摘 要：針對數(shù)字語音教室多媒體終端的語音傳輸實時性要求較高的特點，利用數(shù)字信號處理器TMS320VC5402和PCM編碼解碼器MC145480實現(xiàn)了數(shù)字語音接口的設(shè)計。文章在介紹其工作原理的基礎(chǔ)之上，重點論述了它們的軟硬件實現(xiàn)的步驟和方法。 <!--摘要CH(結(jié)束)←-->
<!--→關(guān)鍵CH(開始)--> 關(guān)鍵詞：DSP；TMS320VC5402；PCM；MC145480；數(shù)字語音；多媒體終端
1 引言
在設(shè)計數(shù)字語音教室時，語音傳輸?shù)膶崟r性是設(shè)計的重要技術(shù)指標(biāo)。因此，選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)字信號處理器就顯得尤為重要。本文在數(shù)字語音教室的多媒體終端設(shè)計中選擇了TI公司的TMS320VC5402DSP芯片。該芯片的指令周期為10ns，內(nèi)核電壓是1．8V，I／O電壓是3．3V，內(nèi)部采用改進(jìn)的哈佛總線結(jié)構(gòu)，因此具有運算速度快、通用性強(qiáng)、接口連接方便等特點，非常適用于語音編碼和傳輸。另外，要保證語音信號傳輸?shù)膶崟r性，必須選擇合適的語音采集和編碼芯片與TMS320VC5402相配合，以充分發(fā)揮各自的性能特點。經(jīng)過多方的性能比較，筆者采用 PCM編解碼器MC145480完成語音信號的A／D和D／A變換，同時又將語音信號以數(shù)字PCM編碼格式輸出到DSP的串行口，從而實現(xiàn)語音信息的傳輸。下面具體論述數(shù)字信號處理器DSP與PCM編碼解碼器的接口設(shè)計。
2 TMS320VC5402的MCBSP工作原理
<!--→標(biāo)題EN(開始)--><!--標(biāo)題EN(結(jié)束)←--> TMS320VC5402有兩個MCBSP（多通道緩存串行口），可以與串行設(shè)備如編解碼器或串行A／D轉(zhuǎn)換器直接通信。MCBSP提供有全雙工的通信機(jī)制，以及雙緩存的發(fā)送寄存器和三緩存的接收寄存器，允許傳輸連續(xù)的數(shù)據(jù)流，數(shù)據(jù)長度可以為8、12、16、20、24、32等；同時還可提供A－律和u－律壓擴(kuò)，以及多達(dá)128個通道的發(fā)送和接收。MCBSP通過6個引腳完成一個數(shù)據(jù)通路和一個控制通路與外部設(shè)備的連接。數(shù)據(jù)經(jīng)MCBSP與外設(shè)的通信可通過BDR和BDX引腳來實現(xiàn)，而控制信號則由BCLKX、BCLKR、BFSX、BFSR等四條引腳來實現(xiàn)。CPU和DMA可以讀取DRR數(shù)據(jù)，也可對DXR寫入數(shù)據(jù)。接收和發(fā)送幀同步脈沖既可由內(nèi)部采樣速率產(chǎn)生器產(chǎn)生，也可由外部脈沖源驅(qū)動。當(dāng)BFSR和BFSX都為輸入時，MCBSP分別在BCLKR和BCLKX的下降沿采樣；而當(dāng)BFSR和BFSX都為輸出時，MCBSP則在BCLKR和BCLKX的上升沿進(jìn)行檢測。圖1是BFSR和BFSX輸出時，MCBSP發(fā)送和接收的時序圖。
16－bit的串行口控制寄存器SPCR和引腳控制寄存器PCR可用來配置串行口，而接收控制寄存器RCR和發(fā)送控制寄存器XCR則分別用于設(shè)置接收和發(fā)送的不同參數(shù)，如幀長度和每幀的數(shù)據(jù)長度等。
3 MC145480的工作原理
