摘要：跟着信息技能以及语音辨认技能的不断开展，DSP技能逐步广泛运用于音频处理范畴。本文提出了选用的高功用的处理芯片 TMS320C5416DSP，一起结合具有16～32位采样精度的芯片TLV320AIC23，语音数据FLASH存储器等，完结了移动音频录放体系、语音剖析体系的计划。软件部分依据CCS环境下的C言语编程。将输入信号经AIC23采样后保存在外扩存储器中，再读入DSP，通过FIR滤波器滤除噪，最终进行离散傅立叶快速改换。通过仿真实例验证了本体系的可用性和实用性。
CMOS技能的呈现和前进，1982年推出了依据CMOS的浮点DSP芯片。ATT公司于1984年推出的DSP32是榜首个高功用浮点 DSP。1990年推出了浮点DSP芯片MC96002。可见从80年代以来，DSP芯片的开展日新月异，逐步决议电子产品的更新换代。从运算速度看，DSP芯片要害的乘法器部件从40%降到5%以内，片内RAM数量添加一级以上。引脚数量添加到200个以上，大大进步了芯片灵活性。本文介绍了依据 TMS320C5416DSP芯片的音频信号滤波体系，结合音频编解码TLV320AIC23芯片，FLASH存储器等完结语音录放器硬件的规划;接着以 CCS环境下的C言语为软件规划。将语音信号输入后，经AIC23进行采样后保存在外扩存储器中，再通过DSP带缓冲串口MCBSP 2读入DSP，通过FIR滤波器滤除信号中的噪声，最终进行离散傅里叶快速改换。
1 硬件规划计划
本体系选用DSP芯片TMS320C5416和TLV320AIC23音频编解码芯片完结体系的软硬件规划，并在此基础上完结语音信号的搜集、播映、存储、剖析功用。文中包含3部分：音频信号搜集、DSP芯片处理信号、Flash存储器。体系整体规划结构如图1所示。
TMS320C5416是文中选用的主芯片，是一款低功耗、高功用的DSP芯片，首要功用包含搜集语音信号、存储以及操控模块间通讯等，将音频信号通过搜集和紧缩后寄存到Flash存储器中。AIC23的高功用立体声信号的输入支撑MIC和LINE?IN两种办法，可装备寄存器挑选，并且具有可编程增益调理。其内部集成模数和数模转化部件，选用先进的采样技能，采样规模在8K～96K之间。
本规划的从芯片TLV320AIC23音频编解码芯片，是立体声音频Codec芯片，首要担任对语音信号的A/D转化，采样编码及滤波，该芯片是抱负的音频模仿器材，运用广泛;DSP芯片三个中有两个缓冲串口MCBSP0和MCBSP1担任操控音频芯片AIC23，其间MCBSP0串口是SPI接口，完结语音数据的发送和接纳，MCBSP1串口是I2S接口，使命是写操控字;Flash存储模块可快速拜访可电擦写，即便停电信息也不会丢掉数据的存储器，并且本钱很低，可靠性高、稳定性强，容量大有几GB，外形细巧等特性，进行读取和存储操作为载体。
1.1 体系硬件电路规划
本体系选用的DSP芯片TMS320C5416，最高频率可达160MIPS，体系实时性杰出;音频编解码芯片TLV320AIC23采样精度在16～32位。上述两种芯片的结合是处理移动音频录放体系、现场搜集语音的抱负规划。TMS320C5416的3个MCBSP能够方便地完结 AIC23之间的操控和通讯。AIC23是可编程芯片，其内部含有11个16位寄存器，由MODE引脚挑选操控接口选用SPI或许I2C哪种作业办法，MODE=0选用I2C形式;MODE=1表明选用SPI形式。
AIC23独立的操控口接纳操控器的指令字，而独立的数据接口交流DSP语音数据。为DSP供给作业时钟的是12M外部晶振。本体系C5416DSP的MCBSP0衔接AIC23的操控接口，MCBS P1衔接AIC23的数据接口。TMS320C5416DSP衔接TLV320AIC23的接口框图如图2。
1.2 TMS320C5416DSP模块规划
