DSP課程設(shè)計(jì)基于TM320VC5402語(yǔ)音采集壓縮存儲(chǔ)與回放

1、 目 錄摘要第1章 概述11.1設(shè)計(jì)目的11.2設(shè)計(jì)要求1第2章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案22.1 tms320vc5402芯片的基本原理22.2 語(yǔ)音采集與輸出模塊4第3章 軟件設(shè)計(jì)與系統(tǒng)仿真53.1軟件設(shè)計(jì)流程圖53.2 ccs操作過(guò)程53.3系統(tǒng)仿真5第4章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)8參考文獻(xiàn)9附錄：源程序代碼10第1章 概述1.1設(shè)計(jì)目的在ccs環(huán)境下基于tms320vc5402芯片的語(yǔ)音采集壓縮存儲(chǔ)與回放。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，加深對(duì)ccs集成開(kāi)發(fā)環(huán)境的以及dsp試驗(yàn)系統(tǒng)箱的使用。鍛煉邏輯思維能力、動(dòng)手能力以及獨(dú)立解決問(wèn)題的能力，對(duì)以后更深入地學(xué)習(xí)和應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理及相關(guān)知識(shí)作準(zhǔn)備。1.2設(shè)計(jì)要求（1）了解

2、dsp開(kāi)發(fā)工具及其安裝過(guò)程（2）熟悉dsp開(kāi)發(fā)軟件ccs使用（3）熟悉工程文件的建立方法、匯編程序開(kāi)發(fā)調(diào)試過(guò)程（4）熟悉常用c5402系列指令的用法（5）在老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)的全部?jī)?nèi)容，并按要求編寫(xiě)課程設(shè)計(jì)論文，能正確闡述和分析設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。第2章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案2.1 tms320vc5402芯片的基本原理tms320vc5402 數(shù)字信號(hào)處理器是ti公司為實(shí)現(xiàn)低功耗，高速實(shí)時(shí)信號(hào)處理而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的16位定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器，采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，具有高度的操作靈活性和運(yùn)行速度，適用于遠(yuǎn)程通信等實(shí)時(shí)嵌入式應(yīng)用的需要。廣泛應(yīng)用于電子測(cè)試、電子設(shè)計(jì)、模擬仿真、通信工程中。tms320v

3、c5402具有的主要優(yōu)點(diǎn)如下：(1) 圍繞一組程序總線(xiàn)、三組數(shù)據(jù)總線(xiàn)和四組地址總線(xiàn)而建立的改進(jìn)哈佛結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的多功能性和操作的靈活性。 (2) 具有高度的并行性和專(zhuān)用硬件邏輯的cpu設(shè)計(jì)，提高了芯片的性能。(3) 具有完善的尋址方式和高度專(zhuān)業(yè)化指令系統(tǒng)，更適用于快速算法的實(shí)現(xiàn)和高級(jí)語(yǔ)言編程的優(yōu)化。(4) 模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使派生器件得到了更快的發(fā)展。(5) 采用先進(jìn)的ic制造工藝，降低了芯片的功耗，提高了芯片的性能。(6) 采用先進(jìn)的靜態(tài)設(shè)計(jì)技術(shù)，進(jìn)一步降低了功耗，使芯片具有更強(qiáng)的應(yīng)用能力。tms320vc5402主要有中央處理器cpu，特殊功能寄存器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器ram，程序存儲(chǔ)器rom，

4、i/o接口功能，串行口，主機(jī)通信接口hpi，定時(shí)器，中斷系統(tǒng)等10部分組成。各部分功能如下：(1) 中央處理器（cpu）它是dsp芯片的核心，它有以下特點(diǎn)：(a) 采用多總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，通過(guò)一組程序總線(xiàn)、三組數(shù)據(jù)總線(xiàn)和四組地址總線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。(b) 40位算術(shù)邏輯運(yùn)算單元alu，包括一個(gè)40位的桶形移位寄存器和兩個(gè)獨(dú)立的40位累加器。(c) 1717位并行乘法器，與40位專(zhuān)用加法器相連，可用于進(jìn)行非流水線(xiàn)的單周期乘法累加運(yùn)算。(d) 比較、選擇、存儲(chǔ)單元，可用于viterbi譯碼器的加法比較選擇運(yùn)算。(e) 指數(shù)編碼器，是一個(gè)支持單周期指令exp的專(zhuān)用硬件。可以在一個(gè)周期內(nèi)計(jì)算40位累加器數(shù)值的指數(shù)。(

