摘    要：本文提出并設計實現(xiàn)了基于USB2.0的語音數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)， 該系統(tǒng)以TMS320VC5402 DSP芯片為主控機，采用USB2.0協(xié)議芯片ISP1581實現(xiàn)系統(tǒng)與計算機之間的高速串行數(shù)據(jù)傳輸，重點介紹了USB設備主從兩端的軟硬件設計方案。
關(guān)鍵詞：USB 2.0；語音數(shù)據(jù)采集；DSP

DSP芯片具有處理速度快、接口資源豐富、與ADC和USB控制芯片接口方便等特點。采用DSP芯片作為語音數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主控機，能夠滿足對語音數(shù)據(jù)進行實時采集、數(shù)據(jù)處理和控制USB接口芯片等要求。
本文設計并實現(xiàn)了一個以DSP為主控機，結(jié)合USB2.0芯片ISP1581實現(xiàn)了音頻數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)中，DSP作為主機負責系統(tǒng)初始化、采集語音數(shù)據(jù)和進行各種處理等工作，并將數(shù)據(jù)通過USB口送至計算機分析處理。

ISP1581簡介
ISP1581為基于微控制器或微處理器的系統(tǒng)提供了高速USB 通信能力。ISP1581 與系統(tǒng)的微控制器/微處理器的通信是通過一個高速的通用并行接口來實現(xiàn)的。這種實現(xiàn)USB 接口的標準組件使得使用者可以在各種不同類型的微控制器中選擇出最合適的。
ISP1581 支持USB 2.0 系統(tǒng)運作的自動檢測。它是一個通用的USB 接口器件，符合現(xiàn)有的大多數(shù)器件的分類規(guī)格，比如：成像類、海量存儲器件、通信器件、打印設備以及人機接口設備。ISP1581內(nèi)置了多種結(jié)構(gòu)的DMA模塊。
此外，ISP1581 內(nèi)部還集成了許多特性，包括SoftConnectTM 、低頻晶體振蕩器和集成的終止寄存器。

