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1、武汉大学珞珈学院本科毕业论文 武汉大学毕 业 论 文基于DSP的语言存储与回放系统I摘要语音信号是信息的重要形式，语音信号有着广泛的应用领域，而语音压缩在语音信号的传输，存储等方面有着非常广泛的作用，并在通信领域已经有了较成熟的发展和应用。TI公司的TMS320c54x系列DSP的体系架构，包括CPU(中央处理单元)、总线结构、指令系统、寻址模式及片上外设等方面。在此基础上，开发了一个实用的语音信号采集与处理电路板，对电路板的存储器模块、数字编解码芯片TLC320AD50C(简称AD50)的A/D、D/A模块等作了重点分析与接口电路设计。本次设计具有高速、实时、灵活的特点，实现了一个完整的语音
2、信号数字化处理系统，可以对模拟信号进行采集、处理、播放等功能，并且可以用有限的存储空间存储较多的数字语音信号，完成多种语音处理功能。关键词：语音信号，TI,TMS320C54x，DSP,数字编解码芯片TLC320AD50C第1章 绪 论1.1 关于数字信号处理（DSP）语言存储与回放的发展历史及研究现状31.2 本次课题研究的内容51.3 本方案特点5第2章 TMS320VC5402和TLC320AD50C的基本结构与特性2.1 TMS320C5402的基本结构与特性62.1.1 TMS320C54x 的封装与总线结构62.1.2 TMS320VC5402的基本介绍62.2 TLC320AD5
3、0C的基本结构与特性82.2.1 TLC320AD50C的基本结构特性82.3 TLC320AD50C的内部控制存储器102.3.1控制寄存器1102.3.2控制寄存器2102.3.3控制寄存器3112.3.4控制寄存器411第3章 以DSP为核心处理系统的硬件设计3.1 系统框图123.2 复位电路123.3 时钟电路133.4 闪存（Flash ROM）与DSP的接口143.5 高速缓存（SRAM）与DSP的接口153.6 电源设计16第4章 语音存储与回放系统的总体的硬件设计4.1总体方案174.2语音模拟信号输入输出电路174.3 DSP与音频处理芯片的硬件接口设计194.3.1 多通
4、道缓冲串行口McBSP194.3.2 TMS320VC5402与TLC320AD50C的接口设计19第5章 系统的软件设计5.1 系统软件设计215.1.1 程序流程图215.1.2 程序调试的主要步骤215.2通信协议22结 论23参考文献24附 录25附录1 McBSP通道初始化程序25附录2 TLC320AD50C的初始化程序28后 记31第1章 绪 论近年来，在数字信号处理领域有着绝对优势的DSP技术得到了迅速发展，不仅在通信计算机领域大显身手并已经逐渐渗透到人们日常消费领域。正因为如此，DSP应用越来越得到普遍重视。DSP（Digital Signal Processing）作为可编
5、程数字信号处理专用芯片是微型计算机发展的一个重要分支，也是数字信号处理理论实用化过程的重要技术工具。DSP器件分为两大类：一类是专用于FFT,FIR滤波，卷积等运算的芯片，称为专用DSP芯片；另一类是可以通过编程完成各种用户要求的信息处理任务芯片，称为通用数字信号处理器。1.1关于数字信号处理（DSP）语言存储与回放的发展历史及研究现状数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。DSP有两种含义：digital Signal Processing(数字信号处理)、Digital Signal Processo
6、r(数字信号处理器)。我们常说的DSP指的是数字信号处理器。数字信号处理器是一种适合完成数字信号处理运算的处理器。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。在当今的数字化时代背景下，DSP己成为通信、计算机、消费类电子产品等领域的基础器件。DSP的发展大致分为三个阶段：在DSP出现之前数字信号处理只能依靠微处理器来完成。但由于微处理器较低的处理速度不快，根本就无法满足越来越大的信息量的高速实时要求。因此应用更快更高效的信号处理方式成了日渐迫切的社会需求，到了70年代，有
7、人提出了DSP的理论和算法基础。但那时的DSP仅仅停留在教科书上，即使是研制出来的DSP系统也是由分立元件组成的，其应用领域仅局限于军事、航空航天部门。一般认为，世界上第一个单片DSP芯片是1978年AMI公司发布的S2811。1979年美国Intel公司发布的商用可编程器件2920是DSP芯片的一个主要里程碑。这两种芯片内部都没有现代DSP芯片所必须有的单周期乘法器。1980年，日本NEC公司推出的MP D7720是第一个具有硬件乘法器的商用DSP芯片，从而被认为是第一块单片DSP器件。随着大规模集成电路技术和半导体技术的发展，1982年世界上诞生了第一代DSP芯片TMS32010及其系列产
8、品。这种DSP器件采用微米工艺NMOS技术制作，虽功耗和尺寸稍大，但运算速度却比微处理器快了几十倍，尤其在语言合成和编码译码器中得到了广泛应用。DSP芯片的问世是个里程碑，它标志着DSP应用系统由大型系统向小型化迈进了一大步。至80年代中期，随着CMOS工艺的DSP芯片应运而生，其存储容量和运算速度都得到成倍提高，成为语音处理、图像硬件处理技术的基础。80年代后期，第三代DSP芯片问世，运算速度进一步提高，其应用范围逐步扩大到通信、计算机领域。90年代DSP发展最快，相继出现了第四代和第五代DSP器件。现在的DSP属于第五代产品，它与第四代相比，系统集成度更高，将DSP芯核及外围元件综合集成在
