基于USB2.0接口的語(yǔ)音采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言 

    語(yǔ)音信號(hào)的采集和處理在網(wǎng)絡(luò)、通信、智能儀表、工業(yè)控制、醫(yī)療衛(wèi)生、公共安全等領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，而這些工作都需要一套高速的語(yǔ)音信號(hào)采集系統(tǒng)來(lái)完成，要對(duì)語(yǔ)音進(jìn)行采集就需要一種高速的，能進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間、大吞吐量數(shù)據(jù)傳送  
的計(jì)算機(jī)接口。USB2.0接口就是一種符合語(yǔ)音采集要求的計(jì)算機(jī)接口，同時(shí)，它還具有支持熱插拔、占用系統(tǒng)資源少、易于擴(kuò)展、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。DSP是利用專門或通用的數(shù)字信號(hào)處理芯片，以數(shù)字計(jì)算的方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，具有處理速度快、靈活、精確、抗干擾能力強(qiáng)、體積小及可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，可滿足對(duì)信號(hào)快速、精確、實(shí)時(shí)處理及控制的要求，本采集卡采用TI公司高精度浮點(diǎn)DSP芯片TMS320C6713作為主控制器，采用高精度數(shù)字編解碼芯片TLV320AIC23B實(shí)現(xiàn)ADC功能，使用Cypress公司EZ-USB SX系列中CY7C68001作為USB接口芯片，與傳統(tǒng)語(yǔ)音采集卡相比，在實(shí)現(xiàn)相同的性能條件下該采集卡成本進(jìn)一步降低，使用更方便，具有很高的性價(jià)比。 

    1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 

    語(yǔ)音采集系統(tǒng)是在TMS320C6713（簡(jiǎn)稱"C6713"）平臺(tái)上設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的，該平臺(tái)的系統(tǒng)框圖如圖1所示。 



    該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)任務(wù)：由主機(jī)的應(yīng)用程序通過(guò)USB總線傳輸發(fā)出命令，控制采集卡對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的采集、播放、數(shù)據(jù)傳輸和語(yǔ)音回放；同時(shí)根據(jù)采集卡返回的狀態(tài)字顯示語(yǔ)音采集卡的工作情況，語(yǔ)音采集過(guò)程：DSP控制TLV320AIC23B（簡(jiǎn)稱"AIC23"）對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣，采樣得到的數(shù)據(jù)，再經(jīng)過(guò)DSP與USB之間的數(shù)據(jù)傳輸通道傳送至USB接口芯片，再傳送到主機(jī)上存儲(chǔ)，語(yǔ)音回放過(guò)程：主機(jī)把處理后的數(shù)據(jù)傳給USB接口芯片，DSP通過(guò)與USB之間傳輸通道取數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)傳給D/A轉(zhuǎn)換器，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后輸出。 

    USB芯片CY7C68001實(shí)現(xiàn)主機(jī)和DSP外設(shè)的高速數(shù)據(jù)通信，DSP作為控制器和系統(tǒng)的快速處理得執(zhí)行者，主要任務(wù)是根據(jù)主機(jī)傳來(lái)的命令或參數(shù)，以盡快的速度完成數(shù)據(jù)傳送。本卡將CY7C68001配置在C6713的EMIF的CE3空間，采用CY7C68001的異步讀/寫方式完成二者之間數(shù)據(jù)和命令的交換，CY7C68001除了存儲(chǔ)器接口外，還有1個(gè)中斷信號(hào)（USBINT）和4個(gè)狀態(tài)信號(hào)（READY、FLAGA、FLAGB和FLAGC）及中斷信號(hào)USBINT使用C6713的外部中斷EXT_INT5；同時(shí)USBINT中斷還被映射到板卡的控制狀態(tài)寄存器（UN_REG）中，供C6713查詢，以確定真正的中斷源，C6713是通過(guò)EMIF來(lái)完成CY7C68001的數(shù)據(jù)與命令的交換，在XC9572XL內(nèi)部構(gòu)造時(shí)序邏輯來(lái)完成DSP與USB芯片的通信。其連接如圖2所示。




    AIC23有2個(gè)接口，一個(gè)是控制口，用于設(shè)置AIC23的工作參數(shù)，另一個(gè)是數(shù)據(jù)口，用于傳輸AIC23的A/D、D/A數(shù)據(jù)，這部分與C6713的MCASP無(wú)縫連接。連接電路如圖3所示，在本卡中AIC23配置成主模式，AIC23的控制口使用2線制的I2C方式，其中CS的反是片選信號(hào)，低電平有效；SDIN是AIC23控制口串行數(shù)據(jù)輸入，SCLK是AIC23控制口的位-時(shí)鐘。數(shù)據(jù)口使用I2S方式，與DSP的MCASP0連接，其中，BCLK表示數(shù)據(jù)口位-時(shí)鐘信號(hào)，LRCIN表示數(shù)據(jù)口DAC輸出的幀同步信號(hào)，LRCOUT表示數(shù)據(jù)口ADC輸入的幀同步信號(hào)，DIN表示數(shù)據(jù)口DAC輸出的串行數(shù)據(jù)輸入，DOUT表示數(shù)據(jù)口ADC輸入的串行數(shù)據(jù)輸出。BCLK由AIC23產(chǎn)生，MCASP0的發(fā)送與接收時(shí)鐘均由AIC23來(lái)提供。




    DSP外部擴(kuò)展了2片現(xiàn)代半導(dǎo)體公司的（4 Bank