5、f) 配有兩個(gè)地址生成器，包括8個(gè)輔助寄存器和2個(gè)輔助寄存器運(yùn)算單元。(2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器ramtms320vc5402有兩種片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：(a) 雙尋址ram：在一個(gè)指令周期內(nèi)，可對(duì)其進(jìn)行兩次存取操作，一次讀出和一次寫(xiě)入；(b) 雙尋址ram：在一個(gè)指令周期內(nèi)，只能進(jìn)行一次存取操作。(3) 程序存儲(chǔ)器romtms320vc5402的程序存儲(chǔ)器可由rom和ram配置而成，程序空間可以定義在rom上，也可以定義在rom上。當(dāng)需要高速運(yùn)行程序時(shí)，可以將片外rom中的程序調(diào)入到片內(nèi)ram中，以提高程序運(yùn)行速度。降低對(duì)外部rom的要求，增強(qiáng)系統(tǒng)整體抗干擾性能。(4) i/o口tms320vc5402芯片

6、只有兩個(gè)通用i/o引腳bio和xf，bio主要用來(lái)監(jiān)測(cè)外部設(shè)備工作狀態(tài)，而xf用來(lái)發(fā)信號(hào)給外部設(shè)備。 另外，芯片還配有主機(jī)接口hpi，同步串行口和64k字的i/o空間，hpi和串行口通過(guò)控制，用做通用i/o口使用。而64k字i/o空間可通過(guò)外加緩沖器或鎖存電路，配合外部i/o讀寫(xiě)控制時(shí)序構(gòu)成片外外設(shè)的控制電路。(5) 定時(shí)器定時(shí)器是一個(gè)軟件可編程計(jì)數(shù)器，用來(lái)產(chǎn)生定時(shí)中斷。定時(shí)器主要由定時(shí)寄存器tm，定時(shí)周期寄存器prd，定時(shí)控制寄存器tcr及相應(yīng)的邏輯控制電路組成。其中寄存器tim、prd和tcr都是存儲(chǔ)映象寄存器，它們?cè)跀?shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的地址分別為0024h、0025h和0026h。tim是一個(gè)

7、減1寄存器。prd用來(lái)存放定時(shí)時(shí)間常數(shù)。tcr中包含定時(shí)器的控制位和狀態(tài)位。 (6) 中斷系統(tǒng)tms320vc5402的中斷系統(tǒng)具有硬件中斷和軟件中斷。 硬件中斷：由外圍設(shè)備引起的中斷分為片外外設(shè)所引起的中斷和片內(nèi)外設(shè)所引起的中斷。軟件中斷：有程序指令intr、trap和reset所引起的中斷。中斷管理優(yōu)先級(jí)為1116個(gè)固定級(jí)，有4種工作方式。 (7) 主機(jī)接口hpihpi是一個(gè)與主機(jī)通信的并行接口，主要用于dsp與其他總線(xiàn)或cpu進(jìn)行通信，信息可通過(guò)tms320vc5402的片內(nèi)存儲(chǔ)器與主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。不同型號(hào)的器件配置不同的hpi口，可分為8位標(biāo)準(zhǔn)hpi口、8位增強(qiáng)型hpi接口和16位增

8、強(qiáng)型hpi接口。 (8) 指令系統(tǒng)支持單指令重復(fù)和塊指令重復(fù)；支持存儲(chǔ)器塊傳送指令；支持32位長(zhǎng)操作數(shù)指令；具有支持2操作數(shù)或3操作數(shù)的讀指令；具有能并行存儲(chǔ)和并行加載的算術(shù)指令；支持條件存儲(chǔ)指令及中斷快速返回指令。(9) 片外圍電路具有軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器；設(shè)有可編程分區(qū)轉(zhuǎn)換邏輯電路；帶有內(nèi)部震蕩器或外部時(shí)鐘源的片內(nèi)鎖相環(huán)發(fā)生器；支持全雙工操作的串行口，可進(jìn)行8位或16位串行通信。2.2 語(yǔ)音采集與輸出模塊語(yǔ)音采集與輸出模塊采用的是ti公司推出的一款高性能的立體聲音頻codec芯片tlc320ad50c，內(nèi)置耳機(jī)輸出放大器，支持mic和line in兩種輸入方式（二選一），且對(duì)輸入和輸出

