；FLASH；TheRecordingandPlayingSpeechSystem
目录
摘要I
AbstractII
第1章绪论1
1.1引言1
1.2数字语音录放系统的发展1
1.3论文研究的意义2
1.4论文设计的内容2
第2章TMS320C5402DSP芯片的基本结构和特性3
2.1TMS320C5402的基本结构3
2.2存储器介绍4
2.3TMS320C5402的总线结构6
2.4IEEE1149.1标准的逻辑扫描电路7
2.5本章小结7
第3章最小系统硬件设计8
3.1最小系统模块硬件总体框图8
3.2电源电路8
3.3复位电路9
3.4时钟电路12
3.5JTAG仿真接口13
3.6本章小结13
第4章语音录音与回放系统的硬件设计14
4.1语音录音与回放系统的总体设计框图14
4.2语音输入模块接口电路14
4.2.1前置放大14
4.2.2反混叠滤波14
4.3语音编解码芯片TLC320AD50C模块15
4.4TMS320C5402与TLC320AD50C硬件接口设计19
4.5McBSP基本原理19
4.6FLASH模块的设计22
4.7语音输出模块设计23
4.8本章小结24
参考文献25
第1章绪论
1.1引言
随着信息技术革命的深入和计算机技术的飞速发展，数字信号处理技术已经逐渐发展成为一门关键的技术学科。
而DSP芯片的出现则为数字信号处理算法的实现提供了可能。
这一方面极大地促进了数字信号处理技术的进一步发展；另一方面，它也使数字信号处理的应用领域得到了极大的拓展。
在国外DSP芯片已经被广泛地应用于当今技术革命的各个领域；在我国，DSP技术也正以极快的速度被应用到科技和国民经济的各个领域。
目前，在微电子技术发展的带动下，DSP芯片的发展日新月异，DSP的功能日益强大，性能价格比不断上升，开发手段不断改进。
DSP芯片已经完全走下了“贵族”的圣坛。
DSP芯片已经在通信与电子系统、信号处理系统、自动控制、雷达、军事、航空航天、医疗、家用电器、电力系统等许多领域中得到了广泛的应用，而且新的应用领域在不断地被发掘。
TI、AD、AT&T、Motorola和Lucent等公司是DSP芯片的主要生产商。
其中TI公司的TMS320系列的DSP占据了全球DSP市场的50%左右。
该系列产品在我国同样被用户广泛使用，市场份额更高，超过90％。
鉴于多数DSP芯片和高速A/D、D/A芯片工艺为贴片封装，对一般用户来说工厂制板成本较高、手工工艺难制板、效果差等困难，本系统设计了一套基于DSP芯片的最小系统板，并扩展了A/D、D/A实现语音信号的采集和回放，制作语音处理平台。
设计的核心芯片采用TI公司的TMS320VC5402进行设计，其最高处理速度能达到100MIPS（每秒执行100百万条指令），性能优越、性价比高，适合大多数用户和教案科研。
1.2数字语音录放系统的发展
数字语音录放是指利用数字技术对语音信号进行采集、处理、并且在一定存储设备中进行存储，并可在需要时进行输出的过程。
相对于模拟设备来说，数字设备容易于集成、小型化、成本低，同时更为稳定，且操作更为直接、方便，使得数字语音录放系统目前在各种领域中都得到了广泛的应用。
例如监控环境中使用的语音采集系统；再如家庭或学校中使用的语音复读机等，都可看作是数字语音录放系统的典型应用。
然而目前一般的数字语音录放系统中，对语音知识进行简单的采集、存储和播放；虽然可以较大程度上保证语音的保真度，但过多的语音数据会造成对大量存储设备的需求。
对于大型系统，可通过采用大容量的硬盘、甚至大规模的磁盘阵列来解决。
但是对于小型的设备，例如便携式的语音复读机，由于容量有限，则不能采用同样的方法。
近年来，语音信号处理技术研究的突飞猛进，为数字语音录放系统提供了新的发展空间。
对语音的采集、处理从以前简单的波形编码转变为进行参数编码、压缩，从而大大减少了存储数据。
