单片机与DSP中的基于TMS320LF2407 DSP控制器语音模块的设计与实现
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2020-12-06
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单片机与单片机与DSP中的基于中的基于TMS320LF2407 DSP控制器语音模块控制器语音模块
的设计与实现的设计与实现
摘 要：本文着重介绍了DSP芯片的SPI同步串行接口及SPI与语音转换芯片AD50的通信方式，给出了硬件电路
设计。针对AD50的特点，软件设计时通过DSP的SPI口对其进行初始化配置，使其正常工作。DSP在内部对语
音信号予以处理并通过AD50输出。 关键字： 数字信号处理器DSP 同步串行接口SPI 语音模块 AD50的
初始化 1 引言 随着信息技术和计算机技术的飞速发展，DSP技术也正以日新月异的速度应用到国民经济的
各个领域。 TMS320LF240X系列DSP是美国德州仪器（TI）公司推出的一款16位定点数字信号处理器，它
采用程序总线、数据总线分别独立并具有多
摘 要：本文着重介绍了DSP芯片的SPI同步串行接口及SPI与语音转换芯片AD50的通信方式，给出了硬件电路设计。针
对AD50的特点，软件设计时通过DSP的SPI口对其进行初始化配置，使其正常工作。DSP在内部对语音信号予以处理并通过
AD50输出。
关键字： 数字信号处理器DSP 同步串行接口SPI 语音模块 AD50的初始化
1 引言引言
随着信息技术和计算机技术的飞速发展，DSP技术也正以日新月异的速度应用到国民经济的各个领域。
TMS320LF240X系列DSP是美国德州仪器（TI）公司推出的一款16位定点数字信号处理器，它采用程序总线、数据总线
分别独立并具有多条总线的哈佛结构体系，其数据和程序有各自独立的存储空间，这样的结构使数据吞吐率有很大提高；芯片
内部包含多个处理单元；16×16位硬件乘法器；广泛采用深度流水线技术，以及特有的DSP指令，使得取址、译码和处理可同
时进行，从而减少了指令执行时间，增强了DSP的处理能力；具有强大的内部事件管理器、10位A/D采样功能、I/O端口等丰
富的外设接口。因此 DSP适用于高速、实时性的数据处理应用系统。
对于某一控制任务可能需要多个DSP相互合作完成或DSP作为主控制器来控制其他外围器件，这样DSP就需要和其他控
制器频繁交换数据，此时，我们可以通过SPI口进行器件之间的高速数据交换，这种通信方式比起通过串行通讯接口（SCI）
速度提高了近一倍。
2. SPI串行外设接口串行外设接口
DSP的串行外设接口（SPI）是一个高速同步串行输入/输出(I/O)口，它能使可编程长度(1~16位)的串行位流以可编程的位
传输速率输入或输出器件。SPI口主要 通过4根线来完成通信
[1]
，即：时钟线(SPICLK)，主机输出/从机输入线（SPISIMO）,
主机输入/从机输出线（SPISOMI），SPI从发送使能 。它主要用于主从式系统中，一个主控制器可以带动几个从器件，
或者一个主控制器可以和几个其他控制器构成多机系统，从器件的时钟是由主机给出，主机通过从发送使能信号来使同一时刻
只有一个从器件和主机交换数据。从器件只有在主机发送命令时才向主机传送数据。
由于SPI接口是串行传输数据，所以要求通信两端的时序必须匹配。TMS320LF2407的SPI接口有4种时序，由芯片的
SPICLK寄存器的4种时钟模式确定。这4种模式规定同步移出和移入数据位与时钟上/下触发沿及相位是否延迟的关系。
模式0――上升沿触发无延时：上升沿发送数据，紧接的下降沿接收数据。
模式1――上升沿触发有延时：上升沿前半个周期和紧接的下降沿之间发送数据，上升沿接收数据。
模式2――下降沿触发无延时：下降沿发送数据，紧接的上升沿接收数据。
模式3――下降沿触发有延时：下降沿前半个周期和紧接的上升沿之间发送数据，下降沿接收数据。
DSP可以根据系统中与之通信的芯片的具体特点来选择一个工作模式。
3. 硬件电路设计硬件电路设计
语音模块的硬件电路设计必须保证语音信号输出的实时性，这里我们采用TI DSP系列的TMS320LF2407（以下简称
2407），它高达30MIPS的处理能力足以满足语音的实时要求。语音采集和输出芯片采用的是TLC320AD50C
[2]
（以下简称
AD50），它是一款单5V电源供电、16位A/D和D/A高分辨率的可编程信号转换器。语音信号实时处理系统的主要功能是将话
音通过MIC输入，然后经过差分放大、模拟带通滤波后，输入AD50，经采样，将数据再送入DSP中进行处理，最后再将处理
完的语音数据经DAC，放大输出，最后驱动喇叭发声。
AD50是差分器件，从MIC输入的信号Vaudio经集成运放后变为差分输入2N*Vaudio，在对模拟信号进行数据采集以前，
需要经过带通滤波器滤除带外杂波。由于话音的频率一般在3400Hz以下，而工频干扰一般为50Hz左右。所以设计了通带范围
为300Hz～3400Hz的带通滤波器。该滤波器由两级二阶低通、两级二阶高通级联组成，采用多级反馈形式，具有巴特沃斯
（butterworth）带内平坦的特性，这样可保证300～3400Hz的语音信号不失真地通过滤波器，不仅滤除带外的低频信号，以
减少带外工频等分量的干扰，还将滤除带外的高次谐波，减少由于采样引起的混叠失真。
设计中AD50的功能实现是通过对其内部的4个寄存器进行编程来完成的，对这4个寄存器的访问与其他一些接口电路有所
不同，它不是通过地址线选通寄存器，而是通过串行输入口（DIN）在二次通信的时刻将控制字输入到AD50中，对4个寄存器
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