dspc55xxch7 语音信号.ppt

第7章 基于DSP的 语音信号的采集和播放系统,在以DSP为核心的语音信号处理系统中，DSP要完成信号的采集运算处理任务，A/D和D/A完成语音信号的输入和输出在以TMS320VC5509A为核心的语音处理系统中，采用了专为音频处理应用设计的编解码器件TLV320AIC23，来完成模拟语音信号的采样和数字音频信号的D/A转换利用TMS320VC5509A片内多通道缓冲串口（McBSP），通过I2C总线来对AIC23进行控制，从而实现具有较强功能的语音处理系统目 录,7.1 系统的总体设计 7.2 TLV320AIC23B与TMS320VC5509A的 接口设计 7.3 DSP相关片上外设 7.3.1 I2C 7.3.2 McBSP 7.4 软件设计 7.5 系统展望,,语音信号的采集和播放是语音信号处理的基础，DSP是各种语音信号数字处理的平台 DSP通过控制语音信号的模数和数模转换器采集和播放语音信号，再通过DSP的数字信号处理实现各种语音信号处理的算法7.1 系统的总体设计,,系统两大组成部分,音频编解码芯片 实现数模和模数转换功能 DSP芯片 控制音频编解码芯片采集和播放语音信号，实现语音信号的采集，然后将语音信号存储到DSP的内部RAM中，最后实现语音信号的播放。

系统硬件结构框图,,DSP芯片的选择,DSP指标 处理速度、功耗、程序存储器和数据存储器的容量、片内的资源 VC55xx系列特点 低功耗，适合个人与便携式上网以及无线通信应用 处理速度在80MIPS--400MIPS之间 具有MCBSP同步串口、HPI并行接口、定时器、DMA等外设 C55xx的指令长度从8-bit到48-bit这种长度可变的指令可以使每个函数的控制代码量比C54x降低40％ ，减少了存储器的容量，降低了成本TMS320VC5509),7.2 TLV320AIC23与TMS320VC5509 的接口设计,,,控制接口 DSP芯片通过控制接口向音频处理芯片传送配置参 数，控制音频处理芯片的工作状态 数字音频接口 通过该接口，音频处理芯片将采集到的音频数 据传 给DSP进行处理，处理过后的音频数据再由DSP通过该 接口传回给音频处理芯片，进行数模转换后播放出来TLV320AIC23是TI推出的一款高性能的立体声音频Codec芯片，其内部结构框图如下图所示AIC23内置耳机输出放大器，支持MIC和LINE IN两种输入方式（二选一），对输入和输出都具有可编程增益调节AIC23在芯片内部集成了模/数转换（ADC）和数/模转换（DAC）部件，其中模/数转换部分采用了先进的Sigma-delta过采样技术，可以在8～96kHz的频率范围内提供16位、20位、24位和32位的采样，ADC和DAC的信噪比分别可以达到90dB和100dB。

AIC23还具低功耗的特点，回放模式下功耗仅为23mW，省电模式下更是小于15W由于具有上述优点，使AIC23成为一款非常理想的音频模拟I/O器件，可以数字音频领域有很好的应用前景音频解码芯片---TLV320AIC23,TLV320AIC23内部结构图,AIC23主要的外围接口分为以下几个部分： （1）数字音频接口 BCLK——数字音频接口时钟信号，当AIC23为从模式时，该时钟由DSP产生；AIC23为主模式时，该时钟由AIC23产生 LRCIN——数字音频接口DAC方向的帧信号 LRCOUT——数字音频接口ADC方向的帧信号 DIN——数字音频接口DAC方向的数据输入 DOUT——数字音频接口ADC方向的数据输出 （2）麦克风输入接口 MICBIAS——提供麦克风偏压，通常是3/4 AVD MICIN——麦克风输入，由AIC结构框图可以看出放大器默认是5倍增益 （3）LINE IN输入接口 LLINEIN——左声道LINE IN输入 RLINEIN——右声道LINE IN输入4）耳机输出接口 LHPOUT——左声道耳机放大输出 RHPOUT——右声道耳机放大输出 LOUT——左声道输出。