系統(tǒng)設計
系統(tǒng)總體設計
本系統(tǒng)實現(xiàn)語音數(shù)據(jù)的實時采集以及與計算機之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋Ｏ到y(tǒng)采用TMS320VC5402(以下簡稱C5402)DSP芯片作為主控機。C5402性能價格比高，資源豐富，可以提供全雙工緩沖串口，采集經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，還能通過高速數(shù)據(jù)總線與USB控制芯片通信，處理速度高達100MIPS，它作為本系統(tǒng)主控機能高效完成系統(tǒng)的初始化、配置外圍器件和USB接口，并根據(jù)由USB傳來的主機命令，實時采集、接收音頻信號，最后將合成的數(shù)據(jù)包送給計算機。計算機應用程序以驅(qū)動程序為橋梁，接收硬件發(fā)來的數(shù)據(jù)包，并對數(shù)據(jù)進行顯示，分析等處理。
ADC采用低功耗16位A/D、D/A音頻模擬接口芯片TLC320 AIC10(以下簡稱AIC10)。它具有高性能、低功耗、高度可編程性以及與DSP的接口設計簡單的特點。
系統(tǒng)中計算機驅(qū)動程序用于處理底層通信細節(jié)，實現(xiàn)具體的通信協(xié)議，為應用程序提供透明的傳輸接口。計算機主機應用程序通過驅(qū)動程序提供的接口向設備驅(qū)動發(fā)送請求或從設備驅(qū)動接收請求，實現(xiàn)特定的通信、信息處理等功能。其原理如圖1所示。
系統(tǒng)硬件設計
McBSP與AIC10接口
C5402提供了高速、全雙工的McBSP。McBSP通過6個引腳與外設接口。AIC10與C5402 McBSP的硬件連接如圖2所示。
DSP與ISP1581接口
ISP1581與C5402的連接電路如 圖 3 所示。C5402與ISP1581的通信是通過高速的并行數(shù)據(jù)及控制總線進行的。C5402將ISP1581映射到片外I/O地址，通過它的IOSTRB和讀寫信號選擇ISP1581 ，其數(shù)據(jù)總線直接與ISP1581的數(shù)據(jù)總線相連接。使用通用I/O口(GPIO)控制ISP1581的工作模式。ISP1581通過中斷線來通知DSP收發(fā)數(shù)據(jù)，它的數(shù)據(jù)線 D+和D-通過USB電纜與主機USB接口連接。
系統(tǒng)軟件設計
本系統(tǒng)的軟件主要包括C5402串口和AIC10初始化、PDIUSBD12固件程序、DSP主程序，以及計算機驅(qū)動程序和應用程序。
DSP串口及AIC10初始化
DSP對McBSP復位并配置McBSP寄存器，即可完成串口的初始化。對于AIC10的初試化，主要對4個控制寄存器進行配置。 為使數(shù)據(jù)、寄存器地址和配置信息在同一串口中傳輸，AIC10采用了兩種通信模式：主通信模式和第二通信模式。主通信(primary communication)發(fā)生在每個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換期間，此模式下的16位都用作傳輸數(shù)據(jù)。第二通信(secondary communication)只有在被請求時才會進行，用于傳輸寄存器地址和配置信息，對AIC10外部電路參數(shù)設置以及內(nèi)部寄存器進行初始化，通過向DIN寫數(shù)據(jù)來初始化，數(shù)據(jù)可由DOUT讀出。另外還有直接DCSI參數(shù)設置模式。對于采用連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸模式的DSP應用來說，無法插入第二通信請求，可以采用此方式通過DCSI引腳來對控制寄存器直接編程。
ISP1581固件程序
ISP1581用作實現(xiàn)計算機與DSP進行通信的高速通用接口。USB協(xié)議層的相關(guān)通信協(xié)議通過ISP1581來實現(xiàn)，它由硬件實現(xiàn)不需要固件的參與。C5402的主要作用是：當計算機操作系統(tǒng)配置、枚舉USB外設時，C5402發(fā)送、接收相關(guān)的USB設備信息。當操作系統(tǒng)配置、枚舉USB外設成功后，根據(jù)接收到的ID,進行相應的操作，起控制作用。C5402與ISP1581之間通信采用中斷方式，當CPU 處理前臺任務時，USB 的傳輸可在后臺進行。后臺ISR (中斷服務程序)和前臺主程序循環(huán)之間的數(shù)據(jù)交換通過事件標志和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)來實現(xiàn)。圖4所示為ISP1581的固件程序結(jié)構(gòu)圖。
計算機驅(qū)動程序與應用程序
驅(qū)動程序用于處理底層通信細節(jié)，實現(xiàn)具體的通信協(xié)議，為應用程序提供透明的傳輸接口。用戶可以自行編寫硬件驅(qū)動程序?？梢圆捎玫拈_發(fā)工具主要有Windows DDK，DriverStudio，Windriver，采用后兩種工具開發(fā)驅(qū)動程序周期短，但程序編寫不如第一種靈活。本系統(tǒng)的驅(qū)動是用Windows DDK編寫的，因此主機應用程序可以方便靈活地與硬件設備進行數(shù)據(jù)交換。

結(jié)語
本文介紹了一種語音數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟硬件設計，該系統(tǒng)采用DSP作為主控制器，采用USB2.0實現(xiàn)與計算機之間的數(shù)據(jù)通信。本語音卡已經(jīng)應用于語音客觀評價系統(tǒng)項目中，效果良好?！?BR>參考文獻
1 張雄偉等. DSP芯片的原理及開發(fā)應用[M].  北京：電子工業(yè)出版社，2003
2 Philips Semiconductors. AN10004-01 ISP1581 Programming Guide,2002
3 Texas Instruments. General-Purpose 3V to 5.5v 16Bit 22 KSPS DSP CODEC TLV320AIC10 Data Manual [EB/OL]. 2001