基于DSP語音識別系統的硬件設計

摘要：語音識別是當前研究熱點之一，應用十分廣泛。系統浮點運算量很大，所以采用浮點型DSP。文章主要研究以DSP處理器為核心的硬件系統，包括電源電路，復位電路，時鐘電路，JTAG接口電路，外部存儲電路和語音處理電路等，并對每個電路模塊進行詳細的闡述。該方案已經可以作為模板電路實現。
關鍵詞：DSP；TMS320C6713；硬件設計；語音識別

0 引言
隨著超大規(guī)模集成電路和數字信號處理(DSP)的快速發(fā)展，DSP應用越來越廣泛，涉及到各個領域如語音處理，圖像處理等方面。現在語音識別中許多復雜算法已經能夠在硬件上實現。最近十多年來，己研發(fā)出不少應用于不同領域的便攜式語音識別系統。DSP處理速度快、靈活、精確，滿足了對信號快速、實時、精確處理的要求，所以很適用于語音識別。

1 系統硬件設計
本文所提出的語音識別系統硬件電路是以最小系統板為基礎，系統所要完成的主要功能包括：進行基本信號采集、數據運算及數據、程序存儲；音頻信號的采集、處理及輸入、輸出；與主機間的通信及數據、程序傳輸，同時配備了外部擴展接口，方便對系統的功能擴展以實現更廣泛的嵌入式應用。整套系統框圖如圖1所示。

1．1 電源電路
電源電路是整個電路的核心模塊，C6000系列DSP采用的是雙電源供電方式，即內核與I／O都需要供電。TMS320C6713BGDP300型DSP，其主頻最高可達到300MHz，它對供電電壓的要求是：內核電壓(CVDD，core voltage)為1．26V，I／O電壓(DVDD，device voltage)則與外部其他芯片相同，為3．3V。輸入電壓為5V，其中3．3V電壓由LDO芯片TPS75801來產生，1．26V由DC／DC穩(wěn)壓芯片TPS54310產生。值得注意的是在加電過程中，要保證CVDD先得到供電，DVDD后得到供電，至少兩者同時得到供電，間隔不得小于1s，否則會導致DSP不正常工作，甚至損壞器件。
1．2 復位電路
DSP6713需要系統在上電時為其提供一個100～200ms的復位脈沖，并且由于DSP6713的工作頻率達到300MHz，在運行時很可能發(fā)生干擾和被干擾的現象，導致系統不穩(wěn)定以致死機，所以需要自動復位電路具有監(jiān)視功能。系統采用的是Maxim公司生產的MAX708監(jiān)控器，它外圍電路簡單，能有效提高系統的可靠性和抗干擾能力。
1．3 時鐘電路
C6713時鐘由外部引腳CLKIN輸入，采用25 MHz有源晶振，通過內部PLL來分頻產生SYSCLK1(core)，SYSCLK2(Peripherals)，SYSCLK3給各個模塊提供時鐘，并產生ECLKOUT來給EMIF提供時鐘。由于CPLD可能需要不同的幾個時鐘輸入，所以將25MHz有源晶振通過一個時鐘乘數器ICS512將時鐘頻率加倍，產生不同的時鐘供CPLD使用。
1．4 JTAG電路
仿真器的JTAG接口都滿足IEEE 1149．1標準，與仿真器上的接口一致。系統采用標準的14腳接口，需要注意的是EMU0和EMU1需要加上拉電阻。
1．5 音頻電路
音頻采集采用TLV320AIC23實現輸入和輸出，與DSP的接口有2個，一個用于控制，一個用于數據傳輸。其中控制接口通過IIc0接口與DSP通信，數據接口通過Mcbsp1來與DSP通信，實現無縫連接。
1．6 SDRAMFlash
SDRAMFlash都由EMIF接口引出，SDRAM用于存儲大量的數據，映射到CE0空間，字節(jié)地址從0x8000 0000開始，Flash用于bootloader程序，映射于CE1空間，字節(jié)地址從0x9000 0000開始。其中還涉及到地址偏移的問題，因為6713EMIF接口支持8／16／32位的不同存儲器接口，存在物理地址和邏輯地址的偏移問題。
1．7 CPLD電路
由于DSP的管腳都是復用的，并且具有特殊功能，如果將LCD顯示屏和按鍵直接與DSP相連會造成資源的浪費，所以使用CPLD來擴展系統所需的一些外擴接口，包括LCD顯示屏、按鍵、LCD等。CPLD采用epm240系列的芯片，DSP的ECLKOUT或者外部輸入時鐘給CPLD提供時鐘信號。DSP的5根地址線(A2～A6)和8根數據線(D0～D7)與CPLD的IO口相連，通過譯碼來創(chuàng)建用戶所需要的的寄存器，每個寄存器都有相對應的地址，可在DSP程序中直接對其進行賦值。CPLD映射于CE2空間中，地址從0xA000 0000開始。

2 結語
浮點DSP芯片由于其出色的運算能力和非常高的運行速度，特別適合用于語音識別場合。硬件電路是DSP語音識別系統的核心部分，它的好壞直接影響到最后識別的結果。作為以DSP芯片為核心的高頻數據處理模塊，在進行PCB設計時更是要謹慎。尤其是高頻部分，走線的好壞對數據傳輸起到很關鍵的作用，如SDRAM部分，其數據線和地址線要做到等長處理，還要加33 Ω電阻以防止信號的反射。為了濾除噪聲，提高系統穩(wěn)定性，還需要在DSP附近加60個左右0402封裝的去耦電容。