基于DSP的声音采集系统硬件设计
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基于DSP的声音采集系统硬件设计
摘要：DSP能够决定声音的动态范围，在声音采集方面发挥着不可替代的作用。为此，本文简单的对DSP的声音采集系统进行了阐述，明确其特点与优势，并在此基础上，重点对其硬件设计开展探究，不仅介绍了主要的设计思想，而且还对相关硬件性能等问题进行分析，以期能够提高DSP的声音采集系统硬件设计科学性，充分发挥该系统作用，为关注此类话题的人们提供参考。
关键词：声音采集系统；硬件设计；DSP；USB；电平转化电路
引言：
DSP为声卡数字信号处理器，近年来，在科技日新月异的背景下，DSP技术日益成熟和完善，逐渐成为一个优秀的数据采集系统，并且自身所具有的性能也越来越完善。其在兼容性、成本及功能方面都具有不可比拟的优势，给人们生活和社会发展带了便利性。因此，对基于DSP的声音采集系统硬件设计开展深入探析具有重要的现实意义。需要给予高度重视。
1DSP的声音采集系统概述
DSP全称为Digital Signal Processing，在多媒体计算机中占有重要地位，属于其不获取的组件。以DSP为核心的声音采集系统运用范围不断扩大，当前在工业生产领域运用频率较高。在实际应用中，其能够对生产设备的运行状态进行有效的检测。其主要的原理是：对比所采集的声音信号和数据库中的数据，在此基础上开展相应的检测工作。基于DSP的声音采集系统是由多个部分构成的，最主要的有以下五部分：一是JTAC，二是AD转化电路，三是USB接口，四是电平转化电路，五是静态储存与动态储存[1]。
DSP本身为一种数字信号处理器，其要想对工业生产中的器械密合度等进行检测，需要通过采集声音信号来实现。随着科学技术的进步，声音采集系统中采用的DSP操作速率已达到了100MIPS。USB具有较强的传输能力，而DSP具备了高速处理信号的能力，因此在该系统运行中，若是将USB和DSP有机结合起来，能够发挥更大的性能，进而为工业生产提供优越的服务，促使生产效率与质量提升。DSP同时具备D/A和A/D的转化功能，主要是借助USB1.1协议进行DSP与电脑的通信。
2DSP的声音采集系统硬件设计分析
2.1基于DSP的声音采集系统硬件设计思想
通过人们所能够听到的声音信号范围分析可知，其主要是在20到2千赫兹之间。所以在进行硬件设计时，需要要对此点进行充分考虑，并且应该以传感器接收到该声音为前提，在这一基础上进行相关的转化操作，促使所模拟的信号逐渐向数字信号进行转化。接下来，需要开展被覆盖的声音信号的检测工作。在此过程中，首先，是要对噪声出现的规律进行探寻，并对其发生的原因进行充分的考虑；其次，明确被测信号的特点性，借助其相干性开展检测；最后，可获得检测结果，开展分析工作。
以DSP为基础的声音采集系统虽比较完善，但是因为受到5402片内的DRAM、ROM资源不充足的制约，在硬件设计阶段，还需要设置外部存储设置，确保系统稳定运行。在本次设计思想中，所使用的动态存设备和静态存储器分别为FLASH和SRAM。与此同时，还进行了电源模块的设计。从当前的DSP与计算机进行通信的方式来看，其呈现了多种多样的特点，如ISA卡方式、USB方式等。每种方式都有各自优缺点，需要根据实际情况进行选择。在众多通信方式中，USB是较为常用的，主要是因为其有以下的优点：较强的扩展性、传输效率高等。在本设计中，也对此方式进行了运用，通过USB接口芯片与DSP直接相连，能够为USB的协议实提供有利条件，进而促使数据交换效率得到提升。其中电平转化电路、AD信号转化电路、SRAM等为其整体构架。
2.2相关模块分析
2.2.1声音采集系统中的DSP
在本声音采集系统中，DSP是最重要的组成部分，其是TI公司的5402（全称为TMS320VC5402，具备哈佛结构，呈现了独特的优势，不仅可以以最快的速度实现乘加运算，而且具有超高的操作速率。其所拥有的程序存储器总线、地址总线分布为1条、3条，专用加法器、算术逻辑单位都为40位的。同时也包括其他高性能的器件，基于DSP进行声音采集系统硬件设计，更能保证硬件功能的健全[2]。
2.2.2AD信号转化电路
在此系统硬件设计中，所采用的芯片是以 ΣΔ 技术为主的，为系统在同一时间发送任务和接收任务提供了良好条件。为了提升采样率的转化效果，本文选择了TI公司的TLC320AD50C，同时其也有助于实现与DSO之间连接进行通信。此设计中，所采用的芯片的优点是：能够以串行口对串行时钟率、掉电、通信协议等进行电路配置。
2.2.3电平转化电路
在电路工作过程中，电平转化电路是最关键的环节，为整体工作开展提供了强大的动力。在此电路中，选择了TPS767D301电源芯片，运用该芯片，可输出3.3V。在硬件设计中，因为5420的核电压与外设电压存在差异性，所可运用此芯片和5420相匹配，提升设计合理性，保证系统良好运行。
2.2.4USB
该设计中所采用的串行总线为USB1.1，在选择器件环节，应该选择与USB1.1相符的。在众多接口器件中，PDIUSBD12是比较合适的，同时能够与微处理器进行有效并行连接。另外，在和USB连接时，可借助相关软件进行控制，保证连接的正确性。在3.3±0.3V的电源下，有利于实现良好的应用成果，对同步传输的实现具有重要意义[3]。
结束语：
总而言之，在声音采集领域，DSP发挥着重要作用，因此可以将DSP作为核心，进行声音采集系统设计，不仅要有清晰的硬件电路设计逻辑，而且还需要对相关模块进行了解，同时综合考虑器件选取、布局等问题，进而提升设计合理性，将基于DSP声音采集系统作用发挥至最大。
参考文献：
[1]孙卫宁，农浩，黄德华.基于FPGA的野外声音采集系统的硬件设计[J].企业科技与发展，2019（06）：58-60+62.
[2]刘邝朋，薛志孝.基于声音采集方案的睡眠呼吸监测系统设计[J].计算机测量与控制，2018，26（05）：55-58.
[3]刘晓峰，王毓顺，许中运，等.基于LabVIEW的USB数据采集卡声音测量系统设计[J].工业控制计算机，2017，30（03）：107+110.
