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1、 基于DSP的最小应用系统设计实现摘要语音信号处理就是研究如何能更加有效地产生、传输和获取语音信息的学科。本论文首先介绍了语音信号处理的发展概况及国内外研究现状，并对未来发展做了展望，分析了语音特征参数的物理意义以及如何对其进行提取。在硬件部分本文主要围绕TMS320VC5402为核心，给出一个语音处理系统的设计方案。首先对DSP系统的组成简要说明了一下，然后给出了设计的基本框架，接下来分别就音频转换模块、电源电压转换模块等主要部分做了详细说明，最后对其它附属电路简要介绍。在设计中应用到了数字信号处理器(DSP)技术。在软件部分本文首先对TI公司的DSP开发工具CCS作了介绍，接着对DSP软件
2、开发流程进行了简要的叙述，然后就详细的分别对DSP的初始化、音频采集、TMS320VC5402的并行引导装载程序进行了分析与设计。本文所涉及内容属于一个语音识别系统的一部分，在研究过程中对于语音处理的发展与研究现状进行了深入了解，对于TMS320VC5402芯片的性能参数以及软硬件相关知识掌握较详细，熟悉了DSP系统的设计与开发流程。关键词： 语音信号处理;特征参数;数字信号处理器;ISD4004;SPI I AbstractSpeech signal processing is a subject to study how to produce，transmit and obtain spe
3、ech information effectivelyThe thesis starts with a literature review about the development of speech signal processing and provides an expectation for the futureNextan analysis is carried out on production mechanism of speech signal，setting up a simple and feasible mathematic model to analyze the p
4、hysical significance of speech characteristic parameter and how to determine itFrom the aspect of its hardware，a designing project of the speech processing system is established on the basis of TMS320VC5402The project first gives a brief introduction about the composition of DSP system and then disp
5、lays its basic frameworkNext ,all elaboration is provided for the parts like selection of chip，module of audio frequency switch，extended memorizer, UART data communication and power voltage switchThe technology of DSP is applied in the designing process From the aspect of softwarethe thesis starts w
6、ith an introduction about CCSand then about DSP software developing flowAt last，a detailed elaboration is given respectively to the designing and analysis of initialization of DSP collection of audio frequency and parallel boot load procedure of TMS320VC5402The study in the thesis touches upon a par
7、t of a speech identification systemA profound exploration has been conducted on the areas like development and research statement of speech processing，capability parameter of TMS320VC5402 chip, knowledge about software and hardware，as well as the designing and developing flow of DSP systemKey words：
8、speech signal processing，characteristic parameter, Digital signal processor, information storage devices 4004 (ISD4004),Serial Peripheral Interface(SPI 目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1引 言11.2系统设计的意义21.3 系统设计的目的31.4 系统采用的实现方法3第2章 DSP控制技术和开发环境介绍42.1 DSP核心芯片TMS320C5402引脚的介绍42.1.1 概述42.1.2TMS320C5402主要性能参数42.1.