本次规划选用TMS320C5416芯片，其内部128K*16的RAM，能有用进步体系的集成度和整体功用。别的它还有3个多通道缓冲串口，供给128个通道。C5416芯片的特色有：作业频率可达160 MIPS;能够拜访的数据存储空间64K、I/O空间64K。
TMS320C5416和TLV320AIC23衔接的引脚如下：BCLKX0/1：传输时钟信号，是多通道缓冲串行接口发送器的串行移位时钟信号，复位时，默以为输入。当OFF为低电平，BCLKX进入高组态;TMS320C5416衔接FLASH器材时，DSP芯片每次搜集32位的语音数据，顺次从左声道开端往右声道写入Flash器材进行存储。
1.3 TLV320AIC23语音搜集及回放接口电路模块
AIC23芯片内部集成了ADC和DAC，兼容C5416的输入/输出电压，它的数字接口和DSP的MCBSP端口无缝衔接。AIC23选用先进的Sigma—delta过采样技能，将大部分的噪声搬运到阻态，采样频率规模8K～96K供给4种16 bit、20 bit、24 bit和32 bit的采样数据，ADC和DAC的输出信噪比别离到达90 dB和100 dB。
TLV320AIC23与TMS320C5416衔接的引脚图如下。BCLK：I2S数字音频接口时钟信号，串行数据传输时钟，当主形式是AIC23时，由AIC23发生BCLK且由它传输给DSP，此刻的频率仅为主时钟的1/4，当从形式时，DSP发生BCLK;DIN：I2S格局输入给D/A转化器;DOUT，立体声ADC发生，I2S格局A/D转化器串行数据输出：LRCIN/LRCOUT：I2SD/A和A/D转化器字时钟信号，主机形式下，AIC23发生该信号发送给DSP，从机形式下，由DSP发生;SCLK：操控端口串行时钟输入;SDIN：操控端口串行数据输入，操控协议，传输装备数据;/CS：在SPI形式下，是数据锁存操控端，在I2C形式下，作为外设7位地址的末位;XTI/MCLK：外部时钟输入。本文中AIC23由外接的晶振供给作业时钟，TLV320AIC23从电路模块电路如图3。
1.4 语音数据存储接口电路模块
本文的语音数据存储模块选用32M*8位的Flash存储空间，能够满意文中对存储器芯片的容量以及读取语音信号速度。Flash存储器内寄存录音和放音体系数据。Flash的构成是由一组可独立擦除的1KB区块，擦除一个区块将使该区块悉数复位为1。Flash存储器每个区块的基地址都固定不变。 Flash存储器在存储器中处于开端方位，一般从0开端。下图4为Flash存储模块电路图。
Flash存储器是一种不挥发性内存，存储特性相当于硬盘，因而成为便携式数字设备的存储介质，一起Flash存储器选用串行结构，读写单元以页和块为单位，容量能够很大，本钱低价，并且又能确保数据读写的正确性。闪存的I/O端口有8位，数据传送的办法是轮番传送指令字。DSP搜集到的32位语音数据，通过外部总线分4次，从左往右声道写入闪存中。
1.5 电源接口模块
TMS320C5416DSP的供电结构选用双电源器材芯片，内核电源CVDD和I/O电源DVDD，需求考虑相对电压和上电次第。两种供电操控战略不同：DVDD是3.3 V单电源上电，而CVDD只加载1.6 V，下降供电是想要下降芯片的功耗。双供电形式能够消除电源间的延时。在抱负状态下，I/O电源和内核电源应该一起加电，但实践情况下想要做到并不简单。假如不能一起加电，需求依据引脚电平对作业形式进行装备，内核要优先于I/O供电，要求一种电压要低于操作电压，另一个电压供电时刻不能超出要求。上电进程中，要确保I/O缓冲接纳到正确的内核输出，并避免体系的总线抵触。加电次第首要取决于内部静电保护电路如图5所示。
图6中可见，需求DVDD不超出CVDD 2 V，所以选用4个二极管降压，而内核电源不能超过I/O电源电压0.5 V，因而只用一个二极管，不然简单损坏芯片。
2 体系软件规划模块