9、都具有可編程增益調(diào)節(jié)。ad50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(jìn)的sigmadelta過(guò)采樣技術(shù)，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(dá)到90db和100db。與此同時(shí)，ad50還具有很低的能耗，回放模式下功率僅為23mw，省電模式下更是小于15uw。由于具有上述優(yōu)點(diǎn)，使得ad50是一款非常理想的音頻模擬i/o器件，可以很好的應(yīng)用在隨聲聽(tīng)（如cd，mp3）、錄音機(jī)等數(shù)字音頻領(lǐng)域2。由tlc320ad50c組成的語(yǔ)音輸入與輸出模塊不僅采樣率高最高可達(dá)96k，且外圍電路

10、簡(jiǎn)單，性?xún)r(jià)比高。在主程序中通過(guò)a/d抽樣量化，可以得到16位的線(xiàn)性編碼，再由編碼表通過(guò)軟件計(jì)算得到8位a律編碼，其中最高位為符號(hào)位，第6位到第4位為段落碼，低4位為段內(nèi)碼。將8位的壓縮結(jié)果存儲(chǔ)到系統(tǒng)ram中進(jìn)行緩存，根據(jù)抽樣率、語(yǔ)音存儲(chǔ)時(shí)間以及系統(tǒng)ram的容量設(shè)置語(yǔ)音存儲(chǔ)緩沖區(qū)的大小，待緩沖區(qū)存滿(mǎn)后，將緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓縮，然后輸出到speaker接口輸出端。若使用a/d轉(zhuǎn)換器，必須首先對(duì)a/d轉(zhuǎn)換器進(jìn)行初始化設(shè)置，即設(shè)置a/d轉(zhuǎn)換器的工作模式、輸入增益以及抽樣頻率等。模擬信號(hào)源a/d轉(zhuǎn)換電路數(shù)字邏輯電路dspd/a轉(zhuǎn)換電路模擬信號(hào)輸出圖2.1 語(yǔ)音的采集和回放的基本結(jié)構(gòu)圖第3章 軟件設(shè)計(jì)

11、與系統(tǒng)仿真3.1軟件設(shè)計(jì)流程圖在對(duì)語(yǔ)音進(jìn)行采集時(shí)，先要初始化dsp及其串口和a/d和d/a轉(zhuǎn)換器。初始化dsp及串行口初始化a/d轉(zhuǎn)換器d/a轉(zhuǎn)換器語(yǔ)音經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換器輸入數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)存儲(chǔ)解壓縮經(jīng)d/a轉(zhuǎn)換器回放結(jié)束開(kāi)始圖3.1軟件設(shè)計(jì)流程圖3.2 ccs操作過(guò)程1將工程文件夾放入c盤(pán)要求目錄下。2. 打開(kāi)ccs，project open，打開(kāi)工程文件。3進(jìn)行編譯，連接。4根據(jù)錯(cuò)誤提示，對(duì)build option進(jìn)行正確的設(shè)置，修改頭文件路徑。5再編譯，連接，顯示沒(méi)有錯(cuò)誤。6load program-run，此時(shí)三盞燈循環(huán)亮，之后程序開(kāi)始，第一盞燈亮開(kāi)始錄音，一段時(shí)間后第二盞燈亮開(kāi)始放音，然后又

12、開(kāi)始錄音。依次循環(huán)。3.3系統(tǒng)仿真點(diǎn)擊工具欄上面的“view”選擇“watch window”然后再輸入“buffer”后就可以出現(xiàn)此數(shù)組的值，其結(jié)果如下圖所示：圖4.1數(shù)組的值再在“view”中選擇“memory”可以看到存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)，其結(jié)果如下圖所示：圖4.2存儲(chǔ)器中的值在“view”中選擇“graph”然后點(diǎn)擊“time frequentcy”可以看到語(yǔ)音輸入的波形，壓縮后的波形以及解壓后的波形圖。在觀(guān)察波形的時(shí)候可以加入斷點(diǎn)，然后按animate動(dòng)態(tài)顯示，這更便于觀(guān)察波形。圖4.3語(yǔ)音采集的輸入波形圖4.4語(yǔ)音壓縮后的波形圖4.5語(yǔ)音解壓后的波形從上面的三幅仿真結(jié)果圖可以得到輸入的波

