《DSP技术与应用》课程设计报告-基于DSP的数字电话系统的设计.doc

淮阴工学院 DSP 技术与应用技术与应用课程设计报告课程设计报告 选题名称选题名称: 基于 DSP 的数字电话系统的设计 系（院）系（院）: 计算机工程学院 专专 业业: 计算机科学与技术（嵌入式方向） 班班 级级: 计算机 1073 姓姓 名名: 学学 号号: 指导教师指导教师: 学年学期学年学期: 2009 2010 学年 第 2 学期 2010年 6 月 11 日 摘要： 电话是当今通信领域中不可或缺的通讯手段，自从最开始贝尔发明的 1:1 方式电话 机，新素材的开发，交换技术的发达，传呼方式的变化和因特网电话的发展，电话技 术经历了多种技术上的更新换代，电话已经成为了现社会的生活必需品。现今市面上 的大多数电话机仍为模拟的传统电话机和无绳电话机，这种类型的电话机成本低廉， 但语音效果不理想，留言系统的存储空间也有限，保密性也不好。基于客户端数字信 号处理器(CSTDSP)的数字电话系统，以 TMS320C54CST 为核心，实现模拟信号和 数字信号之间的转换，同时实现数字信号到电话线信号的调制和解调，从而实现公共 网上数字信号的传输。为了提高通信的抗干扰能力，系统软件实现回音相消、自动增 益控制以及数字滤波等信号处理算法。 关键词：数字电话；模拟信号；数字信号；回音 目目录录 1 课题概述.1 1.1 本次课题的意义.1 2 系统分析.2 2.1 涉及的知识点.2 3 系统设计.2 3.1 数字电话硬件部分.2 3.2 数字电话软件设计.3 3.3 SST29LE010 简介.4 3.4 电源和复位电路设计.6 3.5 时钟电路设计.6 4 FLASH 读写模块软件设计.7 4.1 片外 FLASH 擦写原理.7 4.2 片外 FLASH 擦写流程.7 总 结.12 参考文献.13 DSP 技术与应用课程设计报告 1 1 课题概述课题概述 现今的当务之急是找出一个能很好的将语音进行压缩的技术方案。而此时，DSP 技术的日益发展， DSP 的应用己经深入到诸如图象处理、通信、语音识别、汽车/消 费类电子、高速控制和仪器仪表等各个方面，是电子工业领域增长最迅速的领域之一， 为这种问题提供了一个很好的解决办法。围绕着 DSP 技术进入电话领域这一实际情况， 多种技术方案也开始实施起来，本文所介绍的基于 DSP 的数字电话终端系统设计也正 是在这一个技术背景下提出来的，利用先进的 DSP 技术来实现电话通信，以此来得到 高质量的语音效果及多方面的数字功能。 1.1 本次课题的意义本次课题的意义 数字电话系统实现后，配置音频刀 D 转换和 D/A 转换以及电话线侧信号处理芯 片，能实现对语音信号的采集和输出、调制和解调、处理和存储等功能。由于系统具 有数字化、小型化和价格低的特点，不仅能实现传统模拟电话全部的功能，而且可以 应用于各种保密场合、强噪声现场通信以及各种数据业务。 数字电话系统的应用非常广泛，如电力、铁路、石油、企业等行业的指挥调度部 门，机场、港口、公安、安全、军事等要害部门的录音和监听，金融行业授权指令的 实时录音，无线寻呼台、电信局、服务行业的服务、售票窗口、应急电话受理的录音 和监听，基于 DSP 的数字电话终端系统设计与开发并且还应用在各种客户服务中心、 投诉中心等，为了解及时查询和发现事故原因以及提供准确可靠的原始录音记录，发 挥了巨大作用。所有这些都能带来巨大的经济效益。本次试验我就是做数字电话的 FLSH 读写模板部分。 DSP 技术与应用课程设计报告 2 2 系统分析系统分析 基于 DSP 的数字电话系统，就是在 DSP 周围配置音频 A/D 和 D/A 以及电话线侧 信号处理芯片，实现对语言信号的采集和输出，调制和解调，处理和存储功能。电话 语音信号的处理包括回音相消，自动增益调节（AGC） ，自动功率调节（APC） ，数字 滤波，回音抵消等多种功能。 2.1 涉及的知识点涉及的知识点 实现语音信号和 DSP 所需要的数字信号之间的模数和数模的转换，也就是电信 号的数字化。DSP 对数字信号进行算法处理，主要算法包括去噪，回音抵消，数字加 密，语音压缩，语音识别合成等。DSP 可以将各种语音信号处理算法嵌入到程序。 DSP 的数字信号与电话线的模拟信号的调制和解调，以实现有限的电话线带宽传输高 速的数据，信号的调制解调采用比较复杂的信号处理算法，为了避免编写复杂的调制 解调算法，我们选择 C54 系列的芯片，实现电话的各种功能，包括来电检测和现实， 摘机，挂机，自动应答等。 