AD轉換芯片及DSP信號處理系統設計詳解

本系統中DSP采用的是TI公司的TMS320VC5402(以下簡(jiǎn)稱(chēng)5402)，其操作速率達100MIPS，由于其具有改進(jìn)的哈佛結構，所以它可以在一個(gè)指令周期內完成32x32bit的乘法，亦可以迅速完成數學(xué)運算最常用的乘加運算。

它有4條地址總線(xiàn)、3條16位數據存儲器總線(xiàn)和1條程序存儲器總線(xiàn)，40位算術(shù)邏輯單元(AIU)，一個(gè)17TImes;17乘法器和一個(gè)40位專(zhuān)用加法器。8個(gè)輔助寄存器及一個(gè)軟件棧，允許使用最先進(jìn)的定點(diǎn)DSP的C語(yǔ)言編譯器，內置可編程等待狀態(tài)發(fā)生器、鎖相環(huán)(PLL)時(shí)鐘產(chǎn)生器、兩個(gè)多通道緩沖串行口、一個(gè)8位并行與外部處理器通信的HPI口、2個(gè)16位定時(shí)器以及6通道DMA控制器，特別適合電池供電設備。

AD轉換電路設計

本設計中選用的AD轉換芯片是TI公司的TLC320AD50C。該芯片的采樣采用ΣΔ技術(shù)，即將一個(gè)抽樣濾波器放置于A(yíng)DC后，將一個(gè)差值濾波器放置在DAC前。這種結構的最大特點(diǎn)就是使系統可同時(shí)進(jìn)行接收、發(fā)送任務(wù)。

TLC320AD50C可實(shí)現高采樣率(最高可達 22.5kb/s)的AD/DA轉換，該功能由2個(gè)16位的同步串行轉換通道實(shí)現，可直接和DSP連接進(jìn)行通信。TLC320AD50C中的可選項和電路配置可以通過(guò)串行口進(jìn)行編程，該芯片對掉電、復位、信號采樣率、串行時(shí)鐘率、增益控制、通信協(xié)議、測試模式等可通過(guò)串行口進(jìn)行編程和電路配置。具體連接如圖3：

片外復位電路提供上電復位，晶振電路可提供10MHz的主時(shí)鐘頻率，數據采樣頻率和其他時(shí)鐘信號均由此頻率分配。5402與AD50C之間的通信格式為主串行通信格式：接收和發(fā)送轉換信號。存儲采集到聲音信號后，一個(gè)很重要的環(huán)節就是聲音信號的存儲，本系統中我們采用的是SST公司的FLASH存儲器：SST39VF400A。該器件存儲容量為4MB，采用3.3V單電源供電，對各個(gè)子模塊的讀寫(xiě)和擦除，可通過(guò)一些特殊的命令字序列來(lái)實(shí)現且無(wú)需額外提供高電壓。

在此設計中我們利用DSP編程實(shí)現對該存儲器的讀寫(xiě)操作。DSP主要通過(guò)外部存儲器接口(EMIF)訪(fǎng)問(wèn)片外存儲器。它不僅具有很強的接口能力(可以和各種存儲器直接接口)，而且具有很高的數據吞吐能力。5402與SST39VF400的接口電路設計如圖 1所示。該電路主要通過(guò)DSP的相關(guān)輸出管腳來(lái)控制FLASH的擦除和讀寫(xiě)。其中，A0～A19為地址線(xiàn)，DQ0～DQ15為數據線(xiàn)，OE和WE分別為輸出使能和寫(xiě)使能，CE1為片使能。

聲音信號經(jīng)過(guò)AD轉換器以后傳輸給DSP，由DSP的PS和DS引腳通過(guò)邏輯開(kāi)關(guān)來(lái)分別控制flash和sram的使能端，由DSP的 RW和MSTRB控制位通過(guò)邏輯電路分別控制讀和寫(xiě)。在本設計中，SRAM使用的是GS1117：64KTImes;16的1MB異步靜態(tài)隨機存儲器。 GS71116是一個(gè)由高速的互補性金屬氧化物半導體晶體管(CMOS)組成的靜態(tài)隨機存儲器，不需要外部時(shí)鐘或時(shí)間頻閃觀(guān)測器。3.3V的操作電壓，所有的輸入輸出均兼容晶體管邏輯電路(TTL)。它的快速通道時(shí)間小于15ns，操作電流小于100mA。

USB接口電路設計

PDIUSBD12是一款帶并行總線(xiàn)的USB接口器件，它符合通用串行總線(xiàn)USB1.1版規范，集成了SIE、FIFO、存儲器收發(fā)器以及電壓調整器等，可與任何外部微控制器或微處理器實(shí)現高速并行接口2M字節/秒，且在批量模式和同步模式下均可實(shí)現1M字節/秒的數據傳輸速率，可通過(guò)軟件控制與USB的連接，采用GoodLink技術(shù)的連接指示器，在通訊時(shí)使LED閃爍，具有可編程的時(shí)鐘頻率輸出，內部上電復位和低電壓復位電路，為雙電源操作，在3.3±0.3V或擴展的5V電源下均可使用，可實(shí)現多中斷模式的批量和同步傳輸。連接圖如圖4：

JTAG接口

JTAG是jointtestactiongroup的簡(jiǎn)稱(chēng)，是用來(lái)調試DSP的仿真部分，其連接部分要和仿真器上的引腳一致。TI公司的 DSP5000系列專(zhuān)門(mén)預留有JTAG管腳，共14個(gè)，4，8，10，12引腳均接地，6引腳懸空，5接高平電壓3.3V。

所有的仿真引腳均使用 IEEE1149.1標準，其余的引腳含義為：

1、TMS：輸入引腳，選擇測試方式;

2、TRST：輸入引腳，測試復位;

3、TDI：輸入引腳，測試數據輸入;

7、TDO：輸出引腳，在TCK的下降沿時(shí)輸出數據，其余時(shí)間呈高阻態(tài);

9、TCK_RET：輸入引腳，在板子與仿真器的連接電纜不小于6英寸的時(shí)候，接法與TCK相同，大于6英寸的時(shí)候，需另加驅動(dòng);

11、TCK：輸入引腳，測試時(shí)鐘，一般為占空比為50%的固有時(shí)鐘信號;

13、EMU0：仿真中斷引腳0，可用作輸入或輸出;

14、EMU1：仿真中斷引腳1，可用作輸入或輸出，當TRST為低電平、EMU0為高電平時(shí)，EMU1為低電平，所有輸出禁止。

小結

隨著(zhù)DSP芯片的性?xún)r(jià)比不斷攀升，使DSP得以從軍用領(lǐng)域拓展到民用領(lǐng)域，由于TI公司DSP5000系列強大的音頻壓縮能力，語(yǔ)音應用得到了較大的發(fā)展。因此，基于DSP的聲音采集系統的設計與開(kāi)發(fā)具有重要的現實(shí)意義。