13、形圖與壓縮后的波形圖相比，壓縮后的波形比輸入的波形要尖銳一些，而解壓后的波形圖與輸入的波形相比基本上是一樣的，也就是說(shuō)該課程設(shè)計(jì)是成功的。第4章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)通過(guò)這次的dsp課程設(shè)計(jì)，讓我充分認(rèn)識(shí)到了我的不足。我雖然學(xué)習(xí)過(guò)c語(yǔ)言的編程，但一旦將它應(yīng)用到實(shí)際的比較專(zhuān)業(yè)的問(wèn)題上，我所學(xué)的知識(shí)就變得完全不夠用了，為了這次課程設(shè)計(jì)我查詢(xún)了大量的資料，無(wú)論是c語(yǔ)言方面的還是壓縮算法方面的都讓我們花費(fèi)了很多時(shí)間，查詢(xún)到了需要的資料我們又對(duì)它們進(jìn)行了整理，提取出我們需要的a律壓縮和律壓縮的算法和原理，并且努力去理解其中的知識(shí)，使其能為我們所用，盡管如此我們?nèi)匀粵](méi)能成功的編出屬于我們自己的程序，因此我們找到了

14、一份編好的程序，用我們已經(jīng)理解的知識(shí)去分析它，理解這份程序的原理，并根據(jù)我們的實(shí)際對(duì)它進(jìn)行一些修改，從而我們才得出我們現(xiàn)在的程序。雖然程序編寫(xiě)成功了但我們?cè)谡{(diào)試上又遇到了很多的問(wèn)題，比如在ccs環(huán)境下我們要如何觀(guān)察波形，波形有代表什么等等，為此我們又不斷的翻閱課件和資料，才最終解決了所有的問(wèn)題，我的課程設(shè)計(jì)才算基本完成了。整個(gè)課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我在不斷的查閱資料和開(kāi)動(dòng)腦筋過(guò)程中，鍛煉了我的資料采集能力，也鍛煉了我的分析整理能力，為以后做畢業(yè)設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)；同樣在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中我遇到很多困難，而這些困難則鍛煉了我的耐心和分析解決問(wèn)題的能力；通過(guò)編程鍛煉了我的編程能力，使我對(duì)c語(yǔ)言，匯編語(yǔ)言和matla

15、b語(yǔ)言更加熟悉，讓我能更好的運(yùn)用它們；同時(shí)也鍛煉了我們的團(tuán)結(jié)協(xié)作能力，為將來(lái)走入社會(huì)能更好的工作打下了基礎(chǔ)。總之通過(guò)這次的實(shí)驗(yàn)，讓我認(rèn)識(shí)到了自己的不足，同時(shí)又通過(guò)這次的實(shí)驗(yàn)讓我們學(xué)到了讓我們受用一生的知識(shí)。參考文獻(xiàn)1戴明楨等編著.tms320c54x dsp 結(jié)構(gòu)原理及應(yīng)用. 北京：航空航天大學(xué)出版社，第2版，2007；2彭啟琮編著.dsp技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用.北京：高等教育出版社，2002；3胡廣書(shū)編著.數(shù)字信號(hào)處理理論、算法與實(shí)現(xiàn).北京：清華大學(xué)出版社，2005；4北京合眾達(dá)電子技術(shù)有限公司編著.seed-dtk系列實(shí)驗(yàn)手冊(cè).北京合眾達(dá)電子技術(shù)有限公司出版，2007。附錄：源程序代碼存儲(chǔ)器的分

16、配（5402.cmd）memory page 0: vecs: origin = 0080h, length = 0080h /* internal program ram */ pram: origin = 7600h, length = 8000h /* internal program ram */ page 1: scratch: origin = 0060h, length = 0020h /* scratch pad data ram */ dmaram: origin = 0c00h, length = 0300h /* dma buffer */ data: origin =

17、1100h, length = 0080h /* internal data ram */ stack: origin = 1180h, length = 0560h /* stack memory space */ inram: origin = 1900h, length = 0100h /* internal data ram */ hpram0: origin = 1a00h, length = 0002h /* hpi memory accessible by host and dsp */ hpram1: origin = 1a02h, length = 0280h /* hpi

18、memory accessible by host and dsp */ hpram2: origin = 1c82h, length = 0280h /* hpi memory accessible by host and dsp */ exram: origin = 1f10h, length = 9000h /* external data ram */sections .cinit pram page 0 .text pram page 0 .vectors vecs page 0 init_var pram page 0 detect pram page 0 vrcprg pram

19、page 0 matprg pram page 0 .stack stack page 1 .trap scratch page 1 .const exram page 1 .data exram page 1 .bss exram page 1 .cio exram page 1 .switch exram page 1 tables exram page 1 var exram page 1 svctab exram page 1 /* ss_v lsp table */ vctab exram page 1 /* v lsp table */ uvctab exram page 1 /*