3 系统设计系统设计 3.1 数字电话硬件部分数字电话硬件部分 数字电话系统的硬件一 TMS320C54cst 和 SI3016 为主实现。TMS320C54cst 是美 国 TI 公司推出的一款客户端数字信号处理 DSP 芯片，该芯片完全兼容 TI 公司的 C54xx 系列的 DSP。C54cst 内部具有 DSP 芯片通用的缓冲串口，HPI 接口，定时器等 片内外设，还具有和客户端相关的直接访问时被 DAA 单元。DAA 实际上是一个电话 终端数据收发模块，该模块提供一个可编程的接口电路，该接口电路可以直接和全球 的电话线连接。 整个系统由 DSP，SI3016，音频 A/D 和 D/A，液晶，键盘以及 FLASH 组成。其 硬件连接图如图 3.1 所示 DSP 技术与应用课程设计报告 3 图 3.1 数字电话硬件连接图 3.2 数字电话软件设计数字电话软件设计 系统的软件总体结构如图 3.2 所示。软件总体结构中的初始化模块包括系统的初 始化，键盘监控的初始化，液晶显示的初始化，通信模块的初始化，在初始化过程中 设置键盘扫描时间，采样频率，显示状态等各种信息。 图 3.2 数字信号软件结构 监控模块随时判断各种中断是否到达，这其中包括摘机中断，挂机中断，振铃中断， 键盘中断，液晶显示定时中断等。监控模块程序完成查询以上工作并调用各个相应的 处理子程序，系统的程序流程图如 3.3 所示： DSP 技术与应用课程设计报告 4 图 3.3 系统流程图 3.3 SST29LE010 简介简介 图 3.4 SST29LE010 的引脚图 DSP 技术与应用课程设计报告 5 DSP 与 FLASH 的一种接口配置。一般 FLASH 采用 Silicon Storage 公司的新一代 256K16 位 CMOS FLASH Memory 产品 SST39VF400A 作为 DSP 的外部数据存储器，地址 总线和数据总线接至 DSP 的外部总线接至 DSP 的 。DSP 上的 XF 引脚用于启动编程。 当 XF 为低时，FLASH 处于读状态；当 XF 为高时，FLASH 可擦或编程。为了满足 SST39VF400A 的时序要求，XF 与 相“或”后接至。了内部 32k 字 RAM 和 16K 字 ROM 之外, TMS320C5409 还可以扩展外部存储器。其中, 数据总空间总共为 64k 字（0000HFFFFH）,I/O 空间为 64K 字（0000HFFFFH），程序空 间为 8M。8M 的程序空间的寻址是通过额外的 7 根地址线（A16A22）实现的,由 XPC 寄 存器控制。根据程序和数据的空间配置,扩展的方法主 要有 3 种。 这样做的目的是将写操作和读操作完全分开，以和 DSP 的自举要求达成一致。在 DSP 运 行过程中，当写操作和读操作完全分开后，Flash 的写信号将强制为高电平，以确保 DSP 不改写 Flash 中的数据。此外，将 Flash 的写信号强制为高电平后，还能确保系统在反复的上电复位过 程中，不会改写 Flash 中的数据。 硬件设计时一般只要满足 BOOTLOAD 程序对各种时序的要求，也就是只要硬 件连接正确就可以了。 Flash 和 DSP 的软件设计只包括 DSP 对 Flash 的写操作过 程， DSP 对 Flash的读操作将由 DSP 上电后的自举程序控制。DSP 写 Flash 的目 的是将用户所编写的 DSP 程序写入 Flash，以供 DSP 上电调用。写入 程序之前必 须将程序的相关信息写入 Flash，这些相关信息包括程序的开始地址、程序大小、 程 序保存的地址、调用程序的方式等。对表 3.5 的说明如下。 使用 8bit 并行 BOOT 方式是根据 Flash 芯片的特征而决定的。 程序在 Flash 中的保存地址必须从 8000H 开始，所以 Flash 的 A15 引脚始终置高。 程序长度内容不要求和实际完全一致，只需要大于程序的实际长度就可以。 程序 存放目标地址必须和程序自身所要求的地址一致，程序自身要求的地址在配置文件中定义。 如何将以上内容写入 Flash 有两种方法，第一种方法通过编程器将程序写入 Flash 中。该 方法 简单，不需要编写程序，只需要编程器，但如今大部分型号的 Flash 都是表面贴装，因 此无法 通过 编程器写入 Flash， 以现在已很少使用该方法。 外一种方法是通过 DSP 对 Flash写入程序， 即 将程序通过仿真器从计算机调入到 DSP，运行程序，从而将程序写入 Flash。该 方法方便可靠， 适用于表面贴装的芯片，且只需要 DSP 仿真器。