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关于数字信号处理系统外设电路设计

来源:网络转载-数字信号处理系统  发布时间:2014-08-13 14:42:07

数字信号处理系统USB通信接口设计

数字信号处理系统综合考虑系统电路板的面积和实现的难易程度,本设计采用CYPRESS 公司的EZ-USB FX2LP 系列中的CY7C68013A实现USB接口。CY7C68013A是世界上第一款集成USB2.0协议的微处理器接口控制芯片,支持12MBPS的全速以及480MBPS高速传输。其集成有16kb的片内RAM、增强的8051微处理器、16位并行地址总线、8位数据总线、I2C总线、双串口、4KFIFO的可配置存储器以及通用可编程接口、智能串行接口引擎和USB2.0收发器。

数字信号处理系统CY7C68013A提供SLAVEFIFO和GPLF2种接口模式,SLAVEFIFO模式是从机模式,外部控制器可以像对普通FIFO存储器一样对其多层缓冲FIFO 存储器进行读写;GPIF模式是主机模式,可以由软件设置读写的控制波形,灵活性很大。为了减小开发难度,本设计采用SLAVEFIFO模式,在这种模式下,与FPGA 之间的控制信号如图2所示。FPGA通过改变FIFOADR引脚电平,对其内部FIFO进行选择,并通过读取CY7C68013A的FIFO状态引脚电平,来判断何时读取FIFO 以及是否可以向FIFO写入数据。

 

数字信号处理系统

 

数字信号处理系统信号发生电路设计

数字信号处理系统导论信号发生模块由数/模转换电路,滤波电路以及偏置放大电路组成。为了满足设计精度和速率要求,并节约电路板空间,数/模转换芯片采用AD公司的12位串行数/模转换器AD5320。AD5320为单电源供电,具有轨至轨输出能力,参考源来自于外部电源电压,片上集成输出缓冲放大器,配合后置放大电路可实现双极性输出,采样速率最大为125KHZ。信号发生电路,如图3所示。

 

数字信号处理系统

 

采用运算放大器AD820AR实现差分电路,将AD5320输出的模拟信号与参考电压做差分,将单极性输出转化为双极性,输出范围为±3V,输出电压与输入二进制代码的转换关系为:

VOUT=VDD*(2D/4096-1)

滤波电路采用可程控的集成低通滤波器,滤波器选择目前应用比较广泛、控制电路简单的8阶低通椭圆开关电容滤波器MAX293,该滤波器可单/双电源供电,可程控转角频率范围0.1HZ~25KHZ,过渡比FS/F0=1.5,时钟频率对转角频率的比为100:1,即FOSC=100F0,FPGA根据输出信号频率改变MAX293的时钟FOSC来控制其转角频率,从而实现滤波。

放大电路采用差分比例运算电路,放大器反相输入端接偏置电路,通过调节电位器来提供直流偏置,以消除滤波器产生的直流偏置电压。

 

数字信号处理系统信号采集电路设计

选择模/数转换芯片时考虑的主要2个指标是转换速率和转换精度。根据技术指标要求,本设计选用AD公司的低功耗、四通道同步采样、12位分辨率模/数转换器AD7864。

AD7864为+5V单电源供电,参考电压+2.5V,其内部带有参考电源,也允许外部输入。时钟可由内部时钟或外部时钟提供,由INT*/EXT CLK引脚电平决定。在使用内部时钟条件下,单通道采样率最高可以达到500KHZ。输入范围为±10V或±5V可选,输出数据编码为二进制补码。电路图如图4所示,本设计采用一二通道输入、内部参考源、内部时钟、输入电压范围±5V。另外,为了增加输入信号的驱动能力,提高输入阻抗,降低输出阻抗,在A/D前端设计增加了射随电路。

 

数字信号处理系统

 

语音电路设计

语音电路由DSP和语音编解码芯片TLV320 AIC23组成,TLV320 AIC23是TI公司的一种高性能立体声音频编解码器,该编码器的数字传输字长可以是16、20、24、32BITS,支持8~96KHZ的采样率,与TMS320VC5509A能够达到无缝连接。

利用TMS320VC5509A的I2C模块配置语音编解码芯片的内部寄存器;并通过其内部的MCBSP接口接收和发送采样的音频数据。TLV320 AIC23通过麦克风输入或者立体声音频输入采集模拟信号,并将模拟信号转化为数字信号,存储到DSP的内部RAM 中,供DSP处理。当DSP完成对音频数据的处理以后,TLV320 AIC23再把数字信号转化为模拟信号,通过耳机或立体声音频输出端输出。

逻辑设计设计中FPGA选择ALTERA公司的CYCLONE系列芯片EP1C12Q240C8实现,主要完成的功能为:控制USB芯片,完成与上位机的通信;与DSP通信,将上位机的命令和数据传递给DSP,并接收DSP处理后的结果;控制A/D转换芯片AD7864,对外部模拟信号进行采集;控制D/A转换芯片AD5320,将上位机、DSP处理结果或ADC采集的数字信号转化为模拟信号输出。逻辑总体功能主要包括USB接口控制模块,上位机命令、参数译码模块,DSP通信模块,ADC和DAC控制模块以及一些辅助功能模块。

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