基于DSP的语音数据采集卡设计与实现

基于DSP和USB的声音采集系统随着科技的发展和应用的广泛，声音采集系统在许多领域中具有重要的地位和作用。

本文将介绍一种基于数字信号处理（DSP）和通用串行总线（USB）的声音采集系统。

声音采集系统是一种用于捕捉和记录声音信号的设备。

在许多应用中，如语音识别、音频处理和音乐制作等领域，声音采集是必不可少的。

传统的声音采集系统主要依赖于模拟信号处理技术，但随着数字信号处理技术的不断发展和成熟，数字声音采集系统逐渐成为主流。

该声音采集系统基于DSP和USB技术，具有高效、稳定和灵活的特点。

首先，DSP（Digital Signal Processor）是一种专门用于数字信号处理的芯片或模块，其高速运算和强大的算法处理能力能够有效地处理声音信号。

通过使用DSP芯片，声音信号可以被快速地采集、处理和分析，从而提高系统的响应速度和处理能力。

其次，USB（Universal Serial Bus）是一种常用的计算机外部设备接口，具有广泛的兼容性和易用性。

通过使用USB接口，声音采集系统可以与计算机或其他设备进行快速的数据传输和通信。

这使得声音信号可以方便地被传输、存储和分析，提高了系统的可靠性和可扩展性。

此外，该声音采集系统还具有一些其他的优点。

首先，它可以实现多通道的声音采集，能够同时采集多个声音源，满足不同应用场景的需求。

其次，它支持实时监控和录制功能，可以实时显示和记录声音信号的波形和频谱等信息。

再次，它具有灵活的软件界面和参数设置，可以根据用户的需求进行自定义配置和调整。

综上所述，基于DSP和USB的声音采集系统具有高效、稳定和灵活的特点。

它可以快速采集、处理和传输声音信号，满足不同应用领域的需求。

随着科技的不断进步，这种声音采集系统有望在音频处理、语音识别和音乐制作等领域发挥更大的作用，为人们的生活和工作带来更多的便利和可能性。

第 26卷第 2期 乔建华 ,等 :基于 DSP的语音信号采集系统的设计
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本系 统 采 用 了 高 速 先 进 先 出 存 储 器 IDT 72V02L25J作为一级缓存器来缓存 A /D 转换器得 到的数据 。 IDT72V02的供电电压仅为 3. 3 V[ 3 ] ,工 作时的最大功耗为 180 mW ,访问时间为 15 ns,可以 进行异步或同步的读写操作 。在本系统中 , 因为 DSP的工作速度远远高于 A /D 转换器的转换速率 , 如果 F IFO 的读写操作用同一时钟 ,则会降低 DSP 的工作效率 ,使得 DSP只有在数据接收完毕后 ,才 能进行其他操作 ,所以将 72V02设置为异步工作方 式 。72V02 F IFO 存储器的状态标志有全空 ( Emp2 ty) ,全满 ( Full) ,半满 (Half2Full)来表示 。并且可以 工作在单片模式 ,深度扩展模式 ,双向操作模式 ,数 据串流模式 [ 3 ] 。本系统由于一方面要将 AD50进行 AD 转换的数据送给 F IFO 缓冲 ,另一方面 , DSP 处 理后的数据也要通过 F IFO 送给 AD50进行 DAC,所 以采用双向操作模式 。结构框图如图 3示 。
高速的数据处理能力和丰富的片内资源完全能满 足本系统对语音信号的采集与处理的要求 。并且 C5000 系 列 DSP 可 使 用 JTAG 接 口 ( 按 照 IEEE1149. 1标准 )进行调试 ,可完全控制 DSP上的 所有资源 ,使用方便可靠 。
112 模拟接口芯片 TLC320AD 50C
111 系统核心芯片 TM S320VC5410
数字信号处理器是整个硬件系统的核心 ,它不 但控制着整个数据采集系统的工作流程 ,还负责与 PC机以及外部系统之间的数据通信 。本系统采用 了 TI公司近年来推出的低功耗 、高性价比的 16 位 定点 DSP芯片 TM S320VC5410,适用于语音 、通信等 实时嵌入应用场合 。 TI公司的 DSP芯片在基本哈 佛结构的基础上做了改进 ,一是允许数据存放在程 序存储器中 ,并被算术指令直接使用 ,增强了芯片 的灵活性 ;二是指令存储在高速缓冲器 ( Cache)中 , 当执行此指令时 ,不需要再从存储器中读取指令 , 可以节约一个周期的时间 。 C5410 的工作频率为 100MHz,提供了丰富的片内存储器资源 : 64Kx16位 片上 RAM , 16Kx16位片上 ROM ,程序空间最多可扩 展到 8M x16位 ,还有多种片内外设资源 [ 1 ] 。 C5410

