




版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進行舉報或認領(lǐng)
文檔簡介
1、摘要:基于tms320vc5402的音頻信號采集與處理系統(tǒng)。介紹了該系統(tǒng)的總體方案和硬軟件設(shè)計。討論了模/數(shù)(a/d)和數(shù)/模(d/a)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計方法以及如何利用tms320vc5402的多通道緩沖同步串口(mcbsp)和pcm1800及pcm1744芯片接口來實現(xiàn)音頻信號的采集和輸出。通過改變輸入輸出壓縮比例自動控制增益的幅度,擴大了接收機的接受范圍,它能夠在輸入信號幅度變化很大的情況下,使輸出信號保持恒定或僅在較小范圍內(nèi)變化,不至于因為輸入信號太小而無法正常工作,也不至于因為輸入因為輸入信號太大而使接收機發(fā)生飽和或阻塞。實驗證明:所設(shè)計的基于dsp的硬件和軟件系統(tǒng)是一個很好的音頻信號采
2、集與處理系統(tǒng)。關(guān)鍵詞:dsp , tms320vc5402 , 多通道緩沖同步串口, 音頻信號, 采集與處理緒言近年來,隨著dsp技術(shù)的普及和低價格、高性能dsp芯片的出現(xiàn),dsp已越來越多地被廣大的工程師所接受,并越來越廣泛地被應(yīng)用于各個領(lǐng)域,例如:語音處理、圖像處理、模式識別及工業(yè)控制等,并且已日益顯示出其巨大的優(yōu)越性。dsp是利用專門或通用的數(shù)字信號處理芯片,以數(shù)字計算的方法對信號進行處理,具有處理速度快、靈活、精確、抗干擾能力強、體積小及可靠性高等優(yōu)點,滿足了對信號快速、精確、實時處理及控制的要求。對實時數(shù)字信號處理的應(yīng)用需求和超大規(guī)模集成電路技術(shù)水平的飛速發(fā)展,推動著dsp性能不斷提
3、高。dsp是一種專用的數(shù)字信號處理器。隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)上取得的突破進展,高度集成化的dsp數(shù)字信號處理器具有體積小、功耗低和運算速度快等諸多優(yōu)點,因此非常適用于語音信號的壓縮處理?;赿sp的實時語音處理系統(tǒng),它具有可選擇的信號采樣速率和高性能的數(shù)字信號處理能力,不僅可以用來對立體音頻信號進行實時編解碼處理,還可以用來作為高速的實時信號采集與處理板使用。它包括多路語音實時采集,壓縮處理,存儲功能等基本功能。根據(jù)設(shè)計要求中的要點,所要設(shè)計的基于dsp的實時語音處理系統(tǒng)功能是,它能同時輸入至少兩路音頻信號,而且能夠?qū)陕份斎胄盘栠M行實時采集并將模擬信號數(shù)字化,然后對信號進行數(shù)字信號處理,并
4、能夠根據(jù)要求存儲不少于10小時的錄音,最后輸出音頻信號。那么在設(shè)計系統(tǒng)過程中,為滿足要求要有信號采集,模/數(shù)及數(shù)/模轉(zhuǎn)換,數(shù)字信號處理部分,包括數(shù)據(jù)壓縮等,電源電路,復位電路,時鐘電路。信號特征分析音頻信號經(jīng)過高精度高速的adc轉(zhuǎn)換后得到一串數(shù)字信號,分幀輸入到波形輸入緩沖區(qū)ram。然后由手動控制一種或幾種處理算法將音頻信號調(diào)入tms320c5402的內(nèi)部進行高速運算。經(jīng)過處理的音頻信號,再輸入到高精度高速的dac轉(zhuǎn)換器中,還原成模擬的聲音信號,經(jīng)音箱功率放大電路放大輸出。一、本設(shè)計的任務(wù)1.輸入信號為2路語音信號,要求系統(tǒng)能對2路輸入信號進行實時采集、數(shù)字化處理、壓縮、存儲(錄音),要保證一
5、定的錄音質(zhì)量,錄音時間不少于10小時。2.根據(jù)已知參數(shù)對輸入信號特征進行分析、需求分析,選擇確定dsp芯片型號、語音采集芯片型號,完成系統(tǒng)硬件設(shè)計。二、本設(shè)計的實現(xiàn)方案1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖:高精度高速音頻信號adc波形輸入緩沖區(qū)ramtms320vc5402波形輸出緩沖區(qū)ram高精度高速音頻信號dac音頻處理程序存儲區(qū)eprom語音信號存儲器sdram電源復位電路音頻系統(tǒng)應(yīng)該具有較寬的動態(tài)范圍,選擇1624位的adc和dac能完全捕獲或恢復高保真的音頻信號。系統(tǒng)的核心芯片(dsp)選用美國ti公司的tms320vc54021(以下簡稱c5402)。 2、 dsp芯片模塊是整個實時語音處理系統(tǒng)的核心