9、3TMS320C5402引脚功能说明42.2 CCS开发环境和建立工程72.2.1 CCS简介72.2.2 CCS的组成72.2.3 CCS的主要功能82.3 ISD4004 介绍92.3.1 性能简述和引脚图92.3.2 引脚描述92.4 SPI（串行外设接口）112.4.1协议介绍112.4.2 信息管理112.4.3 ISD4004与DSP的SPI时序配合132.4.4ISD4004语音芯片的内部信息寻址机制14第三章系统硬件设计153.1系统硬件总体框图153.2硬件电路图153.4 PCB设计18第四章系统软件设计194.1程序流程图194.2系统关键程序设计204.2.1 TMS3
10、20VC5402 McBSP初始化程序204.2.2ISD4004录音子程序214.2.3 ISD4004放音子程序24第五章 系统测试265.1 测试内容26第六章 总结27参考文献28附录29附录一 系统硬件PCB 3D视图29附录二 软件设计主程序30致 谢34第1章绪论1.1引 言 语音，作为一种典型的非平稳随机信号，是人类交流信息最自然、最有效、最方便的手段，在人类文明和社会进步中起着重要的作用。随着电子通信业的出现和计算机技术的发展，人们开始可以从数字信号处理的角度了解语音。语音信号的研究可以从时域和频域两个方面进行。其中时域的分析处理有两种方法：一是进行语音信号分析，这属于小型处
11、理的范畴，主要是通过信号的加减、时移、倍乘、卷积、求相关函数等来实现；另一种是生成和变换成各种调制信号，这属于非线性的范畴，主要是对信号平均累加器的动态范围进行压缩扩张，用门限方法对噪声的抑制。对频域分析处理，即对信号的频率特性在频谱中加以分析研究，这拓展了信号分析的范围，是对不确定信号分析的主要方法。随着计算机技术处理和信息技术的发展，语音交互已经成为人机交互的必要手段，而语音信号的采集处理是人机交互的前提和基础。声卡是计算机对语音信息进行加工的重要部件，它具有对信号滤波、放大、采样保持、A/D和D/A转换等功能。语音信号处理作为一个重要的研究领域，已经有很长的研究历史。但是它的快速发展可以
12、说是从1940年前后Dudley的声码器和Potter等人的可见语音开始的；20世纪60年代中期形成的一系列数字信号处理方法和技术，如数字滤波器、快速傅里叶变换等成为语音信号数字处理的理论和技术基础；到了80年代，由于矢量量化、隐马尔克夫模型和人工神经网络等相继被应用于语音信号处理，并经过不断改进与完善，使得语音信号处理技术产生了突破性的进展。进入90年代以来，语音信号处理在实用化方面取得了许多实质性的进展。一方面，对声音语音学统计模型的研究逐渐深入，鲁棒的语音识别、基于语音段的建模方法及隐马尔可夫模型与人工神经网络的结合成为研究的热点。另一方面，为了语音识别使用化的需要，讲着自适应、听觉模型
13、、快速搜索识别算法以及进一步的语言模型的研究等课题备受关注。在语音记录芯片中，美国ISD公司的ISD系列芯片倍受广大用户的青睐。它采用直接模拟存储专利技术,把语音信号以原始的模拟形式直接存储在片内的EEPROM存储器中.无须进行A/D转换和压缩处理，没有大多数固态数字化声音存储技术对声音质量的影响，从而减少了失真，提高了录放音质量，并具有抗断电、音质好、使用方便、可反复录放、无需专的语音开发工具、能随意更改内容和耗电少等优点，很适合于现场录放音系统。国内用户多习惯使用8031系列单片机作微控制器，与ISD330000,40000系列均可以方便地连接。因此很多资料均是ISD系列芯片与单片机构成的
14、系统，而ISD40000系列芯片与DSP的应用文献几乎没有。本文以TMS320C54x系列的TMS320VC5402为例，说明语音录放芯片ISD4004应用在DSP系统的设计方法。1.2系统设计的意义语音不仅是人与人之间进行信息交流最直接、最方便和最有效的工具，而且也是人与机器之间进行通信的重要工具。1874年电话的发展可以认为是现代处理的开端。电话的理论基础是尽可能不失真地传送语音波形。这种“波形原则”几乎统治了其后整整一百年。1939年产生了一种概念全新的语音处理技术，这就是著名的通道声码器技术。声码器的理论基础是认为语音是由人的声带振动产生的生源（载波）受到运动的声道的控制（调制）而产生的，因而将载波和调制两部分分开来进行传送便可极大地压缩频带。这一概念已经包含着其后出现的语音参数模型的基本思想。40年代后期，研制成功了能够把语音信号的时变谱用语音表示出来的仪器语音仪，为语音信号分析提供了一个有力的工具。对于语音信号，数字处理比模拟处理具有更多的优点。这是因为：第一，数字技术能够完成许多很复杂的信号处理工作；第二，通过语音进行交换的信息本质上具有离散的性质，因为语音可以看成是因素的组合，这就特别适合于数字处理；第三，数字系统具有高可靠性、价廉、紧凑、快速等特点，很容易完成实时处理任务；第四，数字语音适合于在强干扰通信中传输，易于和数据一起在通信网中
