基于USB2.0接口的语音采集系统设计

引言 

    语音信号的采集和处理在网络、通信、智能仪表、工业控制、医疗卫生、公共安全等领域得到了越来越广泛的应用，而这些工作都需要一套高速的语音信号采集系统来完成，要对语音进行采集就需要一种高速的，能进行长时间、大吞吐量数据传送  
的计算机接口。USB2.0接口就是一种符合语音采集要求的计算机接口，同时，它还具有支持热插拔、占用系统资源少、易于扩展、使用方便等优点。DSP是利用专门或通用的数字信号处理芯片，以数字计算的方法对信号进行处理，具有处理速度快、灵活、精确、抗干扰能力强、体积小及可靠性高等优点，可满足对信号快速、精确、实时处理及控制的要求，本采集卡采用TI公司高精度浮点DSP芯片TMS320C6713作为主控制器，采用高精度数字编解码芯片TLV320AIC23B实现ADC功能，使用Cypress公司EZ-USB SX系列中CY7C68001作为USB接口芯片，与传统语音采集卡相比，在实现相同的性能条件下该采集卡成本进一步降低，使用更方便，具有很高的性价比。 

    1 系统硬件设计 

    语音采集系统是在TMS320C6713（简称"C6713"）平台上设计开发的，该平台的系统框图如图1所示。 



    该系统的总体设计任务：由主机的应用程序通过USB总线传输发出命令，控制采集卡对语音信号的采集、播放、数据传输和语音回放；同时根据采集卡返回的状态字显示语音采集卡的工作情况，语音采集过程：DSP控制TLV320AIC23B（简称"AIC23"）对语音信号进行采样，采样得到的数据，再经过DSP与USB之间的数据传输通道传送至USB接口芯片，再传送到主机上存储，语音回放过程：主机把处理后的数据传给USB接口芯片，DSP通过与USB之间传输通道取数据，然后将数据传给D/A转换器，经D/A转换后输出。 

    USB芯片CY7C68001实现主机和DSP外设的高速数据通信，DSP作为控制器和系统的快速处理得执行者，主要任务是根据主机传来的命令或参数，以尽快的速度完成数据传送。本卡将CY7C68001配置在C6713的EMIF的CE3空间，采用CY7C68001的异步读/写方式完成二者之间数据和命令的交换，CY7C68001除了存储器接口外，还有1个中断信号（USBINT）和4个状态信号（READY、FLAGA、FLAGB和FLAGC）及中断信号USBINT使用C6713的外部中断EXT_INT5；同时USBINT中断还被映射到板卡的控制状态寄存器（UN_REG）中，供C6713查询，以确定真正的中断源，C6713是通过EMIF来完成CY7C68001的数据与命令的交换，在XC9572XL内部构造时序逻辑来完成DSP与USB芯片的通信。其连接如图2所示。




    AIC23有2个接口，一个是控制口，用于设置AIC23的工作参数，另一个是数据口，用于传输AIC23的A/D、D/A数据，这部分与C6713的MCASP无缝连接。连接电路如图3所示，在本卡中AIC23配置成主模式，AIC23的控制口使用2线制的I2C方式，其中CS的反是片选信号，低电平有效；SDIN是AIC23控制口串行数据输入，SCLK是AIC23控制口的位-时钟。数据口使用I2S方式，与DSP的MCASP0连接，其中，BCLK表示数据口位-时钟信号，LRCIN表示数据口DAC输出的帧同步信号，LRCOUT表示数据口ADC输入的帧同步信号，DIN表示数据口DAC输出的串行数据输入，DOUT表示数据口ADC输入的串行数据输出。BCLK由AIC23产生，MCASP0的发送与接收时钟均由AIC23来提供。




    DSP外部扩展了2片现代半导体公司的（4 Bank