6、部分,它對經(jīng)數(shù)字化的信號進行壓縮,編解碼等。a/d轉(zhuǎn)換模塊功能是把模擬信號數(shù)字化,包括采集和量化,這部分為dsp處理語音數(shù)字信號做好了準備;d/a轉(zhuǎn)換模塊就是把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬的信號,輸出音頻信號。sdram(動態(tài)隨機存儲器)存儲器模塊主要是為dsp處理器擴展存儲容量,達到要求的存儲容量;但要注意的是要與dsp處理器的速度相匹配,以便良好的運行。電源模塊是為內(nèi)部芯片及周邊系統(tǒng)電路提供能量的部分。復位電路模塊3、dsp處理器:作為dsp家族高性價比代表的16位定點dsp芯片,c5402適用于語音通信等實時嵌入應(yīng)用場合。與其它c54x芯片一樣,c5402具有高度靈活的可操作性和高速的處理能力。其
7、性能特點如下:操作速率可達100mips;具有先進的多總線結(jié)構(gòu),三條16位數(shù)據(jù)存儲器總線和一條程序存儲器總線;40位算術(shù)邏輯單元(alu),包括一個40位桶形移位器和兩個40位累加器;一個1717乘法器和一個40位專用加法器,允許16位帶/不帶符號的乘法;整合維特比加速器,用于提高維特比編譯碼的速度;單周期正規(guī)化及指數(shù)譯碼;8個輔助寄存器及一個軟件棧,允許使用業(yè)界最先進的定點dsp c語言編譯器;數(shù)據(jù)/程序?qū)ぶ房臻g為1m16bit,內(nèi)置4k16bit rom和16k16bit ram;內(nèi)置可編程等待狀態(tài)發(fā)生器、鎖相環(huán)(pll)時鐘產(chǎn)生器、兩個多通道緩沖串口、一個與外部處理器通信的8位并行hpi
8、口、兩個16位定時器以及6通道dma控制器且低功耗。與c54x系列的其它芯片相比,5402具有高性能、低功耗和低價格等特點。它采用6級流水線,且當rpt(重復指令)時,一些多周期的指令就變成了單周期的指令;芯片內(nèi)部ram和rom可根據(jù)pmst寄存器中的ovly和drom位靈活設(shè)置。這些都有利于算法的優(yōu)化。 三、硬件設(shè)計 1、c5402采用3.3v和1.8v電源供電,其中i/o采用3.3v電源供電,芯片的核采用1.8v電源供電。而實際常用的只有5v電源,所以必須采用電源轉(zhuǎn)換芯片。選用tps7301和tps7333兩塊電源轉(zhuǎn)換芯片(它們都是ti公司為配合dsp而設(shè)計的電源轉(zhuǎn)換芯片),分別接上適當?shù)?/p>
9、外圍電阻,構(gòu)成電阻分壓器,即可調(diào)整兩塊芯片的輸出電壓分別為3.3v和1.8v。a/d電路 pcm1800是雙聲道單片型20位adc,單+5v電源供電,信噪比為95db,動態(tài)范圍為95db,其內(nèi)部嵌有高通濾波器,具有pcm音頻接口和四種數(shù)據(jù)格式,分為主控和受控兩種模式,采樣頻率可選為32khz、44.1khz和48khz。 2、 pcm1800構(gòu)成音頻信號采集系統(tǒng)時,主要涉及到bck(位時鐘信號)、lrck(采樣時鐘信號)、fsync(幀同步信號)、dout(數(shù)字信號輸出)、sysclk(系統(tǒng)時鐘輸入)這幾個對時序有要求的引腳。通過對引腳mode0和mode1進行編程,可讓pcm1800工作于主
10、控模式(master mode)。此時,bck、lrck、fsync均作為輸出,其時序由pcm1800內(nèi)部的時鐘產(chǎn)生電路控制。但sysclk只能由外部提供(這里用c5402的tout腳輸出信號提供)。 pcm1800的系統(tǒng)時鐘只能是256fs、384fs或者512fs,這里fs是音頻信號采樣頻率。在主控模式時,fsync用來指明pcm1800的dout輸出的有效數(shù)據(jù),它的上升沿表明一幀數(shù)據(jù)的起始,下降沿表明一幀數(shù)據(jù)的結(jié)束。fsync的頻率是采樣時鐘頻率lrck的2倍。在此模式下,位時鐘信號bck的頻率是采樣時鐘頻率lrck的64倍。 3、 通過對pcm1800的fmt0、fmt1兩引腳編程(f