举例来说，原始语音一般都是采用8KHz抽样，16bits的线性PCM编码进行采集，在一般的系统中就直接将采集后的数据进行存储。
而如果采用参数编码对采集后的数据进行压缩，存储量则可以大大减少，当需要恢复语音时，可利用编码后的参数进行合成，可以得到质量令人满意的结果。
1.3论文研究的意义
随着数字信号处理算法在DSP上的实现,基于DSP处理器的语音处理也得到了更广泛的应用。
语音信号具有随机性强、应用广泛和实时性要求高等特点。
和较其他类型处理器相比，DSP具有处理速度快、运算能力强的特点，使它在语音处理方面的应用优势显著。
语音信号的处理包括信号采集、处理、传输、存储和回放等一系列过程。
其中,语音信号的采集、传输和播放属于语音信号的控制,满足一般的标准操作即可；而语音信号的处理和存储与应用类型有很大的联系,不同的应用要求的处理和存储算法也不一样。
语音信号的采集和回放是语音信号处理的基础,在基于DSP的语音处理系统中，DSP通过控制AD50芯片采集和播放语音信号,再通过DSP实现各种语音处理算法。
在TI各个系列DSP芯片中,16位的C54x因其指令简单、接口连接方便而在语音处理系统中得到广泛应用。
同时采用基于DSP的语音录音和回放系统的意义在于闪速存储器（FLASH）是可快速擦写的非易失性存储器，它最大的特点是在不加电的情况下能长期保持存储的信息。
此外，它还具有不需要存储电容器、集成度更高、制造成本低于DRAM、使用方便、读写灵活的特点。
这也是本论文设计的亮点的。
1.4论文设计的内容
本文首先设计一个DSP的最小系统，在最小系统的基础上加上Flash模块、语音编解码芯片、语音输入模块、语音输出模块构成了基于DSP的语音录音与回放系统。
并在此硬件平台上，进行软件设计。
在CCS2.0环境下编程，实现对语音录制和回放功能。
首先，语音编解码芯片进行读操作，将采集到的语音信号存到Flash中，即实现语音录音功能。
然后，对语音编解码芯片进行写操作，实现语音回放功能。
第2章TMS320C5402DSP芯片的基本结构和特性
2.1TMS320C5402的基本结构
TMS320C5402是TI公司于1996年推出的一种定点DSP芯片,采用先进的修正哈佛结构和8总线结构,使处理器的性能大大提高。
其独立的程序和数据总线,允许同时访问程序存储器和数据存储器,实现高速并行操作。
其具有以下特点：
（1）最高时钟频率达100MHz。
可以通过软件编程在片内的锁相环（PLL）实现10MHz整数倍的工作频率，最高也可达100MHz，使指令周期为10ns，达到100MIPS的运算速度。
内核电压为1.8V，I/O电压为3.3V。
片内存储器位16KBDARAM，4KBROM。
功耗低，平均约为0.32mW/MIPS。
3种低功耗工作方式（IDLE1、IDEL2和IDEL3）可以节省DSP的功耗，特别适合电池供电系统。
（2）内部采用改进的哈佛结构，即程序空间和数据空间分开，允许同时取指令和取操作数，而且还允许在程序和数据之间相互传送数据。
（3）内部采用多总线结构，C54x内部有P、C、D和E等4条总线（每条总线包括地址总线和数据总线），可以在1个周期内从程序存储区取1条指令，从数据存储区读2个操作数并向数据存储区写1个操作数，大大提高了DSP的运行速度。
（4）采用流水线结构，将1条指令执行所需的取指、译码、取操作数并执行等几个步骤同时完成，使指令周期降低到最小值。
（5）优化的CPU结构，内部有1个40位的算术逻辑单元，2个40位的累加器，2个40位的加法器，1个17×17的乘法器以及1和40位的桶形移位器；有4条内部总线。
它们可以在1个指令周期
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