而在 DSP 开发过程中，一 般都配备了仿真器 这 种工具，而无需额外购买。因此，通过 DSP 对 Flash 写入程序这种方法 受到普遍应用。 DSP 技术与应用课程设计报告 6 3.4 电源和复位电路设计电源和复位电路设计 TMS320C5409 型号 DSP 采用 3.3V 和 1.8V 电压供电，其中 I/O 采用 3.3V 电压，芯片 内核采用 1.8V 电压，内核采用低电压供电可以降低整个芯片的工作功 耗。本节介绍 TPS73xx 系列的电压转换芯片，它们是 TI 公司为了配合 C54xx 系列 DSP 而专门设计的电压转换芯片。 TPS73xx 系列的电压转换芯片包括 3 种固定输出电压的稳压器： TPS7333( 3.3V）TPS7348（4.85V）以及 TPS7350（5V） 同时，该系列还提供输出可调的低降 落稳压器（LDO）TPS7301 。 （1.29.75V） 此外，TPS73xx 系列的 LDO 和早期的 LDO 电压转换芯片相比有许多优点， 。例如改进节省功率的关断方式，增加电源电 压监控功能等。 常规的 LDO 稳压器采用 PNP 通路元件。PNP 通路元件的基流正比于通过稳压 器的负载电流，其实际工作电流比典型的静态电流与负载电流关系曲线中给出的电流 大。因此，采用 PNP 通路元件的电压转换芯片，可能会导致常规的 LDO 稳压器进 入降落状态，从而使电流趋于饱和，为了维持负载电流，此时 PNP 通路元件的基极 电流就会增加。如果这种情况发生在芯片上电期间，会导致较大的启动电流，而限制 的电源电流无法满足启动电路，将使启动失败。因此，当负载变化时，常规 LDO 稳 压器可能无法正常工作。 TPS73xx 系列 LDO 克服了常规 LDO 稳压器的弊端，它具有非常低的静态电流， 即使对 于变化较大的负载，静态电流仍能保持稳定。TPS73xx 系列 LDO 采用晶石 金属氧化物半导 体（PMOS，Pachnolite Metal-Oxide-Semiconductor）晶体管来传送电 流。PMOS 元件的栅极是电压驱动的，所要求的工作电流较低，且在全负载范围内其 工作电流能保持不变。因而采用 PMOS 通路元件的电压转换芯片，即使稳压器处于 降落状况，静态电流仍然保持较低值。所以当负载发生变化时，TPS73xx 系列 LDO 仍能正常工作。 3.5 时钟电路设计时钟电路设计 本案例的时钟信号的连接和高速数据采集系统一致，但 DSP 内部的频率设置电 路和系数设置有所不同。DSP 的频率设置引脚为 CLKMD1CKLMD3，这些引脚的 DSP 技术与应用课程设计报告 7 状态来决定 DSP 内部倍频的大小。倍频是指在外部晶振的基础乘以设定的倍数，倍 数与 CLKMD1CLKMD3 ，PLL 禁止表示 DSP 内部的倍频电路禁止，此时 DSP 内部的分频电路工作，DSP 工作时钟为输入时钟的一半或者 1/4。 4 FLASH 读写模块软件设计读写模块软件设计 4.1 片外片外 FLASH 擦写原理擦写原理 在实际应用中，选择的片外存储器通常是片外的 RAM 或 FLASH Memory。但 是，由于 RAM 中数据掉电即丢失，不适合长期保存数据，因此当需要保存到片外存 储器的是一些无需频繁 读/写但需要长期保存的数据时，如字模数据、端口地址等， 通常选择使用片外的 FLASH 扩 展 DSP 芯片的存储器空间。但是，使用片外的 FLASH 必须要解决对其的擦写问题。 在实际应用中，对 FLASH 的擦写主要有两种方式：一是使用通用编程器对 FLASH 芯片进 行擦写；二是直接由 DSP 对 FLASH 进行擦写。这里介绍一种利用存储器 映射技术，通过对 DSP 芯片编程实现片外 FLASH 擦写的方法。 CCS5000 IDE 是 TI 公司专为 TMS320C5409 设计的开发平台，该平台具有简单明 了的图形 用户界面和丰富的软件开发工具。 利用 GPIO0 口可以生成合适的片外 FLASH 和片内 RAM 片选信号，从而实现片外 FLASH 和片内 RAM 访问的切换，在电路上可以将 GPIO0 信号与数据选择信号 或 程序选择信号 相“或”实现。 4.2 片外片外 FLASH 擦写流程擦写流程 编写 FLASH 擦写程序的流程图如图所示： DSP 技术与应用课程设计报告 8 设置 GPIO 端口 擦除 FLASH 将 RAM 中的数据始地址和 FLASH 擦写始地址给相应的指针 设置 GPIO 端口值，使地址映像到 RAM 保存 RAM 中的数值变量 设置 GPIO 值，使地址映像到 FLASH 将变量值写入 FLASH 相应的地址中 RAM 指针和 FLASH 指针分别加 1，指向下一个地址 数据擦写完毕？ 