11、mt01,fmt10),可以設(shè)置pcm1800輸出的數(shù)據(jù)格式為20位的iis格式。為了保證在數(shù)據(jù)處理時不影響新數(shù)據(jù)的接收以及在接收數(shù)據(jù)時不中斷正在進行的數(shù)據(jù)處理過程,采用了多通道緩沖同步串口(mcbsp)。 pcm1800與c5402連接后,c5402使用緩沖串口0接收數(shù)據(jù),各種同步信號由pcm1800產(chǎn)生,c5402是被動接收各種信息。pcm1800與c5402的硬件接線圖如圖2所示。 pcm1800與c5402的硬件接線圖4、電源管理功能模塊所用器件: tps73hd301( 3.3-v/adjustable output,)該芯片一端輸入可調(diào),范圍是(1.2-9.7v)d/a電路pcm1
12、744是雙聲道立體聲dac,包含數(shù)字濾波器和輸出放大器,動態(tài)范圍為95db,具有多種采樣頻率可選,最高可達96khz。采用24位的iis數(shù)據(jù)輸入格式。pcm1744的操作主要涉及到lrcin(采樣時鐘信號輸入)、bckin(位時鐘信號輸入)、scki(系統(tǒng)時鐘輸入)、din(數(shù)據(jù)輸入)這幾個對時序有要求的引腳。pcm1744與c5402連接后,c5402使用緩沖串口1發(fā)送數(shù)據(jù),各種時鐘信號均由c5402產(chǎn)生,pcm1744被動接收各種信息。pcm1744的系統(tǒng)時鐘信號(scki)由c5402的tout引腳提供,tout是c5402的定時器輸出信號引腳,有較強的驅(qū)動能力,可以驅(qū)動多個芯片。pcm
13、1744的數(shù)據(jù)接收時鐘格式必須是iis格式,c5402在緩沖串口寄存器中設(shè)置各種時鐘方式時,必須滿足iis格式的要求。c5402作為主動工作器件,可以對其緩沖串口輸出信號進行調(diào)整。輸出的采樣時鐘信號、位時鐘信號可以在mcbsp寄存器srgr1和srgr2中設(shè)置,設(shè)置遵循圖3的原則。 c5402時鐘發(fā)生流程圖基本的時鐘信號可以來自cpu時鐘,也可以來自晶振時鐘,這在srgr2寄存器中的第13位設(shè)置?;緯r鐘輸入后,經(jīng)clkgdv(srgr1的第7位到第0位)所設(shè)置的值進行第一次分頻,得到位時鐘信號(由bclkx1腳輸出)。值得注意的是,位時鐘信號最高為dsp頻率的一半。位時鐘信號經(jīng)fper(sr
14、gr2的第11位到第0位)和fwid(srgr1的第15位到第8位)所設(shè)置的值進一步分頻得到采樣時鐘信號(由bfsx1腳輸出),fper和fwid分別設(shè)置采樣時鐘信號的低電平和高電平的時間值。c5402與pcm1744的硬件接線如圖4所示。pcm1744與c5402接線圖pcm1800完成音頻信號采集后,在dsp的外擴程序存儲器中嵌入相應(yīng)的處理算法,語音信號經(jīng)處理后,再從pcm1744輸出。復位電路:所用芯片為74hc14 存儲器模塊:所用芯片為mt48lc8m8a2tg-75存儲容量density 為64mb數(shù)據(jù)寬度16位 工作電壓 3.3v tsop封裝 54管腳 時鐘速率133 mhz
15、四、軟件設(shè)計1、在本課程設(shè)計中的一些主要的程序語音的采集濾波與放大int din21=0,mout21=0; /定義din moutchar dout ;char hn21=0.05;int read_bsp1(void);void write_bsp1(int);void led_light(void);int agc_audio(int);/ main programvoid main() init_board(); while (1) int i,j; dout=0; for (i=0;i21 ;i+) dini=read_bsp1(); mouti=agc_audio(dini); /
