基于TMS320C6202的VPN加密卡的设计

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摘要：提出了一种基于TMS320VC5402的音频信号处理系统。介绍了该系统的总体方案和硬软件设计，并对音频信号的处理算法进行了论述。实际使用证明，所述的基于DSP的硬件和软件系统是一个很好的音频信号采集与处理系统。

    关键词：音频信号 音频效果 数字信号处理

在调音台和各种音响设备上，效果器是一种不可缺少的设备。有了效果器，才有了声音的千变万化。高质量的效果器能达到令人满意的效果，使人有身临其境的感觉。现在效果器上的效果种类越来越多，有的多达几十种。实际上从声学原理考虑，一共只有五种基本效果：

（１）延时／延迟类（包括延时、延迟、混响、残响等），

（２）压缩类（包括噪声门、均衡器等），

（３）失真类（包括各种失真、金属、“脏”效果器等），

（４）合唱类（包括立体声、镶边、八度器等），

（５）滤波器（包括哇音、相位等）。

目前国内的效果器市场多被国外产品所垄断，价格昂贵。国产的效果器又多为模拟实现，成本高、损耗大、干扰大、稳定性差，且参数不易修改。而基于ＤＳＰ的数字效果器，是一种具有内置的数字接口且可进行数字音频处理的音响系统，它能克服以上缺点，达到令人满意的效果。javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>

１ 系统总体方案

音频信号处理系统如图１所示，整个系统由单片机ＭＣＵ、数字信号处理器ＤＳＰ、Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ转换器、外扩存储器、显示屏和键盘等组成。其中ＭＣＵ作为主机，整个系统的初始化和控制都由它来完成。ＤＳＰ作为从机，主要完成音频信号的算法处理，实现各种效果。而ＬＥＤ则把通过键盘控制的各种效果及其参数显示出来，以便工作人员及时调整和修改。由于ＤＳＰ内部存储器较小，不能满足系统数据和程序存储需要，所以需要外扩存储器。

系统工作时，输入的音频信号是模拟信号，经过高精度、高速度的ＡＤＣ转换之后得到一串数字信号，分帧送入到波形输入缓冲区ＲＡＭ。然后经过ＤＳＰ内部高速处理，通过各种算法实现各种效果。经过处理的音频信号再输入到高精度、高速度的ＤＡＣ转换器中，还原成模拟的声音信号，经音响功率放大电路放大输出。

为了实现音效的实时处理，加入了缓冲区。系统中各模块是同时进行处理的，一部分信号正在ＡＤＣ中进行转换，而另一部分信号则正在ＤＳＰ处理器中进行算法处理。整个系统以流水线方式进行工作，保证了对音效的实时处理。

２ 系统硬件电路的设计

ＤＳＰ芯片选用美国ＴＩ公司的ＴＭＳ３２０ＶＣ５４０２（以下简称‘Ｃ５４０２），单片机选用ＰＩＣ１６Ｆ７２，Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ转换器选用２４位的ＣＳ４２２８Ａ，其较宽的动态范围能够满足高保真的音频系统的要求。

２.１ ‘Ｃ５４０２

‘Ｃ５４０２是ＴＩ公司于１９９９年１０月推出的性价比较高的定点数字信号处理器，主要特点如下：

·具有先进的多总线结构，三条１６位数据存储器总线，一条程序存储器总线和四条地址总线；

·操作速率达１００ＭＩＰＳ；

·４０位算术逻辑单元（ＡＬＵ），包括一个４０位桶形移位器和两个４０位累加器；javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>

·一个１７×１７乘法器和一个４０位专用加法器，允许１６位带／不带符号的乘法；

·整和维特比加速器，用于提高维特比编译码的速度；

·８个辅助寄存器及一个软件栈，允许使用最先进的定点ＤＳＰ、Ｃ语言编译器；

·数据／程序寻址空间为１Ｍ×１６位，内置４Ｋ×１６位ＲＯＭ和１６Ｋ×１６位ＲＡＭ；

·内置可编程等待状态发生器、锁相环（ＰＬＬ）时钟产生器、两个多通道缓冲串行口、一个８位与外部处理器通信的ＨＰＩ口、两个１６位定时器以及６通道ＤＭＡ控制器；

·低功耗，工作电源为３Ｖ和１．８Ｖ（内核）。

ＤＳＰ通过其ＭｃＢＳＰ口与ＣＳ４２２８Ａ相连。ＭｃＢＳＰ串口是在ＴＤＭ串口和ＢＳＰ串口的基础上发展而来的。它既可以实现时分多路通讯功能，又可以通过ＤＳＰ提供的ＤＭＡ功能实现不用ＣＰＵ参与的自动缓存功能，从而把 ＤＳＰ从繁重的串口通讯中解放出来，提高了运行的效率。ＭｃＢＳＰ串口由数据接收发送部分、时钟及帧同步信号产生器、多通道选择以及ＣＰＵ中断信号和ＤＭＡ同步信号等组成。同以前的串口相比，ＭｃＢＳＰ串口具有相当大的灵活性。串口的接收和发送时钟ＣＬＫＲ和ＣＬＫＸ既可由外部设备提供，又可由内部时钟产生器提供；帧同步信号ＦＳＸ和ＦＳＲ的输入、输出极性可以进行选择；串口的信号发送和接收部分既可单独运行，又可合在一起配合工作；ＣＰＵ中断信号和ＤＭＡ同步信号使得Ｍｃ ＢＳＰ串口可由ＣＰＵ控制运行，也可脱离ＣＰＵ通过直接内存存取单独运行；多通道选择部分使得串口具备了多通道信号通讯能力。

正是由于ＭｃＢＳＰ串口所特有的灵活性，使其可以满足Ｔ１／Ｅ１标准和ＡＣ９７标准。它的多通道接收和发送能力可达１２８个通道，数据宽度可在８、１２、１６、２０、２４和３２比特中任选，可进行Ａ律和μ律压缩和扩展。８比特数据传送时可选择从高位或低位开始传送，帧同步信号和数据时钟信号的极性可编程，内部时钟和帧同步信号产生器也可由软件编程控制。

２．２ Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ电路

ＣＳ４２２８

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