基于TMS320C5509 DSP的语音处理系统平台硬件设计

2018-12-25严昭军武汉中原电子集团有限公司

数码世界 2018年6期

严昭军武汉中原电子集团有限公司

前言：现阶段，数字信号处理技术呈现了质的飞跃，在图像和语音信号处理领域得到了广泛应用，通过发挥TMS320C5509型DSP芯片的作用，对算法进行深入分析，能够实现对语音信号的转化，对提升语音信号处理的速率具有重要作用。因此，探析语音处理系统的硬件设计方案，具有十分重要的现实意义。

1 语音处理系统概述

数字信号是语音处理系统的主要处理对象，通过依据相应的算法对数字信号进行运算，能够精准获取语言信息，该方法与模拟信号方法具有显著差异性，能够同时通过硬件方法和软件方法实现信号模拟，并利用Matlab软件实现信号的转化，硬件方法是指借由TMS320C5509 DSP芯片实现对集成电路的处理，再经由运算器、存储器、控制器对信号进行转化。利用软件方法处理语音信号虽然能够有效提升运算的灵活性，但运算速率较低，应用范围具有一定的局限性。与软件方法相比，硬件方法对语音信号的处理速率较高，能够实现对语音信号的实时处理，但不够灵活，一旦硬件部分搭建完毕很难被更改。本次系统设计选用DSP芯片，利用该芯片实现对语音信号的运算和处理，在外围接口和电路的作用下，能够实现对语音信号的实时处理。通常情况下，语音系统需要处理大量的数据，这对芯片的运算能力提出挑战,DSP芯片凭借其运算速率高的优势得到数据信号处理人员的广泛青睐。

2 基于TMS320C5509 DSP的语音处理系统硬件设计方案

2.1 数字信号处理

本次设计的语音处理系统采用TMS320C5509型DSP芯片，该芯片对语音信号处理的灵敏度较高，具有安装灵活方便的优势，该芯片主要将I/O接口供电和内核供电作为主要供电形式，I/O接口电压通常为3.3V，而内核供电的电压通常为1.6V。在该类型芯片的运行过程中，由于外界电压通常为5V，需要发挥电压转化器的作用，将芯片电压转换成标准电压再投入使用。

2.2 语音信号采集

语音信号采集模块是语音处理系统的重要组成部分，实现对语音信号的收集是转换语音信号的基础和前提。现阶段，科学界大多将数字信号处理方式作为转换语音信号的主要方法，在对模数进行转换的基础上，为语音信号处理提供良好前提。本次设计语音信号采集模块的过程中，应用了TLC320AD50C型信号转换器，该类型信号转换器结构设计较为轻便，能够有效简化信号采集流程。该信号转换器实现了与滤波器的联合，能够在接收数据信号后实现对数据信号的实时发送，该信号转换器能够实现与芯片的通信，无需其他元件辅助。由于该类型的信号转换器利用了采样频率合成技术，能够实现对语音信号处理流程的简化，具有普适性的特点，能够实现高采样率低速等信号的转换。同时，由于该信号转换器内部配置有SINX补偿功能，能够实现对采样频谱混叠现象的有效防范。此外，该类型转换器通过对串口的充分利用，能够通过编程，实现对时钟电路和复位电路的科学配置。

2.3 FLASH信号扩展

在语音处理平台的正常运行过程中，需要通过大量的硬件程序实现语音信号处理功能。在语音信号收集完毕后，受频率和带宽的影响，容易产生部分中间数据，也称缓冲数据。由于系统的运算能力有效，不能够同时对语音信号和缓冲数据进行处理，这就要求语音处理系统具备一定的存储功能。本次研究采用的语音处理系统采用的Nand型FLASH芯片，能够有效扩展储存空间，实现对数据的静态读取。

2.4 电路选择

由于本次系统采用内核电压供应形势，电压值为1.6V，外部环境提供的电压约为5V，而I/O接口的电压为3.3V，因此，需要采用双电源形势，将最大电流输出值设置为1A，电压值可以采用1.6V和3.3.V两种形式输出，确保电流值和电压值能够充分满足系统的运行需求。通过这种形式，可能产生低于85μA的瞬态电流，秩序切断热保护即可实现对电流值的合理调节，提升电路设计的科学性。

2.5 时钟和复位电路设计

做时钟电路和复位电路的设计工作有助于减少外部干扰，将电压和电流值限定在合理范围内。在为语音处理系统通电后，一旦遭遇外部干扰，容易产生死机现象，会对语音信号处理造成严重的不良影响。因此，应在系统外部加装施密特触发器，将晶振频率作为参考依据，合理选择晶体振荡器，将晶振频率维持在10-12MHz，将晶振电容维持在0-22pF，将主时钟的配置原则作为参考依据，根据引脚不同合理选择电平。由于复位信号低电平有效，复位引脚在使用时需要外接上拉电阻，以保证其不处于不稳定状态导致DSP工作的不正常。