CN111897269A

CN111897269A - 一种基于dsp的语音信号采集系统

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Publication number: CN111897269A
Application number: CN202010804656.4A
Authority: CN
Inventors: 李贵娇; 鲁争艳; 李金宝; 房建峰; 宋宁
Original assignee: China North Industries Group Corp No 214 Research Institute Suzhou R&D Center
Current assignee: China North Industries Group Corp No 214 Research Institute Suzhou R&D Center
Priority date: 2020-08-12
Filing date: 2020-08-12
Publication date: 2020-11-06

Abstract

本发明公开了一种基于DSP的语音信号采集系统，包括差分放大电路、A/D转换电路、DSP处理电路和串口扩展电路；8路语音信号经过差分放大电路进行调理后，由A/D转换电路进行AD转换，转换后的数据进入DSP处理电路进行处理后，经过串口扩展电路和RS232接口上传到上位机。本系统利用DSP内部McASP和EDMA技术，对8路语音信号进行同步采集和实时解码。与普通的数据采集系统相比，该系统采集精度高、线性度好、工作稳定，信噪比高，音质清晰，声音还原度高，具有较强的实用性，尤其适用于高温、低温、盐雾等恶劣环境下的数据采集。

Description

一种基于DSP的语音信号采集系统

技术领域

本发明涉及一种语音信号采集系统，特别涉及一种基于DSP的语音信号采集系统。

背景技术

语言是人类特有的功能，语音是语言的声学表现，通过语音传递信息是人类最有效和最方便的信息交换形式。语音信号处理是研究用数字信号处理技术和语音学知识对语音信号进行处理的新兴学科，是目前发展最为迅速的信息科学研究领域的核心技术之一。随着数字信号处理技术的发展，语音信号处理技术得到不断提高。在语音信号处理过程中，要实现语音信号处理技术的精确性、实时性，语音信号采集和无误差存储成为语音信号处理中的前提。

传统的语音信号采集系统抗干扰能力差、采集精度低，且稳定度差，因此，对于一些需要高精度采集的场合，这些系统显然不能满足应用要求。

发明内容

本发明的目的：本发明设计一种高精度语音信号采集系统，其数据采集精度高，线性度好，而且稳定程度高，可以实现多通道同步采样。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种基于DSP的语音信号采集系统，包括差分放大电路、A/D转换电路、DSP处理电路和串口扩展电路；

8路语音信号经过差分放大电路进行调理后，由A/D转换电路进行AD转换，转换后的数据进入DSP处理电路进行处理后，经过串口扩展电路和RS232接口上传到上位机。

进一步地，还包括FLASH存储电路，DSP处理电路内的程序调试完毕后固化于FLASH存储电路中。

进一步地，还包括电源供电电路，给DSP处理电路提供核电源和IO电源，同时给DSP处理电路提供复位信号。

进一步地，DSP处理电路采用TMS320C6713芯片。

进一步地，A/D转换电路采用ADS1278芯片。

进一步地，FLASH存储电路采用M29W800DT70N6E芯片。

进一步地，电源供电电路采用TPS70345芯片。

进一步地，串口扩展电路采用WK2168芯片进行四通道串口扩展。

本发明所达到的有益效果：

基于TMS320C6713和ADS1278的语音信号采集系统利用DSP内部McASP和EDMA技术，对8路语音信号进行同步采集和实时解码。与普通的数据采集系统相比，该系统采集精度高、线性度好、工作稳定，信噪比高，音质清晰，声音还原度高，具有较强的实用性，尤其适用于高温、低温、盐雾等恶劣环境下的数据采集。

附图说明

图1系统硬件框架图；

图2电源供电电路原理图；

图3差分放大电路原理图；

图4AD转换电路原理图；

图5FLASH存储电路原理图;

图6串口扩展电路原理图;

图7 DSP软件流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本实施例对基于TMS320C6713和ADS1278的高精度语音信号采集系统进行详细说明。

1.系统硬件设计

本语音信号采集系统主要由电源供电电路、差分放大电路、A/D转换电路、DSP处理电路、FLASH存储电路、串口扩展电路组成，如图1所示。系统主要完成8路语音信号采集、信号调理、A/D转换、语音信号存储、串口通信等功能。系统工作过程如下：8路语音信号经过差分放大电路进行调理后，由A/D转换电路进行AD转换，转换结果进入DSP处理电路进行处理后，经过串口扩展电路和RS232接口上传到上位机。下面具体介绍各部分电路的设计过程。

1.1电源供电电路

电源供电电路如图2所示，采用DSP专用供电芯片TPS70345，主要功能是给DSP处理电路提供核电源和IO电源，同时给DSP处理电路提供复位信号。DSP处理电路上电顺序推荐为1.2V先上电，3.3V后上电。TPS70345的SEQ引脚为1时，能满足DSP处理电路上电顺序的要求。

1.2差分放大电路

本语音信号采集系统包含8路差分放大电路，差分放大电路的主要功能是对8路麦克风采集的语音信号进行调理。每路差分放大电路如图3所示。输入信号为MIC+1、MIC-1，输出AINN1、AINP1信号到AD转换电路。差分运算放大器的VCOM输入引脚是电压输入端，其电压值将决定两个输出差分电压的平均值，即AINN1、AINP1的平均值为VCOM。电路增益为R73/R77=5.1k/1k=5.1倍。

1.3 A/D转换电路

A/D转换电路的主要功能是对调理后的8路麦克风语音信号进行A/D转换，得到8路分辨率24位的数字语音信号，再输入DSP处理电路进行处理。使用8路同步转换器ADS1278实现此功能。ADS1278芯片是德州仪器（TI）推出的多通道24位工业模数转换器（ADC），内部集成有多个独立的高阶斩波稳定调制器和FIR数字滤波器，可实现8通道同步采样，支持高速、高精度、低功耗、低速4种工作模式。AD转换电路原理图如图4所示。