推出循环，FLASH 擦写完毕 N Y 图 4.1 FLASH 擦写程序流程图 写 Flash 程序代码 写 Flash 程序注意如下： 工程文件中不要加上中断向量表文件，而应将中断向量表文件加到头文件中。 Flash 的读信号用 DSP 的 DS 引脚来控制。 Flash 的片选信号一直为低电平。用 DSP 的 D8 引脚作为 Flash 的写信号。可以通过修改写入程序块的大小来适应不同 的程序要求。此时，配置文件应做相应 的调整。 MAIN_START: STM #3000h,SP STM #0FFA0H,PMST DSP 技术与应用课程设计报告 9 STM #07FFFH,SWWSR STM #0FFFFH,SWCR STM #0H,34H STM #0H,35H STM #1H,34H STM #0H,35H STM #0EH,34H STM #3F4FH,35H SSBX INTM ;关闭所有中断 STM #8000h,AR6 STM #8000H,AR3 ;写入的地址 STM DISPLAY_SRC,AR5 ;写入的程序头 STM #0BH,AR4 ;一共写入 12 页 WRI_RPT: STM #63,AR1 ;一页写入 64 个字节，在 Flash 中为 128 个字节 WRI_LOP: LD *AR5,-8,A ;将 128 个半字节依次写入 Flash 中 NOP NOP AND #0FEFFH,A ;将 D8 数据总线置 0，用于 Flash 的写时钟 NOP NOP STL A,*AR6 NOP NOP LD *AR5,-8,A NOP NOP OR #0100H,A ;将 D8 数据总线置 1 NOP NOP STL A,*AR6+ ;地址加 1，准备写入下一个数据 NOP DSP 技术与应用课程设计报告 10 NOP LD *AR5,A NOP NOP AND #0FEFFH,A NOP NOP STL A,*AR6 NOP NOP LD *AR5+,A NOP NOP OR #0100H,A NOP NOP STL A,*AR6+ NOP NOP BANZ WRI_LOP,*AR1- CALL DELAYY BANZ WRI_RPT,*AR4- STM #RES_SPACE,AR1 STM #0FF80H,AR5 ;将原中断向量清零 STM #127,AR3 WRI_LOOP: LD *AR1,-8,A NOP NOP AND #0FEFFH,A NOP NOP STL A,*AR5 NOP DSP 技术与应用课程设计报告 11 NOP LD *AR1+,-8,A NOP NOP OR #0100H,A NOP NOP STL A,*AR5+ NOP BANZ WRI_LOOP,*AR3- LOAD_LOOP: B LOAD_LOOP DELAYY: ;延时子程序 PSHM AR2 ;等待 Flash 将一页数据写入的时间， STM #0020H,AR2 DELAYY_LOOP: RPT #0fff0h NOP BANZ DELAYY_LOOP,*AR2- POPM AR2 RET .END ;程序结束 DSP 技术与应用课程设计报告 12 总结 这次课程设计虽然不能说是改变了我人生的轨迹，单至少让我眼前空然明亮，不 再是那么迷茫了，在课程设计之前，自己并没有多少这方面的经验，就像对于 TMS320C54X DSP，连它有几个引脚，引脚的分布等都很糊涂啊，本来就想这么混下 去的，经过这次课程设计我理解很多以前没接触过的技术啦，经验啊等等让我对 DSP 这块有了新的认识和新的想法，计算机是一门靠不断地实践提升自己能力的学科，这 次课程设计中主要涉及到了 PROTEL99SE 的制图，电路的焊接技术，汇编语言的理 解和编程，DSP 烧入调试等等，在这之前制图技术也不咋的，通过这次提前几个周的 联系制图，手法和熟练度都大大的得到了提升。汇编编程也不再那么生疏了，作为一 个计算机编程的学生，对于汇编一直很茫然，一直让我很苦恼，通过这次实践，提升 真的很大，对自己以后的学习和工作更加有信心了。 首先我们由衷感谢老师提供给我们这样一个锻炼自己的机会，让我们第一次感受 到学来的知识不只是用来完成试卷的。 其次我们在完成课程设计的过程中体会到团队合作的乐趣。一向惯于“独立思考” 的我们学会了积极的同团队成员交流，取