基于DSP语音识别系统的硬件设计

摘要：语音识别是当前研究热点之一，应用十分广泛。系统浮点运算量很大，所以采用浮点型DSP。文章主要研究以DSP处理器为核心的硬件系统，包括电源电路，复位电路，时钟电路，JTAG接口电路，外部存储电路和语音处理电路等，并对每个电路模块进行详细的阐述。该方案已经可以作为模板电路实现。
关键词：DSP；TMS320C6713；硬件设计；语音识别

0 引言
随着超大规模集成电路和数字信号处理(DSP)的快速发展，DSP应用越来越广泛，涉及到各个领域如语音处理，图像处理等方面。现在语音识别中许多复杂算法已经能够在硬件上实现。最近十多年来，己研发出不少应用于不同领域的便携式语音识别系统。DSP处理速度快、灵活、精确，满足了对信号快速、实时、精确处理的要求，所以很适用于语音识别。

1 系统硬件设计
本文所提出的语音识别系统硬件电路是以最小系统板为基础，系统所要完成的主要功能包括：进行基本信号采集、数据运算及数据、程序存储；音频信号的采集、处理及输入、输出；与主机间的通信及数据、程序传输，同时配备了外部扩展接口，方便对系统的功能扩展以实现更广泛的嵌入式应用。整套系统框图如图1所示。

1．1 电源电路
电源电路是整个电路的核心模块，C6000系列DSP采用的是双电源供电方式，即内核与I／O都需要供电。TMS320C6713BGDP300型DSP，其主频最高可达到300MHz，它对供电电压的要求是：内核电压(CVDD，core voltage)为1．26V，I／O电压(DVDD，device voltage)则与外部其他芯片相同，为3．3V。输入电压为5V，其中3．3V电压由LDO芯片TPS75801来产生，1．26V由DC／DC稳压芯片TPS54310产生。值得注意的是在加电过程中，要保证CVDD先得到供电，DVDD后得到供电，至少两者同时得到供电，间隔不得小于1s，否则会导致DSP不正常工作，甚至损坏器件。
1．2 复位电路
DSP6713需要系统在上电时为其提供一个100～200ms的复位脉冲，并且由于DSP6713的工作频率达到300MHz，在运行时很可能发生干扰和被干扰的现象，导致系统不稳定以致死机，所以需要自动复位电路具有监视功能。系统采用的是Maxim公司生产的MAX708监控器，它外围电路简单，能有效提高系统的可靠性和抗干扰能力。
1．3 时钟电路
C6713时钟由外部引脚CLKIN输入，采用25 MHz有源晶振，通过内部PLL来分频产生SYSCLK1(core)，SYSCLK2(Peripherals)，SYSCLK3给各个模块提供时钟，并产生ECLKOUT来给EMIF提供时钟。由于CPLD可能需要不同的几个时钟输入，所以将25MHz有源晶振通过一个时钟乘数器ICS512将时钟频率加倍，产生不同的时钟供CPLD使用。
1．4 JTAG电路
仿真器的JTAG接口都满足IEEE 1149．1标准，与仿真器上的接口一致。系统采用标准的14脚接口，需要注意的是EMU0和EMU1需要加上拉电阻。
1．5 音频电路
音频采集采用TLV320AIC23实现输入和输出，与DSP的接口有2个，一个用于控制，一个用于数据传输。其中控制接口通过IIc0接口与DSP通信，数据接口通过Mcbsp1来与DSP通信，实现无缝连接。
1．6 SDRAMFlash
SDRAMFlash都由EMIF接口引出，SDRAM用于存储大量的数据，映射到CE0空间，字节地址从0x8000 0000开始，Flash用于bootloader程序，映射于CE1空间，字节地址从0x9000 0000开始。其中还涉及到地址偏移的问题，因为6713EMIF接口支持8／16／32位的不同存储器接口，存在物理地址和逻辑地址的偏移问题。
1．7 CPLD电路
由于DSP的管脚都是复用的，并且具有特殊功能，如果将LCD显示屏和按键直接与DSP相连会造成资源的浪费，所以使用CPLD来扩展系统所需的一些外扩接口，包括LCD显示屏、按键、LCD等。CPLD采用epm240系列的芯片，DSP的ECLKOUT或者外部输入时钟给CPLD提供时钟信号。DSP的5根地址线(A2～A6)和8根数据线(D0～D7)与CPLD的IO口相连，通过译码来创建用户所需要的的寄存器，每个寄存器都有相对应的地址，可在DSP程序中直接对其进行赋值。CPLD映射于CE2空间中，地址从0xA000 0000开始。

2 结语
浮点DSP芯片由于其出色的运算能力和非常高的运行速度，特别适合用于语音识别场合。硬件电路是DSP语音识别系统的核心部分，它的好坏直接影响到最后识别的结果。作为以DSP芯片为核心的高频数据处理模块，在进行PCB设计时更是要谨慎。尤其是高频部分，走线的好坏对数据传输起到很关键的作用，如SDRAM部分，其数据线和地址线要做到等长处理，还要加33 Ω电阻以防止信号的反射。为了滤除噪声，提高系统稳定性，还需要在DSP附近加60个左右0402封装的去耦电容。