9、单一芯片上。这种集成度极高的DSP芯片不仅在通信、计算机领域大显身手，而且逐渐渗透到人们的日常生活领域。经过20多年的发展，DSP产品的应用已扩大到人们的学习、工作和生活的各个方面，并逐步成为电子产品更新换代的决定因素。国内发展DSP的厂商并不多，而主要的应用产品是DVD与无线电话等，因此国内DSP的产值并不高;而在产品应用上，目前重要的DSP应用产品，如行动电话、调制解调器、HDD等个人计算机与通讯领域应用产品，都是采用国际大厂DSP solution。虽然目前DSP的主要应用产品的市场都是由国际半导体大厂所控制，但是我国在政策的扶植下，本土厂商积极投入研发资源，以消费性产品作为进入DSP市
10、场的一个敲门砖，也必将在DSP市场上争得一席之地。国外DSP发展现状:简略国际DSP处理发展的现状，国外的商业化信号处理设备一直保持着快速的发展势头。欧美等科技大国保持着国际领先的地位。例如美国DSP research公司，PENTEK公司，Motorola公司，加拿大Dy4公司等，他们很多已经发展到相当大的规模，竞争也愈发激烈。我们从国际知名DSP技术公司发布的产品中就可以了解一些当今世界先进的数字信号处理系统的情况。以PENTEK公司一款处理板4293为例，使用8片TI公司 300 MHz的TMS320C6203芯片，具有19 200 MIPS的处理能力，同时集成了8片32 MB的SDRA
11、M，数据吞吐600 MB/s。该公司另一款处理板4294集成了4片Motorola MPC7410 G4 Power PC处理器，工作频率400/500 MHz，两级缓存256K64 bit，最高具有16MB的SDRAM。ADI公司的Tiger SARC芯片也由于其出色的协同工作能力，可以组成强大的处理器阵列，在诸多领域(特别是军事领域)获得了广泛的应用。以英国TRANSTECH DSP公司的TP-P36N为例，它由48片TS101b(Tigers ARC)芯片构成，时钟 250 MHz，具有612 GFLOPS的处理能力。DSP应用产品获得成功的一个标志就是进入产业化。在以往的20年中，这一
12、进程在不断重复进行，而且周期在不断缩小。在数字信息时代，更多的新技术和新产品需要快速地推上市场，因此，DSP的产业化进程还是需要加速进行。随着竞争的加剧，DSP生产商随时调整发展规划，以全面的市场规划和完善的解决方案，加上新的开发历年，不断深化产业化进程。1.2 本次课题研究的内容模/数接口设计是DSP系统设计中一个重要的组成部分，本设计是以DSP为中心，通过串行口和数模/模数转换器进行硬件连接，讨论了如何利用多通道缓冲串口MCBSP与NMA结合的方式实现语音信号的采集和处理，阐述了语音压缩的原理和软件设计方法。以语音处理中基本的A/D、D/A转换为例,采用TMS320C54x数字信号处理器的
13、外围扩展芯片TLC320AD50作为语音采样信号的输入和处理后的语音信号的输出通道,给出了DSP与TLC320AD50的接口设计.详细介绍了TMS320C54x的多缓冲串口(MCBSP)软硬件设计并提出如何用MCBSP在语音通信中降低传输带宽,并提出了具体的设计思想和实现方法.通过使TLC320AD50工作在主方式,DSP工作在从方式,可以实现高速实时的A/D、D/A转换和实现处理后的语音信号低带宽传输。1.3 本方案特点信息技术和超大规模集成电路工艺的不断发展, 极大地推动了DSP的发展。DSP 技术的应用领域也越来越广,尤其在音频处理领域。目前,在很多语音处理系统中都用到了语音录放模块,采
14、集现场的声音并存储起来供以后回放。语音处理系统的实时性、功耗、体积以及对语音信号保真度都是影响系统性能的关键因素。该设计采用的高速54x DSP芯片,最高频率能达到100MIPS能够很好的解决系统的实时性;采用的数字编解码芯片TLC320AD50( 以下简称AD50) 具有16 位样精度, 最大功耗仅100 mW。因此,该音频编解码芯片与54x DSP的结合是可移动数字音频录放系统、现场语音采集系统的理想解决方案。DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。DSP又叫数字信号处理。顾名思义,DSP 主要用于数字信号处理领域,
15、非常适合高密度,重复运算及大数据容量的信号处理。现在已经广泛于通信、便携式计算机和便携式仪表、雷达、图像、航空、家用电器、医疗设备等领域,常见的手机、数字电视和数码相机都离不开DSP。DSP用于手机和基站中为移动通信的发展做出重要贡献,将在2. 5G和3G中扮演重要角色。可以说,DSP已经融入到生活的方方面面。 DSP 相对于一般微作了很大的扩充和增强,主要是: （1）修正的哈佛结构,多总线技术以及流水线结构。将程序与数据存储器分开,使用多总线,取指令和取数据同时进行,以及流水线技术,这使得速度有了较大的提高。 （2）硬件乘法器以及特殊指令。这是区别于一般微的重要标志。一般微用软件实现乘法,逐条执行指令,速度慢。而DSP依靠硬件乘法器单周期完成乘法运算,而且还具有专门的信号处理指令,如TM320系列的FIRS ,LMS ,MACD指令等。第2章 TMS320VC5402和TLC
