声音采集系统硬件设计

2019-08-01 16:47发布

  0引言
  声音信号无处不在,同时也包含着大量的信息。在日常的生产生活中,我们分析声音信号,便可以简化过程,得到我们想要的结果。随着 DSP芯片的性价比不断攀升,使 DSP得以从军用领域拓展到民用领域,由于 TI公司 DSP5000系列强大的音频压缩能力,语音应用得到了较大的发展。因此,基于 DSP的声音采集系统的设计与开发具有重要的现实意义。
  1系统总体介绍
  该系统主要应用于工业生产中,通过采集的声音信号与数据库中的数据相比较,来检测生产设备的运行状态等。本系统主要分为以下几个部分:电平转换电路、 AD转换电路、静态存储与动态存储、USB接口以及 JTAG部分。
  该系统通过采集声音信号来检测器械的裂纹、密合度等。将 DSP高速处理数字信号的能力与 USB高速传输数据的能力结合起来,使其服务于工业生产,是该系统的主要设计目的。系统选用了 TI公司的 TMS320VC5402作为该块 PCB的 CPU,并将 Philips公司的 PDIUSBD12作为接口芯片,使用 USB1.1协议进行 DSP与电脑的通信。 2硬件设计思想人类可以听到的声音信号是范围在 20-20kHz的模拟信号,所以首先需要传感器接收该声音信号,接着需要进行转换,使声音信号由模拟信号变为数字信号。之后通过分析噪声产生的原因和规律,利用被测信号的特点和相干性,检测被覆盖的声音信号。在检测方法上有频域信号的相干检测、时域信号的积累平均、离散信号的计数技术、并行检测等方法。
  由于 5402片内的 ROM和 DRAM资源有限,所以该系统需要外部存储设备,本设计选择一片 SRAM作为静态存储器,一片 FLASH作为动态存储设备。5402的 CPU电压为 3.3伏,外设电压为 1.8伏,所以该系统还需要一个供电的电源模块,可以将一般的输入电压 5伏转化为 3.3与 1.8伏的电压为 DSP供电,该 5V电压还可为除 DSP以外的其他设备供电。
  DSP与计算机的通信,通常采用 USB、RS232、PCI或 ISA卡等方式。RS232的主要缺点是:速度慢,不支持热插拔; PCI与 ISA卡的主要缺点是:受计算机卡槽数量、地址等资源的限制,可扩展性差。而利用 USB通讯的主要优点,便是传输速度快,支持热插拔,占用资源少,可扩展性强。该设计利用 USB接口芯片直接与 DSP相连,通过 DSP的程序实现 USB的协议,最大的优点就是可以保障数据交换的速度。综上,在本系统中,几个基本环节就是:电平转换电路:将 5V电源转换为 3.3V与 1.8V,分别为 DSP芯片的片上外设以及 CPU供电; AD信号转换电路:将传感器接收到的模拟信号转换为数字信号,供 DSP进行处理;信号的存储电路:储存 DSP处理的信号;信号传输电路:将经过处理的信号上传至电脑;仿真电路:用于测试 DSP芯片。整体架构如图 1所示。

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6条回答
gygp
2019-08-02 03:42
  3.2电平转换电路
  电平转换电路,顾名思义,就是将电源供电的电压转换为适合芯片工作的电压。由于 5402的核电压与片上外设电压不同,而且整个电路需要的电压并不能由电源直接提供,所以电平转换电路可以说是整个电路工作的动力,为各个元器件提供适合其工作的条件。


  在该电路中,电源芯片使用的是 TI公司的 TPS767D301(以下简称 D301)。D301是一款可以使不同电压分别输出的芯片,可输出 3.3V和介于 1.5-5.5V之间的某一调整后的电压。因为 5402的外设电压是 3.3V,核电压为 1.8V,所以在此设计中,将该芯片的输出设定为3.3V和 1.8V,与 5402匹配。连接图如图 2所示。

  在 1OUT的输出部分 Vo="Vref"×(1+R1/R2),在 D301中,Vredf=1.1834V,所以 Vo="1".1834V×(1+15.8/30.1)=1.8V。

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