ROUT——右声道输出 （5）配置接口 SDIN——配置数据输入 SCLK——配置时钟AIC23与VC5509接口原理图,,,J5 J6,J7 J8,,I2C,（主）,（从）,,,TLV320AIC23的控制接口,接口模式 SPI或者I2C 选择理由 在设计中，若采用SPI总线，则需要多占用一个McBSP）资源，但是很多时候DSP的McBSP资源会比较紧张（比如需要跟近端RS-232和远端RS-485连接），考虑到系统的可扩展性，在设计中采用了通过I2C总线来配置AIC23I2C模式下的时序图,,对接口原理图的说明,MODE接数字地 表示利用I2C控制接口对AIC23传输控制数据，定义了I2C总线上AIC23的7bit外设地址“0011010” 收发时钟新信号CLKX1和CLKR1由AIC23的串行数据输入时钟BCLK提供，并由AIC23的帧同步信号LRCIN、LRCOUT启动串口数据传输 DX1和DR1分别与AIC23的DIN和DOUT相连，从而完成DSP与AIC23间的数字信号通信AIC23通过麦克风采样模拟音频信号或直接输入模拟音频信号，然后将其转换为DSP可以处理的数字信号 当DSP处理完后，再将数字信号转换为模拟信号输出，用户即可利用耳机或扬声器收听到高质量的音频信号。

5509A与AIC23的硬件连接示意图如下图所示AIC23通过两个独立的通道进行通信，一路控制AIC23的端口配置寄存器；另一路发送和接收数字音频信号利用5509A的I2C总线被用来作为单向控制通道，控制通道只在配置AIC23时才使用，当传输音频信号时，它一般是空闲的I2C总线是由数据线SDA和时钟线SCL构成的串行总线，可发送和接收数据McBSP被用来作为双向数据通道，所有的音频数据都通过数据通道传输 AIC23内部具有一个可编程时钟，由PLL1708 PLL驱动提供系统的默认时钟为18.432MHz内部的采样频率通常由18.432MHz时钟分频产生，例如48kHz或8kHz采样频率通过AIC23的SAMPLERATE寄存器设置0 0 1 0 0 0 1 1,,TLV320AIC23的内部寄存器,,在5509A与AIC23的连接中，McBSP的接收和发送工作在同步方式下，接收和发送可以独立配置，利用5509A的I2C模块，可以对AIC23内部的配置寄存器进行编程配置，使AIC23工作在要求的状态下 首先对5509A的I2C模块初始化，图7-25是5509A I2C主从发送控制流程图，将数据逐次写入I2CDXR，并通过I2C总线发送给AIC23，可以完成对AIC23的初始化配置。

5509A I2C主从发送控制流程图,由于设置AIC23接收、处理数据的速度为48kHz，程序中发送数据的函数在设备忙的情况下不会返回，而是等待其准备好并接收数据完毕才返回，所以程序中无需使用任何控制数据发送速度的技术下面给出AIC23初始化的部分源代码void AIC23_Init() { I2C_Init(); // 复位AIC23并打开电源 AIC23_Write（AIC23_RESET_REG, 0）; AIC23_Write（AIC23_POWER_DOWN_CTL, 0）; AIC23_Write（AIC23_ANALOG_AUDIO_CTL, ANAPCTL_DAC ，ANAPCTL_INSEL）; // 使用麦克风音源,AIC23_Write（AIC23_DIGITAL_AUDIO_CTL, 0）; // 打开line in音量控制s AIC23_Write（AIC23_LT_LINE_CTL,0x000）; AIC23_Write（AIC23_RT_LINE_CTL,0x000）; // AIC23工作于主模式，44.1kHz立体声, 16bit采样 // 输入时钟为12MHz AIC23_Write（AIC23_DIGITAL_IF_FORMAT, DIGIF_FMT_MS | DIGIF_FMT_IWL_16 | DIGIF_FMT_FOR_DSP）; AIC23_Write（AIC23_SAMPLE_RATE_CTL, SRC_SR_8 | SRC_BOSR | SRC_MO）; // 打开耳机音量控制和数字接口 AIC23_Write（AIC23_LT_HP_CTL, 0x07f）; // 0x79 为麦克风 AIC23_Write（AIC23_RT_HP_CTL, 0x07f）; AIC23_Write（AIC23_DIG_IF_ACTIVATE, DIGIFACT_ACT）; // 设置 McBSP0为从模式 McBSP0_InitSlave(); },7.3 DSP相关片上外设,时钟发生器 外部时钟信号从CLKIN引脚输入，在内部修改这个信号，来产生希望频率的输出时钟。