20、 uv lsp table */ cuvtab exram page 1 /* stochastic codebook */ cdbktab exram page 1 /* various codebook tables*/ logtab exram page 1 /* table for log2 */ powtab exram page 1 /* table for pow2 */ hamtab exram page 1 /* table for hamming */ lgwtab exram page 1 /* table for lag window */ acostab exram

21、page 1 /* table for arccos */ sqrtab exram page 1 /* table for square root */ acbtab exram page 1 /* table for thresholds in acb */ pm03tab exram page 1 /* table for x(-0.3) computation */ costab exram page 1 /* table for cosine */ v23 inram page 1 fsk inram page 1 hpibuff0 hpram0 page 1 hpibuff1 hp

22、ram1 page 1 hpibuff2 hpram2 page 1 dma_buff dmaram page 1/*主程序設(shè)計(jì)*/*語(yǔ)音采集及回放程序，用a律進(jìn)行壓縮及解壓，采用ad50進(jìn)行a/d，d/a轉(zhuǎn)換 */ /*燈循環(huán)閃爍程序開(kāi)始，l0：錄音，l1：放音*/#include /* 頭文件*/#include #include #include #definesign_bit(0x80)/* sign bit for a a-law byte. */#definequant_mask(0xf)/* quantization field mask. */#definensegs(8) /

23、* number of a-law segments. */#defineseg_shift(4) /* left shift for segment number. */#defineseg_mask(0x70)/* segment field mask. */void delay(s16 period);void led(s16 cnt);void initcodec(void);void flashenable(void);unsigned char data2alaw(s16 pcm_val);int alaw2data(unsigned chara_val);static int s

24、earch(int val,short*table,int size);handle hhandset;s16 data;s16 data1;u16 i=0;u16 temp1;u16 j=0;u16 k,l=0;u8 temp2;u16 buffer20000;static short seg_end8=0x1f,0x3f,0x7f,0xff,0x1ff,0x3ff,0x7ff,0xfff;void main() if (brd_init(100) return; led(2); /閃燈兩次 initcodec(); /初始化codec flashenable(); /選擇片外flash為片

25、外存儲(chǔ)器 delay(100); brd_led_toggle(brd_led0); for(i=0x9000;i0xefff;i+) reg_write(i,*(volatile u16*)drr1_addr(handset_codec); delay(20); brd_led_toggle(brd_led1); delay(200); for(i=0x9000;i0xefff;i+) *(volatile u16*)dxr1_addr(handset_codec)=reg_read(i); delay(20); brd_led_toggle(brd_led2) while (1) whil

26、e (!mcbsp_rrdy(handset_codec) ; /等待接收handset處的采樣 brd_led_toggle(brd_led0); data = *(volatile u16*)drr1_addr(handset_codec); /從handset處讀取采樣 temp1=data2alaw(data); /對(duì)采樣進(jìn)行a律壓縮 i=i+1; if(i%2=1) bufferj=(temp1=40000) i=0; if(j=20000) j=0; brd_led_disable(brd_led0); brd_led_toggle(brd_led1); /點(diǎn)亮二極管1 表示放音開(kāi)

27、始 /* 放音部分 */ for(k=0;k8)&0x0ff; else temp2=bufferl&0x0ff; l+; if(l=20000) l=0; data1=alaw2data(temp2); / a律解壓 while (!mcbsp_xrdy(handset_codec) ; *(volatile u16*)dxr1_addr(handset_codec) = data1;/將數(shù)據(jù)寫(xiě)入d/a轉(zhuǎn)換器 /* 放音結(jié)束 */ brd_led_toggle(brd_led0); brd_led_toggle(brd_led1); /主程序結(jié)束 /*延時(shí)子程序*/void delay(s1

28、6 period) int i, j; for(i=0; iperiod; i+) for(j=0; j1; j+); /*閃燈*/void led(s16 cnt)while ( cnt- )brd_led_toggle(brd_led0); /切換led指示燈0的顯示狀態(tài)delay(1000);brd_led_toggle(brd_led1);delay(1000);brd_led_toggle(brd_led2);delay(1000);/*初始化codec*/void initcodec(void)/* open handset codec 獲取設(shè)置codec的句柄*/ hhandset = codec_open(handset_codec); / acquire handle to codec codec_dac_mode(hhandset, codec_dac_15bit); / dac in 15-bit mode codec_adc_mode(hhandset, codec_adc_15bit); / adc in 15-bit mode codec_ain_gain(hhandset, codec_ain_6db); / 6db gain on analog input to adc cod