摘要：提出一個(gè)基于TMS320VC5402的音頻信號(hào)采集與處理系統(tǒng)。介紹了該系統(tǒng)的總體方案和硬軟件設(shè)計(jì)。討論了模/數(shù)（A/D）和數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)方法以及如何利用TMS320VC5402的多通道緩沖同步串口（McBSP）和PCM1800及PCM1744芯片接口來(lái)實(shí)現(xiàn)音頻信號(hào)的采集和輸出。實(shí)驗(yàn)證明。所設(shè)計(jì)的基于DSP的硬件和軟件系統(tǒng)是一個(gè)很好的音頻信號(hào)采集與處理系統(tǒng)。

    關(guān)鍵詞：多通道緩沖同步串口 音頻信號(hào) TMS320VC5402 采集與處理

近年來(lái)，隨著DSP技術(shù)的普及和低何等、高性能DSP芯片的出現(xiàn)，DSP已越來(lái)越多地被廣大的工程師所接受，并越來(lái)越廣泛地被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，例如：語(yǔ)音處理、圖像處理、模式識(shí)別及工業(yè)控制等，并且已日益顯示出其巨大的優(yōu)越性。DSP是利用專(zhuān)門(mén)或通用的數(shù)字信號(hào)處理芯片，以數(shù)字計(jì)算的方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，具有處理速度快、靈活、精確、抗干擾能力強(qiáng)、體積小及可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，滿(mǎn)足了對(duì)信號(hào)快速、精確、實(shí)時(shí)處理及控制的要求�；赥MS320C5402芯片，筆者研制了一套音頻信號(hào)實(shí)時(shí)采集與處理系統(tǒng)，并已作為有關(guān)音效器研制的硬件試驗(yàn)平臺(tái)。

1 系統(tǒng)總線方案

系統(tǒng)總線方案框圖如圖1所示。音頻信號(hào)（如：電吉它的單聲道聲音信號(hào)是150mV的電信號(hào)）經(jīng)過(guò)高精度高速的ADC轉(zhuǎn)換后得到一串?dāng)?shù)字信號(hào)，分幀輸入到波形輸入緩沖區(qū)RAM。然后由手動(dòng)控制一種或幾種處理算法將音頻信號(hào)調(diào)入TMS320C5402的內(nèi)部進(jìn)行高速運(yùn)算。經(jīng)過(guò)處理的音頻信號(hào)，再輸入到高精度高速的DAC轉(zhuǎn)換器中，還原成模擬的聲音信號(hào)，經(jīng)音箱功率放大電路放大輸出。

利用緩沖區(qū)的目的是進(jìn)行音效的實(shí)時(shí)處理。系統(tǒng)中各模塊是同時(shí)進(jìn)行處理的，一部分信號(hào)正在ADC中進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而另一部分信號(hào)則在DSP處理器中同時(shí)進(jìn)行算法處理，即整個(gè)系統(tǒng)是以流水線的方式進(jìn)行工作。

2 硬件電路的設(shè)計(jì)

高保真的音頻系統(tǒng)應(yīng)該具有較寬的動(dòng)態(tài)范圍，選擇16～24位的ADC和DAC能完全捕獲或恢復(fù)高保真的音頻信號(hào)。系統(tǒng)的核心芯片（DSP）選用美國(guó)TI公司的TMS320VC5402[1]（以下簡(jiǎn)稱(chēng)'C5402）。

2.1 DSP芯片

作為DSP家庭高性?xún)r(jià)比代表的16位定點(diǎn)DSP芯片，'C5402適用于語(yǔ)音通信等實(shí)時(shí)嵌入應(yīng)用場(chǎng)合。與其它'C54X芯片一樣，'C5402具有高度靈活的可操作性和高速的處理能力。其性能特點(diǎn)如下：操作速率可達(dá)100MIPS；具有先進(jìn)的多總線結(jié)構(gòu)，三條16位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器總線和一條程序存儲(chǔ)器總線；40位算術(shù)邏輯單元（ALU），包括一個(gè)40位桶形移位器和兩個(gè)40位累加器；一個(gè)17×17乘法器和一個(gè)40位專(zhuān)用加法器，允許16位帶/不帶符號(hào)的乘法；整合維特比加速器，用于提高維特比編譯碼的速度；單周期正規(guī)化及指數(shù)譯碼；8個(gè)輔助寄存器及一個(gè)軟件棧，允許使用業(yè)界最先進(jìn)的定點(diǎn)DSP C語(yǔ)言編譯器；數(shù)據(jù)/程序?qū)ぶ房臻g為1M×16bit，內(nèi)置4K×16bit ROM和16K×16bit RAM；內(nèi)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)多通道緩沖串口、一個(gè)與外部處理器通信的8位并行HPI口、兩個(gè)16位定時(shí)器以及6通道DMA控制器且低功耗。與'C54X系列的其它芯片相比，'5402具有高性能、低功耗和低價(jià)格等特點(diǎn)。它采用6級(jí)流水線，且當(dāng)RPT（重復(fù)指令）時(shí)，一些多周期的指令就變成了單周期的指令；芯片內(nèi)部RAM和ROM可根據(jù)PMST寄存器中的OVLY和DROM位靈活設(shè)置。這些都有利于算法的優(yōu)化。

'C5402采用3.3V和1.8V電源供電，其中I/O采用3.3V電源供電，芯片的核采用1.8V電源供電。而實(shí)際常用的只有5V電源，所以必須采用電源轉(zhuǎn)換芯片。選用TPS7301和TPS7333兩塊電源轉(zhuǎn)換芯片（它們都是TI公司為配合DSP而設(shè)計(jì)的電源轉(zhuǎn)換芯片），分別接上適當(dāng)?shù)耐鈬娮�，�?gòu)成電阻分壓器，即可調(diào)整兩塊芯片的輸出電壓分別為3.