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基于MEMS麦克风阵列的四通道语音采集系统设计

宫正?? 福州大学智能计算实验室?? 电子技术与软件工程?? 2015年06月16日 ?? 收藏0

1.3 MEMS数字麦克风与DSP数据处理模块接口设计

图4 所示电路允许两个数字MEMS 麦克风通过单条数据线与一个DSP 接口。由于BF533 有2 路SPORT 接口,最多可以设置四路串行数据输入,因此单个DSPBF533 理论上最多支持八个ADMP441。

图4:MEMS 麦克风与Blackfin DSP 的连接(原理示意图:未显示所有连接)
图4:MEMS 麦克风与Blackfin DSP 的连接(原理示意图:未显示所有连接)

电路描述:

ADMP441 麦克风连接到ADSP-BF533 的SPORT0,SPORT1 数据输入引脚。本电路需要的无源元件只有电容和电阻:每个ADMP441需要一个0.1 μF 旁路电容;SD 线路上需要一个大下拉电阻(100 kΩ),用以在ADMP441 的输出驱动器处于三态时给电容放电。旁路电容应尽可能靠近ADMP441 VDD 引脚(引脚7)放置。麦克风的VDD 与BF533 的2.25 V至3.3 V VDDEXT 应由相同的电源供电。虽然ADMP441 可以采用1.8 V 至3.3 V 的VDD工作,但ADSP-BF527 的VDDEXT 必须至少是2.25 V。为实现I2S 数据流,ADMP441 与BF533 之间必须连接三个信号:帧时钟、位时钟和数据。BF533 为系统时钟,并生成两个I2S 时钟。

此 电路展示麦克风连接到Blackfin 的SPORT0 单个数据输入端。BF533 的两个SPORT 各具有两组数据接收引脚,因此最多可提供八通道I2S 音频输入。

1.4 PC机平台

DSP 数据处理模块通过USB 接口与PC机相连,通过PDIUSBD12,将前端采集的数据传输到PC 机,方便对数据的进一步处理。

2 软件系统设计

2.1 语音采集系统软件设计

硬件搭建完成后,我们接下来介绍软件系统的编写,如图5 所示。

(1)首先,我们通过配置以上介绍的寄存器来初始化系统时钟和USB 传输模块。

(2) 接下来分别通过配置BF533 的IAR0,IAR1,IAR2 寄存器来使能数据接收中断。

(3) 通过配置相应寄存器来初始化SPORT0,SPORT1 以及DMA_SPORT0,DMA_SPORT1

(4)初始化完毕后,系统便开始采集语音,我们通过DMA 中断,读取采集到的一帧四通道语音数据,接着送入USB 输出端,将该帧语音传入PC 端进行后续处理。或者我们也可以在DSP 端实现一些降噪算法或者波束成型算法,完成语音的增强处理,将增强后的单通道语音信号送入后端进行后续的数据处理工作。

(5)在采集完毕后,我们等待下一次的中断产生,进行下一帧的语音数据采集处理。

图5
图5

2.2 PC机平台应用程序设计

PC 端接口程序采用VC++6.0 编写,首先调用OpenDriver() 打开USB 接口设备, 获得设备的句柄hDevice, 之后调用Sx2SendVendorReq() 函数向外设发出命令,读取USB 配置,最后调用Sx2BulkdataTrans() 进行数据传输,通过调用CFile 类将接收到的数据存放在文本文件中。程序使用多线程技术,使得应用程序将USB 数据传输在后台进行处理,应用程序前台还可进行其他操作。

3 总结

本文介绍了一个基于MEMS 数字 MIC 阵列的语音采集系统,研究了该数字麦克风阵列与DSP 以及PC 端的连接方法,并探讨了此系列数字信号麦克风与DSP 进行通讯的方法以及平台软件设计。经平台电路评估与测试,本系统能实时同步采集4 路语音信号,并且将4路语音数据同步输出到PC 端进行实时处理,构建了多通道语音增强系统的硬件条件,为后续算法开发和应用奠定了基础,具有实用价值。


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