AD轉(zhuǎn)換芯片及DSP信號處理系統(tǒng)設(shè)計詳解

本系統(tǒng)中DSP采用的是TI公司的TMS320VC5402(以下簡稱5402)，其操作速率達(dá)100MIPS，由于其具有改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，所以它可以在一個指令周期內(nèi)完成32x32bit的乘法，亦可以迅速完成數(shù)學(xué)運(yùn)算最常用的乘加運(yùn)算。

它有4條地址總線、3條16位數(shù)據(jù)存儲器總線和1條程序存儲器總線，40位算術(shù)邏輯單元(AIU)，一個17TImes;17乘法器和一個40位專用加法器。8個輔助寄存器及一個軟件棧，允許使用最先進(jìn)的定點DSP的C語言編譯器，內(nèi)置可編程等待狀態(tài)發(fā)生器、鎖相環(huán)(PLL)時鐘產(chǎn)生器、兩個多通道緩沖串行口、一個8位并行與外部處理器通信的HPI口、2個16位定時器以及6通道DMA控制器，特別適合電池供電設(shè)備。

AD轉(zhuǎn)換電路設(shè)計

本設(shè)計中選用的AD轉(zhuǎn)換芯片是TI公司的TLC320AD50C。該芯片的采樣采用ΣΔ技術(shù)，即將一個抽樣濾波器放置于ADC后，將一個差值濾波器放置在DAC前。這種結(jié)構(gòu)的最大特點就是使系統(tǒng)可同時進(jìn)行接收、發(fā)送任務(wù)。

TLC320AD50C可實現(xiàn)高采樣率(最高可達(dá) 22.5kb/s)的AD/DA轉(zhuǎn)換，該功能由2個16位的同步串行轉(zhuǎn)換通道實現(xiàn)，可直接和DSP連接進(jìn)行通信。TLC320AD50C中的可選項和電路配置可以通過串行口進(jìn)行編程，該芯片對掉電、復(fù)位、信號采樣率、串行時鐘率、增益控制、通信協(xié)議、測試模式等可通過串行口進(jìn)行編程和電路配置。具體連接如圖3：

片外復(fù)位電路提供上電復(fù)位，晶振電路可提供10MHz的主時鐘頻率，數(shù)據(jù)采樣頻率和其他時鐘信號均由此頻率分配。5402與AD50C之間的通信格式為主串行通信格式：接收和發(fā)送轉(zhuǎn)換信號。存儲采集到聲音信號后，一個很重要的環(huán)節(jié)就是聲音信號的存儲，本系統(tǒng)中我們采用的是SST公司的FLASH存儲器：SST39VF400A。該器件存儲容量為4MB，采用3.3V單電源供電，對各個子模塊的讀寫和擦除，可通過一些特殊的命令字序列來實現(xiàn)且無需額外提供高電壓。

在此設(shè)計中我們利用DSP編程實現(xiàn)對該存儲器的讀寫操作。DSP主要通過外部存儲器接口(EMIF)訪問片外存儲器。它不僅具有很強(qiáng)的接口能力(可以和各種存儲器直接接口)，而且具有很高的數(shù)據(jù)吞吐能力。5402與SST39VF400的接口電路設(shè)計如圖 1所示。該電路主要通過DSP的相關(guān)輸出管腳來控制FLASH的擦除和讀寫。其中，A0～A19為地址線，DQ0～DQ15為數(shù)據(jù)線，OE和WE分別為輸出使能和寫使能，CE1為片使能。

聲音信號經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換器以后傳輸給DSP，由DSP的PS和DS引腳通過邏輯開關(guān)來分別控制flash和sram的使能端，由DSP的 RW和MSTRB控制位通過邏輯電路分別控制讀和寫。在本設(shè)計中，SRAM使用的是GS1117：64KTImes;16的1MB異步靜態(tài)隨機(jī)存儲器。 GS71116是一個由高速的互補(bǔ)性金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管(CMOS)組成的靜態(tài)隨機(jī)存儲器，不需要外部時鐘或時間頻閃觀測器。3.3V的操作電壓，所有的輸入輸出均兼容晶體管邏輯電路(TTL)。它的快速通道時間小于15ns，操作電流小于100mA。

USB接口電路設(shè)計

PDIUSBD12是一款帶并行總線的USB接口器件，它符合通用串行總線USB1.1版規(guī)范，集成了SIE、FIFO、存儲器收發(fā)器以及電壓調(diào)整器等，可與任何外部微控制器或微處理器實現(xiàn)高速并行接口2M字節(jié)/秒，且在批量模式和同步模式下均可實現(xiàn)1M字節(jié)/秒的數(shù)據(jù)傳輸速率，可通過軟件控制與USB的連接，采用GoodLink技術(shù)的連接指示器，在通訊時使LED閃爍，具有可編程的時鐘頻率輸出，內(nèi)部上電復(fù)位和低電壓復(fù)位電路，為雙電源操作，在3.3±0.3V或擴(kuò)展的5V電源下均可使用，可實現(xiàn)多中斷模式的批量和同步傳輸。連接圖如圖4：

JTAG接口

JTAG是jointtestactiongroup的簡稱，是用來調(diào)試DSP的仿真部分，其連接部分要和仿真器上的引腳一致。TI公司的 DSP5000系列專門預(yù)留有JTAG管腳，共14個，4，8，10，12引腳均接地，6引腳懸空，5接高平電壓3.3V。

所有的仿真引腳均使用 IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)，其余的引腳含義為：

1、TMS：輸入引腳，選擇測試方式;

2、TRST：輸入引腳，測試復(fù)位;

3、TDI：輸入引腳，測試數(shù)據(jù)輸入;

7、TDO：輸出引腳，在TCK的下降沿時輸出數(shù)據(jù)，其余時間呈高阻態(tài);

9、TCK_RET：輸入引腳，在板子與仿真器的連接電纜不小于6英寸的時候，接法與TCK相同，大于6英寸的時候，需另加驅(qū)動;

11、TCK：輸入引腳，測試時鐘，一般為占空比為50%的固有時鐘信號;

13、EMU0：仿真中斷引腳0，可用作輸入或輸出;

14、EMU1：仿真中斷引腳1，可用作輸入或輸出，當(dāng)TRST為低電平、EMU0為高電平時，EMU1為低電平，所有輸出禁止。

小結(jié)

隨著DSP芯片的性價比不斷攀升，使DSP得以從軍用領(lǐng)域拓展到民用領(lǐng)域，由于TI公司DSP5000系列強(qiáng)大的音頻壓縮能力，語音應(yīng)用得到了較大的發(fā)展。因此，基于DSP的聲音采集系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)具有重要的現(xiàn)實意義。