基于基于TMS320VC5402的音频信号采集与处理系统的音频信号采集与处理系统
提出一个基于TMS320VC5402的音频信号采集与处理系统。介绍了该系统的总体方案和硬软件设计。讨论了模/
数(A/D)和数/模(D/A)转换电路的设计方法以及如何利用TMS320VC5402的多通道缓冲同步串口(McBSP)和
PCM1800及PCM1744芯片接口来实现音频信号的采集和输出。实验证明:所设计的基于DSP的硬件和软件系统
是一个很好的音频信号采集与处理系统。
摘摘 要要: 提出一个基于
关键词关键词: 多通道缓冲同步串口 音频信号 TMS320VC5402 采集与处理
近年来,随着DSP技术的普及和低价格、高性能DSP芯片的出现,DSP已越来越多地被广大的工程师所接受,并越来越广泛地
被应用于各个领域,例如:语音处理、图像处理、模式识别及工业控制等,并且已日益显示出其巨大的优越性。DSP是利用专门或
通用的数字信号处理芯片,以数字计算的方法对信号进行处理,具有处理速度快、灵活、精确、抗干扰能力强、体积小及可靠性
高等优点,满足了对信号快速、精确、实时处理及控制的要求。基于TMS320C5402芯片,笔者研制了一套音频信号实时采集与
处理系统,并已作为有关音效器研制的硬件试验平台。
1 系统总体方案系统总体方案
系统总体方案框图如图1所示。音频信号(如:电吉它的单声道声音信号是150mV的电信号)经过高精度高速的ADC转换后得到
一串数字信号,分帧输入到波形输入缓冲区RAM。然后由手动控制一种或几种处理算法将音频信号调入TMS320C5402的内部
进行高速运算。经过处理的音频信号,再输入到高精度高速的DAC转换器中,还原成模拟的声音信号,经音箱功率放大电路放大输
出。
利用缓冲区的目的是进行音效的实时处理。系统中各模块是同时进行处理的,一部分信号正在ADC中进行转换,而另一部分信
号则在DSP处理器中同时进行算法处理,即整个系统是以流水线的方式进行工作的。
2 硬件电路的设计硬件电路的设计
高保真的音频系统应该具有较宽的动态范围,选择16~24位的ADC和DAC能完全捕获或恢复高保真的音频信号。系统的核心
芯片(DSP)选用美国TI公司的TMS320VC5402
[1]
(以下简称’C5402)。
2.1 DSP芯片芯片
作为DSP家族高性价比代表的16位定点DSP芯片,’C5402适用于语音通信等实时嵌入应用场合。与其它’C54X芯片一
样,’C5402具有高度灵活的可操作性和高速的处理能力。其性能特点如下:操作速率可达100MIPS;具有先进的多总线结构,三条
16位数据存储器总线和一条程序存储器总线;40位算术逻辑单元(ALU),包括一个40位桶形移位器和两个40位累加器;一个17×17
乘法器和一个40位专用加法器,允许16位带/不带符号的乘法;整合维特比加速器,用于提高维特比编译码的速度;单周期正规化及
指数译码;8个辅助寄存器及一个软件栈,允许使用业界最先进的定点DSP C语言编译器;数据/程序寻址空间为1M×16bit,内置
4K×16bit ROM和16K×16bit RAM;内置可编程等待状态发生器、锁相环(PLL)时钟产生器、两个多通道缓冲串口、一个与外部
处理器通信的8位并行HPI口、两个16位定时器以及6通道DMA控制器且低功耗。与’C54X系列的其它芯片相比,’5402具有高性
能、低功耗和低价格等特点。它采用6级流水线,且当RPT(重复指令)时,一些多周期的指令就变成了单周期的指令;芯片内部
RAM和ROM可根据PMST寄存器中的OVLY和DROM位灵活设置。这些都有利于算法的优化。
’C5402采用3.3V和1.8V电源供电,其中I/O采用3.3V电源供电,芯片的核采用1.8V电源供电。而实际常用的只有5V电源,所以必
须采用电源转换芯片。选用TPS7301和TPS7333两块电源转换芯片(它们都是TI公司为配合DSP而设计的电源转换芯片),分别
接上适当的外围电阻,构成电阻分压器,即可调整两块芯片的输出电压分别为3.3V和1.8V。
2.2 A/D电路电路
PCM1800是双声道单片Δ-Σ型20位ADC,单+5V电源供电,信噪比为95dB,动态范围为95dB,其内部嵌有高通滤波器,具有PCM
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