16、將采集大信號放大 for(j=0;jmaxarrin) /如果輸入信號大于臨時正峰值maxarrinmaxarrin=agc_in; /則更新臨時峰值if(-1*agc_inmaxarrin) /早果輸入信號大于臨時負峰值maxarrinmaxarrin=-1*agc_in; /則更新臨時峰值if(dtime4096) /每隔4096個時鐘修改一次長期峰值maxagc_in=maxarrin; /則更新長期峰值maxarrin=0; /并重新捕捉臨時峰值dtime=0; /重新開始計時dtime+;if(agc_in maxagc_in) /及時檢測長期正峰值勤maxagc_in=agc_in
17、; /及時更新長期正峰值if(maxagc_in10) /如果輸入信號大于1agc_coff=500.0/(maxagc_in+100); /按信號幅度成反比關(guān)系計算放大系數(shù)if(-1*agc_in)maxagc_in) /及時檢測長期正峰值勤maxagc_in=-1*agc_in; /及時更新長期負峰值if(maxagc_in10) /如果輸入信號大于-1agc_coff=500.0/(maxagc_in+100); /按信號幅度成反比關(guān)系計算放大系數(shù)if(maxagc_in20000) /對放大后的信號進行限幅agc_out=20000; /如果信號幅度超過2000則用2000表示if(a
18、gc_out-20000)agc_out=-20000;return agc_out; /返回放大后的信號,即agc_audio(din)=agc_out濾波器放大設(shè)計 五、系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析(1)調(diào)試步驟: 測試電源電壓 測試dsp芯片的輸出頻率 對硬件系統(tǒng)進行系統(tǒng)仿真 對dsp外圍硬件調(diào)試 模數(shù)接口的調(diào)試 (2)軟件調(diào)試 dsp系統(tǒng)的軟件調(diào)試主要是在仿真器上進行。為了提高程序的效率,編寫系統(tǒng)軟件可采用三種不同的方法,即用匯編語言編寫、c語言編寫以及c與匯編的混合語言編寫。 軟件調(diào)試時,可以通過比較c程序的模擬結(jié)果與匯編程序的結(jié)果來實現(xiàn)。通常,兩種結(jié)果應(yīng)完全一致。 (3)系統(tǒng)調(diào)試 本系統(tǒng)的初始化主要有以下幾項工作: 中斷矢量的重定位 工作時鐘設(shè)置 等待狀態(tài)數(shù)的設(shè)置 中斷設(shè)置 其他設(shè)置 (4)結(jié)果分析最后試聽出來大致效果良好,能夠?qū)⒉杉降恼Z音進
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預覽,若沒有圖紙預覽就沒有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負責。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 湖南省長沙市周南石燕湖中學2024-2025學年八年級數(shù)學第一學期期末質(zhì)量檢測模擬試題含解析
- 南昌市重點中學2024-2025學年七上數(shù)學期末統(tǒng)考模擬試題含解析
- 資產(chǎn)重組財產(chǎn)保全擔保服務(wù)條款書
- 教育局校長工作會議實施綱要
- 智慧金融創(chuàng)新驅(qū)動:數(shù)字黃金質(zhì)押借貸案例解析
- 化工工藝管道安裝項目質(zhì)量管理
- 2025年N1、N2層級理論考核測試題(含答案)
- 建筑施工項目管理機構(gòu)職責
- 2025至2030中國自行車曲柄馬達行業(yè)產(chǎn)業(yè)運行態(tài)勢及投資規(guī)劃深度研究報告
- 2025至2030中國自動門控制行業(yè)市場占有率及投資前景評估規(guī)劃報告
- CST仿真技術(shù)交流
- 部編版道德與法治小升初一二三四五六年級全冊復習簡答題100道匯編(附答案)
- 幼兒園課程審議下的主題活動實施
- 商業(yè)保理行業(yè)營銷策略方案
- 《掃描電子顯微鏡》課件
- 水利水電工程施工截流設(shè)計說明書
- 變速箱廠總平面布置設(shè)計設(shè)施規(guī)劃與物流分析課程設(shè)計
- 兒科高級生命支持(NEW)
- 婦科門診工作流程
- 高中數(shù)學研究性學習報告
- 天然藥物提取與分離技術(shù)
評論
0/150
提交評論