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基于TLV320AIC23B的语音信号采集系统设计.pdf

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上传者: 没文化的老者 2012-05-18 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《基于TLV320AIC23B的语音信号采集系统设计pdf》,可适用于IT/计算机领域,主题内容包含http:wwwpapereducn基于TLVAICB的语音信号采集系统设计郝建柏朱晓颖胡明中国科学技术大学电子科学与技术系安徽合肥(),中国矿业大符等。

http:wwwpapereducn基于TLVAICB的语音信号采集系统设计郝建柏朱晓颖胡明中国科学技术大学电子科学与技术系安徽合肥(),中国矿业大学信息与电气工程学院江苏徐州()Email:haostudentcom摘要:本论文设计了利用高性能位定点DSPTMSVC控制TI公司最新推出的语音信号处理芯片TLVAICB实现的语音信号处理系统。在系统中TMSVC通过McBSP配置TLVAICB的工作方式通过McBSP接收TLVAICB采集语音信号所得的数字信号也可以通过McBSP把数字信号发送给后者还原出语音信号。硬件电路设计部分给出了系统硬件的连接方式硬件上可以实现立体声输入或话筒输入立体声输出或耳机输出的功能。软件设计部分论文给出了系统软件的框图。通过软件程序的设置可以使系统实现KHz到KHz多种采样频率位、位、位、位多种采样位数的音频信号的采集和回放。关键字:DSPTMSVCTLVAICB语音信号处理中图分类号:TP引言语音是语言的声学表示是声音和意义的结合体是人与人之间相互传递信息的最重要的手段是人类最重要、最有效、最常用和最方便的交换信息的形式。语音中除包含实际发音内容的语言信息外还包括发音者是谁及喜怒哀乐等各种信息。语音信号处理是研究用数字信号处理技术对语音信号进行处理的一门学科它是一门新兴的学科同时又是综合性的多学科领域和涉及面很广的交叉学科。从事这一领域的研究不但要懂信号与信息处理、计算机技术应用还要对语言学、语音学、声学、认知科学、生理学、心理学等许多学科有很深的了解。现在要设计出高质量的语音信号处理系统不但要有成熟的理论基础更要有良好的物理硬件的支持。高速的擅长数据处理的DSP的出现和专用语音信号处理芯片的出现使得高质量的语音信号处理系统得以实现。而本系统就是根据以上的论述设计出的一种能够完成高质量语音信号采集、处理和回放的系统。语音信号处理芯片TLVAICB简介TLVAICB芯片内置耳机输出放大器支持MIC和LINEIN两种输入方式(二选一)且对输入和输出都具有可编程增益调节。TLVAICB的模数转换(ADC)和数模转换(DAC)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K到K的频率范围内提供bit、bit、bit和bit的采样ADC和DAC的输出信噪比分别可以达到dB和dB。与此同时TLVAICB还具有很低的能耗回放模式下功率仅为mW省电模式下更是小于µW。由于具有上述优点使得TLVAICB是一款非常理想的音频模拟IO器件可以很好的应用在随声听(如CDMP……)、录音机等数字音频领域。引脚介绍TLVAICB提供脚的PW封装其引脚根据功能可以分为电源及时钟引脚、语音信号输入引脚、语音信号输出引脚、控制口引脚和数据口引脚。由于芯片的引脚过多逐个介绍显得繁琐现在按功能划分只介绍一些重要的引脚。表TLVAICB的部分引脚功能引脚名称IO功能描述数据口引脚BCLKIO数据口串行时钟引脚。TLVAICB工作在主模式时它来提供这个时钟信号工作在从模式时时钟信号提供给TLVAICB。LRCINIO数据口数据输入帧信号。TLVAICB工作在主模式时它来提供这个帧信号工作在从模式时帧信号提供给TLVAICB。DINI数据口串行数据输入引脚。LRCOUTIO数据口数据输出帧信号。TLVAICB工作在主模式时它来提供这个帧信号工作在从模式时帧信号提供给TLVAICB。DOUTO数据口串行数据输出引脚。控制口引脚MODEI控制口模式选择引脚。低电平时控制口配置成两线IC模式高电平时配置成三线SPI模式。CSI控制口锁存地址选择引脚。控制口工作在SPI模式时作为数据输入锁存引脚控制口工作在IC模式时作为IC器件的地址选择引脚。SCLKI控制口串行时钟引脚。SDINI控制口串行数据输入引脚。语音信号输入引脚MICBIASO麦克风偏置电压输出引脚。在选择麦克风输入时该引脚输出的电压作为麦克风的偏置。其电压在正常模式下为的模拟电源电压。MICINI麦克风输入引脚。该引脚为麦克风输出的模拟语音信号输入引脚。LLINEINI立体声的左声道模拟语音信号输入引脚。RLINEINI立体声的右声道模拟语音信号输入引脚。语音信号输出引脚LOUTO立体声的左声道模拟语音信号输出引脚。