ADS1278芯片没有内部寄存器，可通过设置MODE引脚来选择工作模式。ADS1278芯片可以选择SPI协议和帧同步协议进行串行输出，同时也可选择不同的数据输出格式，协议和数据输出格式的选择是由FORMAT[2：0]引脚的输入状态确定。通过对SNYC引脚的控制可以保证ADS1278芯片内部的8个转换器处于同步状态。可以通过PWDN[8：1]输入引脚关闭一个或多个模拟信号输入通道，从而进入了省电模式，当所有通道都被关闭时，ADS1278芯片就进入了低功耗状态。本系统设置ADS1278的FORMAT[2：0]=101b，MODE[1：0]=11b，PWDN[8：1]=11111111b。这样ADS1278芯片就工作在低速模式下，打开8个ADC通道，采用帧同步格式通过DOUT1～DOUT8并行输出8路数据。

1.4 DSP处理电路

DSP处理电路选择TI公司性价比较高的浮点DSP：TMS320C6713。TMS320C6713是TMS320C67x系列的DSP，基于C67x内核，最高工作频率可达300MHz，处理速度达到24000MIPS。TMS320C6713具有增强的直接存储器访问控制器EDMA，可控制16个独立通道完成不受CPU干预的数据传输。32bit的外部存储器接口EMIF，能与SRAM、ERPOM、FLASH、SBSRAM和SDRAM无缝接口，并可寻址512M的片外存储空间。带有丰富的外设接口，包括2个多通道缓冲串口、2个多通道音频串口、SPI和I2C等，使用JTAG编程下载。

DSP处理电路采用50MHz外部时钟频率，16根数据线ED0～ED15，19根地址线EA2～EA20，用于与FLASH、串口扩展电路通信。HD3接低电平时，HD4外接跳帽可选择DEBUG模式或BOOT模式；HD8、HD12接高电平使系统运行在小端模式且EMIF数据出现在ED[7:0]端；HD14接低电平使能McASP1外设和GPIO管脚，禁用HPI管脚；CLKMODE0引脚接高电平选择使用CLKIN脚的时钟。

1.5 FLASH存储电路

在DSP程序调试完毕后，要将程序固化到FLASH存储电路中。FLASH存储电路的芯片选用M29W800DT70N6E，M29W800DT70N6E具有如下特性：2.7V～3.6V单电源供电，最高22MHz时钟工作频率，10mA工作电流，8Mbit的容量，16位并行接口，可反复擦除/编程100000次。FLASH存储电路原理图如图5所示。

1.6 串口扩展电路

本系统使用WK2168进行四通道串口扩展。WK2168是首款具备256级FIFO的低功耗并支持UART/SPI/IIC/8并行总线接口的4通道UART器件。可以通过模式选择使得该芯片工作于以上任何一种主接口模式，将选定的主接口扩展为4个增强功能的UART。扩展的子通道的UART具备如下功能特点：

每个子通道UART的波特率、字长、校验格式可以独立设置，最高可以提供2Mbps的通信速率。

每个子通道可以独立设置工作在IrDA红外通信、 RS-485自动收发控制、 9位网络地址自动识别、软件/硬件自动流量控制等高级工作模式下。

每个子通道具备收/发独立的256 级FIFO， FIFO的中断可按用户需求进行编程触发点且具备超时中断功能。

WK2168采用QFP48绿色环保的无铅封装，可以工作在2.5～5.0V的宽工作电压范围，具备可配置自动休眠/唤醒功能。本系统工作频率14.7456MHz，使用8位并口主接口，具有以下特性：标准8位MCU总线接口；命令和数据共用8位地址总线，通过AD(数据/控制)信号进行切换；子通道选择通过命令字控制和指示，无需额外的通道指示信号线；仅占用两个地址空间。串口扩展电路原理图如图6所示。

2 系统软件设计

本语音信号采集系统的软件全部在DSP处理电路上实现，主要功能有：

（1）使用PLL对50MHz输入时钟进行倍频，产生200MHz系统时钟。

（2）使用MCASP1接口与ADS1278通信，作为主机控制AD转换过程。

（3）使用定时器产生AD转换必须的帧同步时钟、位时钟。

（4）使用EDMA把MCASP1接收的数据传输到RAM。

（5）控制WK2168把RAM中的数据通过串口传输到上位机中。

本语音信号采集系统的DSP软件流程图如图7所示。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于DSP的语音信号采集系统，其特征是，包括差分放大电路、A/D转换电路、DSP处理电路和串口扩展电路；

2.根据权利要求1所述的一种基于DSP的语音信号采集系统，其特征是，还包括FLASH存储电路，DSP处理电路内的程序调试完毕后固化于FLASH存储电路中。

3.根据权利要求1所述的一种基于DSP的语音信号采集系统，其特征是，还包括电源供电电路，给DSP处理电路提供核电源和IO电源，同时给DSP处理电路提供复位信号。

4.根据权利要求1所述的一种基于DSP的语音信号采集系统，其特征是，DSP处理电路采用TMS320C6713芯片。

5.根据权利要求1所述的一种基于DSP的语音信号采集系统，其特征是，A/D转换电路采用ADS1278芯片。

6.根据权利要求2所述的一种基于DSP的语音信号采集系统，其特征是，FLASH存储电路采用M29W800DT70N6E芯片。

7.根据权利要求3所述的一种基于DSP的语音信号采集系统，其特征是，电源供电电路采用TPS70345芯片。

8.根据权利要求1所述的一种基于DSP的语音信号采集系统，其特征是，串口扩展电路采用WK2168芯片进行四通道串口扩展。