DSP语音信号采集与回放报告

电子与信息工程学院DSP综合实验报告

系(学院) ：电子与信息工程学院

专业班级：

姓名：

学号：

题目：语音信号采集与回放

指导老师：

2010年6月28日

目录: 概述

一.总体设计方案

1.1总框图

1.2DSP 芯片

1.3A/D转换器与D/A转换器

1.3.1 D/A转换器DAC0832的介绍

1.3.2 A/D转换器DA574的介绍

1.4高增益放大器(UA741)

1.5高频功率放大器(LM386)

1.6带通滤波器

二.硬件电路设计

2.1总输入电路

2.2总输出电路

2.3语音输入与语音输出电路

三.程序设计

四.设计总结

五.附件

概述

语音处理应用数字信号处理技术和微电子技术，在语音识别、语音编码等方面获得了极大成功。现代DSP技术的发展提高了数字信号高速运算与同步处理的能力，更推进了语音处理技术的发展。数字信号处理技术通过计算机或专用处理设备，对信号进行分析、合成、变换、滤波、压缩、识别等加工处理，以便提取有用的信息并进行有效的传输与应用，以达到更符合人们要求的信号形式。数字信号处理的实现是用硬件、软件或软硬结合的方法来完成，最普遍的方法是用通用的可编程DSP芯片构建硬件平台，通过软件编程实现特定的系统功能。数字信号处理器(DSP)是一种具有特殊结构的微处理器，其DSP内核是高速的CPU，再配上用户所需的存储器和外设等组成系统，可以用来快速地实现语音信号处理的各种算法。

本文结合TMs32OVc5402处理器适合语音信号处理的特点和实践应用，配合外围电路，构成音频采集、处理和播放语音系统，成功实现语音信号的采集与回放，并进行了数字语音回声制作。

一． 总体设计方案介绍

1.1总体框图

1.2 DSP 芯片

数字信号处理芯片(digital signal proeessors 简称DSP)诞生于20 世纪70 年代， 专门为实时数字信号处理而设计的一种可编程的嵌入式微处理器[2]。它以数字器件特有的 稳定性,可重复性,可编程性和易于实现自适应处理特点,取得了突飞猛进的发展。近年 来，随着DSP 性能的日趋完善，功耗的逐步降低，开发环境的不断改进以及价格的不断 下调，其应用领域已拓展到国民经济生活的各个方面.

在通用的微处理器中，乘法由软件完成的，即通过加法和移位实现，需要多个指令周 期才能完成。而DSP 芯片中有专用的硬件乘法器，使得乘法累加运算速度大大提高。在 DSP 的指令系统中，提供了一些特殊的DSP 指令。例如，TMS320C54x 中FIRS 和LMS 指令 专门用于系数对称的FIR 波器和LMS 算法。所以在相同的时钟频率和芯片集成度下，DSP 完成FFT 算法的速度比通用微处理器要快2 一3 个数量级。

早期的微处理器内部大多采用冯·诺依曼(VonNeuman)结构，其特点是数据和程序公 用总线和存储空间，因此在某一个时刻，只能读写程序或者只能读写数据。因此即使是 执行单条指令也要耗费几个甚至几十个周期。哈佛结构是不同于传统的冯·诺曼结构的

并行体系结构，其主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和

数据存储器是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址，独立访问，即程序指令和

数据的存取空间分开，各有自己的程序总线和数据总线。这样处理器可以同时处理数据

和程序，大大地提高了处理器的处理能力。

与哈佛结构相关，DSP 芯片广泛采用流水线以减少指令执行时间，从而增强了处理器

的处理能力。TMS320 系列处理器的流水线深度从2-6 级不等，即处理器可以并行处理2-6 条指令，每条指令处于流水线的不同阶段。例如，一个四级流水线操作中，DSP 执行一条指令，需要通过取指、译码、去操作和执行四个阶段，在程序运行过程中这几个阶段是

重叠的，在每个指令周期内，四个不同的指令处于不同的阶段。从而可以加快运行速度。

本方案主要采用TMS320VC5402 与TMS320AIC23B 这两款芯片，TMS320VC5402 是一款专用于语音信号处理的定点型DSP[1]，TMS320AIC23B 同样是TI 推出的一款语音芯片，两者兼容性良好，数据交换速度快，程序较少跑飞，而且价格合理。对于DSP 初学者来说易于掌握，使用方便，是一个不错的选择，经过慎重的较比后，决定选用此方案。

作为DSP 家族高性价比代表的16 位定点DSP 芯片，VC5402 适用于语音通信等实时嵌入应用场合。与其它C54X 芯片一样，VC5402 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（1）操作速率可达100MIPS;（2）具有先进的多总线结构，（3）三条16 位数据存储器总线和一条程序存储器总线;（4）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;（5）一个17x17 乘法器和一个40 位专用加法器，允

许16 位带/不带符号数的乘法: （6）整图合维特比加速器，用于提高维特比编译码的速度; （7）单周期正规化及指数译码;（8）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DSPC 语言编译器; （9）数据/程序寻址空间为IMxx6bit 内置4Kx16bitROM 和16k 又16bitRAM:（10）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[4]。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。TMS320VC5402 主要片内外设包括：

软件可编程状态发生器和分区转换逻辑单元增强的8 位主机接口Hpl(Hpl 一8)

两个多通道带缓冲串行接口(McBSP)

两个定时器

一个带锁相环(PLL)的时钟发生器

一个直接存储器访问(DMA)控制器

TLV320AIC23B（以下简称AIC23）是TI 推出的一款高性能的立体声音频Codec 芯片，内置耳机输出放大器，支持MIC 和LINE IN 两种输入方式（二选一）。AIC23 的模数转换（ADCs）和数模转换（DACs）部件高度集成在芯片内部，采用了先进的Sigma－delta 过

采样技术，可以在8K 到96K 的频率范围内提供16bit、20bit、24bit 和32bit 的采样，ADC 和DAC 的输出信噪比分别可以达到90dB 和100dB。

1.3 A/D转换器与D/A转换器

1.3.1 D/A转换器DAC0832的介绍

主要性能指标

数字化语音信号存储与回放系统设计：分辨率，通常将输入数字量的最低有效位LSB变化1时所引起的输入电压的变化△V称为分辨率，即△V=Vm/2,式中，Vm为输出电压的满度值；n为D/A转换器的二进制数的位数。建立时间，当DAC输入数字