ROUTO立体声的右声道模拟语音信号输出引脚。LHPOUTO耳机输出的右声道输出引脚http:wwwpapereducnRHPOUTO耳机输出的左声道输出引脚寄存器介绍TLVAICB有个控制寄存器用于设置其工作方式。下面的是关于各个寄存功能的简单介绍详细的各个控制位的功能可以查阅其数据手册。表TLVAICB控制寄存简介寄存器地址寄存器名称寄存器功能立体声左声道输入音量控制寄存器控制立体声左声道输入的音量。立体声右声道输入音量控制寄存器控制立体声右声道输入的音量。耳机左声道输出音量控制寄存器控制耳机左声道输出音量。耳机右声道输出音量控制寄存器控制耳机右声道输出音量。模拟音频通路控制寄存器模拟接口方式选择控制。数字音频通路控制寄存器控制芯片内部ADC和DAC的工作方式。功率控制寄存器控制芯片内部各个功能单元的开或者关。数字接口模式控制寄存器控制数字口的接口方式。采样频率控制寄存器设置AD变换的采样频率。数字接口激活寄存器用于激活数字接口。复位寄存器用于复位整个芯片。TLVAICB的硬件电路设计结合TI公司这颗芯片的优点利用TMSVC作为控制器可以非常方便的设计出高性能的语音信号处理系统。图为系统的原理框图。滤波滤波TLVAICBTMSVC音频输入音频输出McBSPMcBSP图语音信号处理系统的框图http:wwwpapereducn模拟接口电路模拟信号接口电路中的输入部分主要完成把语音信号变成电信号输入或者直接把立体声的电信号输入。输出部分主要完成把语音信号输出可以直接驱动耳机或立体声设备。TLVAICB的输入有两种形式立体声输入和耳机输入。立体声输入口包括左右声道的输入麦克风输入是语音直接输入。其中由于麦克风是无源元器件所以要为其提供偏置电源。在本系统中采用开关Switch进行两种输入方式的切换这部分电路图如图所示。图TLVAICB的音频信号输入电路TLVAICB有两种输出方式:立体声输出和耳机输出。耳机输出可以直接驱动Ω和Ω的耳机不需要外部再进行功率驱动。立体声输出没有经过内部放大器是直接输出。音频信号输出电路图如图所示。图TLVAICB音频信号输出电路数字接口电路数字接口电路主要是完成TLVAICB与DSP芯片TMSVC之间的数字接口以用于两者之间的数据传输。TLVAICB与微处理器的接口有两个一个是控制口用于设置TLVAICB的工作参数另一个是数据口用于传输TLVAICB的AD、DA数据。这两个口都是串行口。TMSVC有两个多通道缓冲串行口(MultichannelBufferedSerialPort简称http:wwwpapereducnMcBSP)McBSP的极大优点是其具有很强的可配置性可以通过设置其相应的寄存器设定其工作方式。本系统就是通过将TMSVC的两个McBSP配置成所需的工作方式实现与TLVAICB的无缝接口。TLVAICB的控制接口有两种工作方式MODE接低电平是设置为线制的IC方式MODE接高电平是设置为线制的SPI方式。由于McBSP不容易实现IC工作方式但是很容易实现SPI工作方式所以在本系统中就把TLVAICB的MODE引脚接高电平配置为SPI工作方式。在SPI方式下SDIN是串行数据SCLK是串行时钟CS是控制位。串行数据由位组成高位在前低位在后。串行数据的前七位表示TLVAICB的某个寄存器的地址后九位表示写到这个寄存器的数据。SPI方式的时序如图所示。图SPI方式的时序图TLVAICB的数据口有四种工作模式分别为Rightjustified、Leftjustified、IISMode、DSPMode其中后两种模式可以很方便的与DSP的McBSP连接。本系统中TLVAICB采用DSPMode模式和TMSVC的McBSP接口实现无缝连接可以方便的实现主、从模式两种工作方式。当McBSP为从模式时McBSP的接收时钟与帧同频信号都由TLVAICB来提供当McBSP为主模式时McBSP产生所需的时钟和帧信号。TLVAICB的DSPMode的工作时序如图所示。LRCINLRCOUT是帧信号它连接到TMSVCMcBSP的帧同步信号引脚。BCLK是串行时钟它连接到TMSVCMcBSP的发送接受时钟引脚。DINDOUT上是串行数据它连接到TMSVCMcBSP的发送接受数据引脚。串行数据是左声道数据在前紧接着是右声道数据串行数据是高位在前低位在后。图TLVAICBDSPMode的工作时序图http:wwwpapereducn根据上面数字接口部分的介绍本系统TMSVC与TLVAICB间接口电路图如图所示。其中TMSVC的McBSP用于数据口McBSP用于控制口。BCLKLRCINDINLRCOUTDOUTSCLKSDINCSMODECLKRCLKXFSRFSXDRDXCLKXDXFSXVTMSVCTLVAICB图TMSVC与TLVAICB间的数字接口语音信号处理系统的软件设计本语音信号处理系统的主体由TMSVC和TLVAICB构成所以软件系统的编程也主要是围绕这两颗芯片来的。在软件程序中要完成对TMSVC的初始化尤其是对两个McBSP的设置还有TLVAICB中控制寄存器的设置。