时钟发生器将这个输出时钟送给CPU、外设和其它内部模块 I2C模块 发送配置参数给TLV320AIC23 McBSP 和TLV320AIC23实现无缝连接，传送音频数据DSP时钟发生器,÷,,,,,,CLKIN,CPU时钟,CLKDIV,CLKOUT,CPU、外设或者其他器件,图1-3 时钟输出,时钟发生器,,时钟发生器，它可以利用数字锁相环（DPLL）分频或者倍频输入时钟频率（从CLKIN引脚接收），然后分别送到CPU、外设和C55x DSP内的其他模块，以使它们工作在所要的时钟频率可编程分频器,7.3.1 I2C（Inter-Integrated Circuit 内部集成电路）模块,,,TMS320C55x可以通过I2C串行总线同其他I2C兼容设备相连接，通过该串行总线可以收发8位数据C55x的I2C总线模块有如下特点： 兼容I2C总线标准：即支持位/字节格式传输，支持7位和10位寻址模式，支持多主方发送从方接收模式和多主方接收从方发送模式，I2C总线的数据传输率可以从10kbit/s到400kbit/s； 可以通过DMA完成读写操作； 可以用CPU完成读写操作和处理非法操作中断； 模块的工作频率为12MHz； 模块可以使能和被禁止。

I2C总线连接关系,I2C总线使用一条串行数据线SDA和一条串行时钟线SCL，这两条线都支持输入输出双向传输，在连接时应注意这两根线都需要外接上拉电阻，当总线处于空闲状态时两条线都处于高电平I2C总线支持多主设备模式，当多个主设备要进行通信时，可以通过仲裁机制决定那个主设备占用总线 I2C总线模块由串行接口、DSP外设总线接口、时钟产生和同步器、预定标器、噪音过滤器、仲裁器以及中断和DMA同步事件接口，下面给出了I2C总线模块内部框图I2C总线模块内部框图,1．I2C总线数据传输,I2C串行数据信号在时钟信号为低时改变，而在时钟信号为高时进行判别，这时数据信号必须保持稳定当I2C总线处在空闲态转化到工作态的过程中必须满足起始条件，即串行数据信号SDA首先由高变低，之后时钟信号也由高变低；当数据传输结束时则SDA首先由低变高，之后时钟信号也由低变高标志数据传输结束 I2C总线以字节为单位进行处理，而对字节的数量则没有限制I2C总线传输的第一个字节跟在数据起始之后，这个字节可以是7位从地址加一个读写位，也可以是8位数据当读写位为1时，则主方从从设备读取数据，为0时则向所选从设备写数据。

在应答模式下需要在每个字节之后附加一个应答位（ACK）当使用10位寻址模式时，所传的第一个字节由11110加上地址的高两位和读写位组成，下一字节传输剩余的8位地址下面分别给出了8位和10位寻址模式下的数据传输格式示意图位寻址数据格式（8位）,位寻址数据格式（10位）,I2C总线的数据传输可以分成4种模式——主发送模式、主接收模式、从发送模式和从接收。