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。
本设计中选用的 AD转换芯片是 TI公司的 TLC320AD50C。该芯片的采样采用ΣΔ技术,即将一个抽样滤波器放置于 ADC后,将一个差值滤波器放置在 DAC前。这种结构的最大特点就是使系统可同时进行接收、发送任务。 TLC320AD50C可实现高采样率(最高可达 22.5kb/s)的 AD/DA转换,该功能由 2个 16位的同步串行转换通道实现,可直接和 DSP连接进行通信。
TLC320AD50C中的可选项和电路配置可以通过串行口进行编程,该芯片对掉电、复位、信号采样率、串行时钟率、增益控制、通信协议、测试模式等可通过串行口进行编程和电路配置。具体连接如图 3:
片外复位电路提供上电复位,晶振电路可提供 10MHz的主时钟频率,数据采样频率和其他时钟信号均由此频率分配。5402与 AD50C之间的通信格式为主串行通信格式:接收和发送转换信号。
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