中得 到 了广泛 的应用 。Ｃ ５ ５ ｘ系 列通 过 先 进 的 功耗
图 １ ＤＳ Ｐ数 据 采集 系统 原 理 框 图
收 稿 日期 ：０ ０年 ３ １日 ， 回 日期 ：０ ０年 ３月 ２ ２１ 月 修 ２１ ８日
作者 简介 ： 马福 民， ， 男 高级工 程师 ， 研究方 向 ： 装备监造 与研 究。梁 晓峰 ， ， 男 工程师 ， 研究方 向 ： 装备可靠性 。
管 理技 术 自动关 闭空 闲状 态 的外 设 、 内存 和 内核 功
能 单元 ， 以实现 在 极 低 功 耗 下 运 行 ， 而 延 长 了系 从
统 的工作 时 间 。
２ 系统 简 介
本文研 究 的基 于 Ｄ Ｐ的数 据 采 集 系统 由模 拟 Ｓ
板 和数字 板两 部 分 组 成 ， 结 构 框 图如 图 １所 示 。 其 模拟 板 主要完 成 对 矢 量 水 听 器 输 出原 始 信 号 进行 放 大 、 波等 信 号 调 理 功 能 ， 字 板 主 要 完 成 系 统 滤 数
关键 词 Ｔ ３ ０ ５ ０ Ａ； Ｆ卡 ； 据 采 集 ； 量 水 听 器 ＭＳ ２ＶＣ ５ ９ Ｃ 数 矢 Ｔ ２４ Ｐ ７
中图分号
Ｄ ｅ ｉ ｎ ｏ ａ ａ Ａｃ ｕ ｓ ｔｏ ｓ ｅ ｇ ｅ ｉ ｉ ｎ Ｂａ ｅ ｎ Ｄ Ｓ ｓ ｇ ｆ Ｄ ｔ ｑ ｉ ｉｉ ｎ Ｓｙ ｔ ｍ Ｈｉ ｈ Ｐｒ ｃ ｓ ｏ ｓ ｄ ｏ Ｐ
Ｍ ａ Ｆｕ ｉ Ｌｉ ｉ ｏｆ ｎｇ ｍ ｎ ａｎｇ Ｘ ａ ｅ
（ ｉ ｔ ｒ ｐ ｅ ｅ ｔ ｔｖ ｒ ａ ｆＮａ ａ ｑ ｉｍ ｅ ｔＤｅ ａ ｔ ｅ ｔ ｉ ｏ ｇ ｉ ｇ Ａｅ ａ Ｍ ｌ ａ ｙ Ｒｅ ｒ ｓ ｎ ａ ｉｅ Ｂｕ ｅ ｕ ｏ ｖ ｌＥ ｕ ｐ ｎ ｐ ｒｍ ｎ ｎ Ｃｈ ｎ ｑｎ ｒ ，Ｃｈ ｎ ｄ ６ ０ ０ ） ｉ ｅｇ ｕ １ １０

基于DSP的声音信号采集系统设计【摘要】设计了一种高速音频信号采集系统。

本系统中以DSP为核心，给出了系统整体原理框图、主要硬件设计思路及主要模块的连接方法、系统软件设计思路。

本系统将声信号、地振动信号作为测量和研究的对象，开辟了交通信息检测技术研究的新领域，对提高高速公路运营效率具有重大意义。

【关键词】DSP；USB；声音信号；信号采集1.引言在智能交通系统的众多交通信息中，交通流特征参数信息是最根本的，它们通过车辆检测器来获取，这些特征参数的检测数据是交通管理部门制定政策、采取措施和对交通设施进行规划、设计的最为科学、客观的依据。

本论文将声信号、大地振动信号作为测量和研究的对象，突破现有交通信息检测的固有思路，开辟了交通信息检测技术研究的新领域，对高速公路管理部门及时掌握高速公路交通流信息，快速地做出处理、救援、管理决策，减少事件造成的直接、间接损失，提高高速公路运营效率具有重大意义。

在国内用声学信号对交通流特征进行处理的研究尚未见到报道。

国际上只有日本在把声音信号作为对交通事故中视频信号的启动信号（在撞击和紧急刹车过程中产生了大强度，频率范围很大的声音信号，通过处理后可以作为为视频系统的启动信号）。

美国用于军事上的智能地雷系统，其中的地雷装有声音处理装置，能够分辨敌我车型，使地雷具有智能化。

而应用语音信号对于交通流特征进行提取，具有很强的新颖性，较高的学术价值及应用价值。

本文介绍的就是基于DSP的声音采集系统的设计。

2.硬件系统设计本系统的硬件原理框图如图1所示。

主要包括数字信号采集与处理模块，信号传输模块，逻辑控制和地址转换模块。

本系统中央处理器选TI公司的TMS320VC5402DSP芯片，它具有先进的多总线结构（1条程序总线、3条数据总线和4条地址总线）；40位算术逻辑运算单元（ALU），包括1个40位桶形移位寄存器和2个独立的40位累加器；比较、选择、存储单元（CSSU），用于加法/比较选择；指数编码器，可以在单个周期内计算40位累加器中数值的指数；双地址生成器，包括8个辅助寄存器和2个辅助寄存器算术运算单元（ARAR）；单指令重复和块指令重复操作；块存储器传送指令；32位长操作数指令；同时读入2或3个操作数指令；能并行存储和并行加载的算术指令；条件存储指令；从中断快速返回指令等特点，完全满足系统的设计需要。