然后让系统在设定的方式下工作即可。本系统的软件流程框图如下图所示。DSP工作控制、状态等寄存器初始化DSP的McBSP和McBSP工作方式设置TLVAICB工作方式设置开始Y语音信号采集或回放是否完成?语音信号采集(包括存储)或回放结束N图系统软件流程图由系统软件流程图可以看出程序开始要进行DSP内部的初始化比如控制寄存器PMST、状态寄存器ST和ST还有时钟方式寄存器CLKMD等。这部分的作用是初始化http:wwwpapereducnDSP使其能够按照所需的状态进行工作。DSP的McBSP和McBSP的初始化主要用于设置两个多通道缓冲串行口的工作方式让McBSP能够与TLVAICB的数据口的无缝接口让McBSP工作在SPI方式与TLVAICB的控制口实现无缝接口。TLVAICB的工作方式设置主要用于设置其工作方式比如主从工作方式、采样频率、采样位数等。语音信号的采集(包括存储)或者回放部分则是通过TMSVC的McBSP口把TLVAICB采样得来得数字量进行存储放到存储器中去或者把存储器中数据通过McBSP送给TLVAICB让其进行语音信号的回放得到还原的语音信号。这一部分工作完成之后程序让TMSVC转入省电的工作方式或者停机。总结通过系统硬件电路和软件程序的设计可以很容易实现KHz到KHz多种采样频率位、位、位、位多种采样位数的音频信号的采集、存储和回放而且语音清晰、失真小。另外系统还为更进一步的语音信号处理提供了一个很好的硬件平台可以很方便的进行PCM(G)、ADPCM(G、G、G、G)、G、G等语音编码及其他语音技术处理。参考文献:《TLVAICBDatasheet》,TexasInstruments,刘益成。TMSCxDSP应用程序设计与开发。北京:北京航空航天大学出版社清源科技。TMSCxDSP硬件开发教程。北京:机械工业出版社《TMSVCDatasheet》,TexasInstruments,戴明桢周建江。TMSCxDSP结构、原理及应用。北京:北京航空航天大学出版社DesignofSpeechSignalProcessingBasedonTLVAICBHaoJianbai,Zhuxiaoying,HumingDepartmentofElectricalScienceandTechnology,USTC,Hefei,Anhui(),SchoolofInformationandElectricalEngineering,CUMT,Xuzhou,Jiangsu()AbstractThispaperintroducesaspeechsignalprocessingsystem,whichisbasedonthebits,fixpoint,highperformanceDSPchipTMSVCandhighperformancestereoaudiocodecchipTLVAICBlatelyproducedbyTIcorporationTMSVCtransfersthecontroldata,whichdefinestheworkingstateofTLVAICB,toTLVAICBthroughitsMcBSPThroughitsMcBSPTMSVCreceivesthedigitaldataofthespeechsignalcollectedbyTLVAICB,http:wwwpapereducnortransfersthedigitalsignaltotheTLVAICBwhichwillreproducethespeechsignalThispapergivesthedetailedhardwarecuicuitofthesystemItispossibleforthesystemtobelineinputsormicrophoneinput,lineoutputsorheadphoneoutputThepaperdrawstheflowchartofthesystemsoftwareBythesettingofthesystemsoftware,thesystemsupportssamplingdatalengthsof,,andbitswithsampleratesfromkHztokHzKeywords:DSPTMSVCTLVAICBSpeechsignalprocessing作者简介:郝建柏年出生男汉族中国科学技术大学在读硕士研究生主要研究方向为智能信息处理。朱晓颖年出生女汉族中国矿业大学在读硕士研究生主要研究方向为嵌入式系统设计。胡明年出生男汉族中国矿业大学在读硕士研究生主要研究方向为嵌入式系统设计。http:wwwpapereducn基于TLVAICB的语音信号采集系统设计引言语音信号处理芯片TLVAICB简介引脚介绍寄存器介绍TLVAICB的硬件电路设计模拟接口电路数字接口电路语音信号处理系统的软件设计总结

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