基于TMS320VC5402的音频信号采集与处理系统
出处:iC921 发布于:2007-05-25 14:16:47
摘要: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。
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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、、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、、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。
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1 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。
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2 硬件电路的设计 |
2.3 D/A电路 PCM1744是双声道立体声DAC,包含数字滤波器和输出放大器,动态范围为95dB,具有多种采样频率可选,可达96kHz。采用24位的IIS数据输入格式。PCM1744的操作主要涉及到LRCIN(采样时钟信号输入)、BCKIN(位时钟信号输入)、SCKI(系统时钟输入)、DIN(数据输入)这几个对时序有要求的引脚。PCM1744与'C5402连接后,'C5402使用缓冲串口1发送数据,各种时钟信号均由'C5402产生,PCM1744被动接收各种信息。PCM1744的系统时钟信号(SCKI)由'C5402的TOUT引脚提供,TOUT是'C5402的定时器输出信号引脚,有较强的驱动能力,可以驱动多个芯片。PCM1744的数据接收时钟格式必须是IIS格式,'C5402在缓冲串口寄存器中设置各种时钟方式时,必须满足IIS格式的要求。'C5402作为主动工作器件,可以对其缓冲串口输出信号进行调整。输出的采样时钟信号、位时钟信号可以在McBSP寄存器SRGR1和SRGR2中设置,设置遵循图3的原则。 |
基本的时钟信号可以来自CPU时钟,也可以来自晶振时钟,这在SRGR2寄存器中的第13位设置。基本时钟输入后,经CLKGDV(SRGR1的第7位到第0位)所设置的值进行次分频,得到位时钟信号(由BCLKX1脚输出)。值得注意的是,位时钟信号为DSP频率的一半。位时钟信号经FPER(SRGR2的第11位到第0位)和FWID(SRGR1的第15位到第8位)所设置的值进一步分频得到采样时钟信号(由BFSX1脚输出),FPER和FWID分别设置采样时钟信号的低电平和高电平的时间值。'C5402与PCM1744的硬件接线如图4所示。 PCM1800完成音频信号采集后,在DSP的外扩程序存储器中嵌入相应的处理算法,语音信号经处理后,再从PCM1744输出。 |
3 软件设计 软件部分主要包括DSP编程和PC编程。DSP编程的主要任务是初始化、管理板上的资源和完成音频的处理算法,可参考有关资料。PC编程重点则是管理DSP操作和应用层软件编写。 |
3.1 A/D与D/A程序设计 为了在20kHz的音响频段获得优良的音频输出,A/D和D/A的采样频率应该达到44.1kHz或48kHz。要正确编写采样和输出音频信号的程序,必须对'C5402的McBSP相关寄存器(spcr1, spcr2, rcr1, rcr2, xcr1, xcr2, srgr1, srgr2, mcr1, mcr2, rcera1, rcerb1, xcera, xcerb, pcr1)进行正确的设置[1],以满足'C5402和PCM1744、PCM1800的各种时序要求(位同步、帧同步、时钟信号等)。为了使TOUT能给外围器件提供时钟信号,应设计到DSP的定时和中断操作,具体请参考TI提供的Spru302.pdf资料。 |
3.2 DSP和PC的编程
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参考文献 [1]. TMS320VC5402 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/TMS320VC5402_688959.html. [2]. PCM1800 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/PCM1800_543497.html. [3]. PCM1744 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/PCM1744_936482.html. [4]. TPS7301 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/TPS7301_592244.html. [5]. TPS7333 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/TPS7333_592218.html. [6] TMS320VC5402 FixedPoint signal processor. TI Technology document Sprs079e,2000.8 [7] 姚天任. 数字语音处理.武汉华中理工出版社,1999 [8] 冒 捷.DSP-数字化音频领域的未来.西部广播电视,2000(9) |
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