本语音录放体系的软件环境是DSP集成开发环境IDE供给老练的中心功用和快捷的图形可视化东西，使得规划更快。CCS2.0提选用图形接口界面，有修改东西和工程管理东西，供给软件开发、程序调试和仿真环境，集成了汇编器、编译器、建库东西等。CCS集成的代码调试东西具有各种调试功用，一起支撑汇编和C/C++言语，本体系的程序软件均选用C言语混合编写。既简单调试，又能进步软件的履行功率，能对DSP进行指令级仿真和实时数据剖析。一起它还具有丰厚的库函数。
本体系的软件部分首要是从现场线路输入和麦克语音所搜集到的信号，搜集并存储到Flash存储器中，由滤波后播出信号，并将信号改换到频域，即FFT离散傅立叶快速改换。
2.1 语音剖析子模块
现场输入的语音信号，送入立体声音频编解码器AIC23中，AIC23操控芯片内寄存器，将信号A/D转化，用数字核算机处理数字信号，然后由数字滤波器滤波，再送到Flash存储器暂存。数字滤波器是一个离散时刻体系。程序语音模块处理进程：首要初始化体系，包含设置时钟发生器、AIC23的初始化、多通道缓冲、作业变量的初始等。
语音剖析程序模块处理进程：TLN320AIC23初始化，语音录音数据读取后存入数据缓冲区，调用FIR数字滤波器滤波，作用杰出，然后将数字语音信号暂存在闪存内，最终由耳机宣布，一起进行FFT离散快速改换算法。语音数据输出到MCBSP。语音剖析子程序模块流程图如图6所示。
2.2 数字滤波器规划
运用窗函数的有限长，完结加窗线性相位FIR数字滤波器，能够满意搬运序列或脉冲呼应的常见问题。
b=fir1(n，Wn，‘ftype’);
b=fr1(n，Wn，‘ftype’，‘window’);
n为滤波器的阶数，Wn为截止频率，ftype决议滤波器类型，high时为高通滤波器，stop时为带阻滤波器。window选用窗函数类型，是一种通过截短和计权的办法使无限长非因果序列成为有限长脉冲应呼应序列的规划办法，其默认值为汉明窗，w=hamming(n)，发生一个n点的汉明窗函数。编写matlab程序，生成FIR系数寄存在FH[n]中，程序运转后在显现区显现成果。
FFT是快速核算DFT的高效办法，能够明显下降运算量，大大进步DFT运算速度。大部分DSP芯片能在单指令周期内完结乘法累加运算。FFT算法是使用DFT系数的特性，兼并运算，将长序列转化为短序列DFT，以削减运算量。FFT算法的完结进程：
1)把N点的时域信号分解成N个时域信号，单点组成信号，并核算出频谱。
2)输入数据的比特回转，行将输入序列整理成位序倒置的次第。位码倒置能够进步程序履行速度和存储功率。
3)完结N点复数FFT，履行3个循环套核算FFT改换，最内层都进行蝶形运算，榜首级、第二级、第三级至第log2N级都是蝶形运算。序列点数N=2m，N为2的整数幂的FFT算法。
4)估量功率普
，X(k)一般分红虚部和实部，核算时将FFT算法改换好的数据求平方和。
2.3 操控寄存器程序规划
本文的TLV320AIC23使用串行传输数据。前半部分数据操控所需寄存寄存器地址，后半部分将所要写入的值保存在寄存器中。选用两个8 bit处理串行传输的操控数据。结合实践本文关于I2C写入模块选用汇编言语。
DSP通过I2C总线将装备指令发送到AIC23，完结初始化装备，然后AIC23开端作业。AIC23的初始化记载在一个数组中，使用串口发送指令，选用循环办法发送。AIC23数据写入时序图如图7。
如图中所示B[15～9]是记载操控寄存器的地址，B[8～0]是要写入的值被保存在寄存器中。
3 定论
文中规划了TMS320C5416DSP芯片的音频信号滤波体系，结合音频编解码TLV320AIC23芯片、FLASH存储器等完结语音录放器硬件的规划进程;软件规划分为语音规划子程序和操控寄存器程序规划。在CCS环境下的C言语编程，将外部输入的语音信号，经A%&&&&&%23进行采样后保存在外扩存储器中，再通过DSP带缓冲串口MCBSP 2读入DSP，通过FIR滤波器滤除信号中的噪声，最终进行离散傅立叶快速改换再进行播映。