MC145480是單信道PCM編碼解碼濾波器，它具有按μ律或A律壓擴(kuò)的可選引腳，利用此器件可實現(xiàn)PCM系統(tǒng)所要求的語音數(shù)字化和頻帶限制及平滑。片內(nèi)含有精確基準(zhǔn)電壓，并帶有預(yù)采樣濾波器和重構(gòu)濾波器，既可用于同步傳輸也可用于異步傳輸?shù)脑O(shè)計中。當(dāng)MC145480中的輸入運算放大器的輸出輸入到編碼器時，編碼器將立即通過一個有源R－C濾波器對模擬信號進(jìn)行低通濾波以消除甚高頻噪聲。經(jīng)濾波后的模擬信號變?yōu)椴罘中盘�，從而降低了正向反向信號路徑中的噪聲分量。在差分轉(zhuǎn)換器后，可通過一個差分電容帶通濾波器使模擬信號的帶寬為200Hz～3400Hz，同時差分壓縮A／D轉(zhuǎn)換器對模擬信號進(jìn)行數(shù)字化。解碼器接收到PCM數(shù)據(jù)后，將通過一個差分D／A轉(zhuǎn)換器加以擴(kuò)展，D／A的輸出是3400Hz以下的低通濾波輸出，可由差分開關(guān)電容濾波器作SinX／X補償，然后再由有源R－C濾波器濾波以消除開關(guān)電容濾波器的能帶輸出。此外，MC145480還帶有一對連接成推挽結(jié)構(gòu)的功率放大器，能夠驅(qū)動300Ω負(fù)載到＋12dBm。
MC145480 PCM編碼解碼濾波器可容納各種時鐘格式，如短幀同步、長幀同步、IDL以及GCI定時等。圖2是短幀同步格式發(fā)送與接收的時序圖。
4 TMS320VC5402與MC145480接口
根據(jù)語音信號A／D、D／A轉(zhuǎn)換的特點，在設(shè)計中，模擬語音信號的采樣頻率確定為8kHz，數(shù)字語音信號的格式確定為脈沖編碼的A律格式。MCLK引腳被用作所有模擬信號處理的主時鐘，該時鐘與數(shù)據(jù)發(fā)送、接收時鐘同為2．048MHz。
分析TMS320VC5402的MCBSP與MC145480的時序關(guān)系來設(shè)置串行口控制寄存器SPRC的TXM、MCM、FSM比特位，以設(shè)定MCBSP的工作模式使兩者的時序關(guān)系一致，其硬件連接如圖3所示。 在設(shè)計中，數(shù)字信號處理器TMS320VC5402采用外部時鐘源。為了保證與信號處理器TMS320VC5402的主時鐘信號同步，8kHz和2．048MHz兩個時鐘信號可通過對主時鐘CLKOUT信號進(jìn)行分頻和計數(shù)得到，當(dāng)然也可由外部時鐘源產(chǎn)生，其外部時鐘源產(chǎn)生電路如圖4所示。
2．048MHz時鐘信號是通過MC74HC4060將20．48MHz的外部時鐘源信號進(jìn)行10分頻得到的，8kHz幀同步脈沖信號則由兩片MC74HC73組成的脈沖計數(shù)電路對2．048MHz信號進(jìn)行256計數(shù)得到。
5 軟件初始化的實現(xiàn)
系統(tǒng)復(fù)位后，可通過DSP的數(shù)據(jù)輸出端BDX 向MC145480寫數(shù)據(jù)。由于采用8位通信數(shù)據(jù)長度，因此，初始化時應(yīng)將接收控制寄存器RCR的RWDLEN位和發(fā)送控制寄存器XCR的XWDLEN設(shè)置為000。通過設(shè)置引腳控制寄存器PCR可將串行口工作方式設(shè)置為外部幀同步、外部時鐘源、突發(fā)模式發(fā)送和接收。在初始化復(fù)位與MC145480脫離復(fù)位之間的總花費時間與DSP所采用的時鐘有關(guān)。當(dāng)DSP工作在40MHz，且MC145480的MCLK為2．048MHz時，復(fù)位時間是60周期。其軟件初始化的匯編代碼如下：
<!--標(biāo)題EN(結(jié)束)←-->6 結(jié)束語
利用TMS320VC5402和MC145480能夠完成數(shù)字語音教室多媒體終端的語音接口部分的軟硬件設(shè)計。設(shè)計中采用速率為6．4kbps的PCM波形編碼較好地實現(xiàn)了語音信號的采集，同時利用TMS320VC5402作為語音壓縮和系統(tǒng)控制模塊，保障了語音信號的實時傳輸。 <!--→參考文獻(xiàn)CH(開始)-->
參考文獻(xiàn)
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3．MC145480數(shù)據(jù)手冊
4．張雄偉．DSP芯片的原理與開發(fā)應(yīng)用．電子工業(yè) 出版社，2000
