基于DSP全数字化语音系统的设计

　　"计算机化、软件化、多室合一"是数字语言实验室的发展方向--现代化的教育机构，将不会再分门别类地建设语音教室、多媒体教室、网络教室、考试中心、开放式学习中心，取而代之的是简洁统一的多功能教室。语言教学日趋多样化、个性化，新概念、新标准、新手段、新内容层出不穷。教育机构亟需具有持续更新能力的产品，传统硬件产品无法更新换代的弱点相应凸现。

　　建立语音教室、多媒体教室、网络教室、考试中心、开放式学习中心等多功能合一的教学环境，限度地简化学校采购、排课、使用、维护和升级工作，大幅度降低投资成本，从而迅速获得国内众多着名高等学府的青睐。

　　数字信号处理（Digital Signal Processing,简称DSP）是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。德州仪器、Freescale等半导体厂商在这一领域拥有很强的实力。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号。再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是值得称道的两大特色。

　　TMS320F206是美国TI（德州仪器）公司继TMS320C2X和TMS320C5X之后推出的一种低价格、高性能的16位定点运算DSP,其CPU接近于TMS320C25,但时钟速率提高、指令集更加丰富和优化、片内外设向TMS320C5X靠拢[1].TMS320F206（以下简称F206）的性价比较高，目前已成为单片机理想替代品，在通信、语音/语言、军事、仪器仪表、图像处理、工业控制等领域得到了广泛应用。本文就是用F206对MSM6588语音芯片进行录音、放间控制，用FLASH存储器AM29F040B进行语音数据存储，用差分线驱动器和接收器SN75LBC180在RS-485总线网络上传输语音数据，从而满足全数字化语言教学实验室对学生机提出的上述要求的。图1示出了该语音系统的结构简图。

　　1 语音录放电路

　　语音芯片MSM6588是日本OKI公司的产品，内含话简放大器、低通滤波器（LPF）、12位A/D和D/A转换器，语音数据的处理采用ADPCM（自适应差分脉冲编码模式）方式[2].语音芯片主时钟频率确定后，可用DSP通过软件输入控制字来设定采样频率。采样频率设定越高，放间的品质越好，录间的时间就越短。表1给出了MSM6588语音芯片的常用控制命令。

　　表1 MSM6588的控制命令表

　　F206和MSM6588的引脚说明见参考文献[1]和[2].U3是总线收发器，用来隔离和驱动DSP的数据线。MSM6588左边的模拟电路用来放大从麦克风给拾取的微弱电信号，左边的模拟电路是功率放大部分，U5即TPA302是音频功率放大器，可驱动32Ω耳机。

　　2 语音存储电路

　　FLASH闪存 闪存的英文名称是"Flash Memory",一般简称为"Flash",它属于内存器件的一种。 不过闪存的物理特性与常见的内存有根本性的差异： 目前各类 DDR 、 SDRAM 或者 RDRAM 都属于挥发性内存，只要停止电流供应内存中的数据便无法保持，因此每次电脑开机都需要把数据重新载入内存；闪存则是一种不挥发性（ Non-Volatile ）内存，在没有电流供应的条件下也能够长久地保持数据，其存储特性相当于硬盘，这项特性正是闪存得以成为各类便携型数字设备的存储介质的基础。

　　由于语音芯片内无存储器，必须外挂存储器。可采用的存储器很多，如SRAM、PSRAM、DRAM、SDRAM、FLASH等。本方案采用的是AMD公司生产的AM29F040B,它的存储容量为512KB,使用单5V电源进行按扇区的擦除和按字节的写放操作。AM29F040B的非易失性可使语音数据在掉电后不会丢失，它的闪速存储器能可提高语音数据的采样频率，从而提高放间的品质。当采样频率设定为5.86kHz时，录音/放音时间为174.744s.AM29F040B的引脚输出与工业标准的EPROM、E2PROM完全兼容，在电路设计时非常方便。图3示出F206与AM29F040B的接口电路。AM29F040B地址线有19根，设计F206与其接口的关键是将AM29F040B的高位地址线（图3中为A14、A15、A16、A17和A18,可根据分页的多少和页面大小而定）通过八D锁存器74HC574的输出保持，其余地址线直接连到F206的地址总线上。该接口电路将512KB的数据空间分成32页，每页16KB.这16KB的空间被定位在F206数据空间的哪一个范围则由信号线/CSFLASH决定。在对FLASH操作时，先要通过74HC574选择页面，然后便可对当前页面的16KB数据空间读写。

　　与静态RAM不同，对FLASH的操作是通过一系列命令来实现的。表2给出不AM29F040B的主要命令定义（其中XXX表示任意地址。RA表示要读的存储地址，RD表示要读的数据；PA表示编程地址，PD表示编程数据；SA表示扇区地址A18~A16）。从表2可以看出，读FLASH只需要1个时钟周期，而写入一个字节则需要4个时钟周期，因此FLASH的读写速度比SRAM慢。但FLASH比相同容量的SRAM便宜得多，工作可靠性高，因而FLASH非常适用于需要大容量、非易失性、重复编程存储的场合。

　　表2 AM29F040B的主要命令