1.1 麥克風(fēng)陣列
　　該系統(tǒng)中，麥克風(fēng)陣列選用聲望公司的MPA416傳聲器。MPA416傳聲器的靈敏度可達(dá)50 mV/Pa;擁有低本底噪聲;頻率響應(yīng)范圍20 Hz～20 kHz;當(dāng)其用于陣列時(shí)，MPA416的相位差能控制在3°～5°，能滿足系統(tǒng)對(duì)度和穩(wěn)定性的要求。
　　1.2 A/D采樣模塊
　　A/D采樣模塊由4片PCM4204以及其外圍電路組成。PCM4204內(nèi)置了4個(gè)同步采樣通道，支持音頻串口和DSD數(shù)據(jù)口。音頻串口模式時(shí)，輸出24位線性PCM碼，有主、被動(dòng)兩種工作模式，支持左、右對(duì)齊，I2S和TDM數(shù)據(jù)格式，動(dòng)態(tài)范圍為118 dB，采樣頻率216 kHz。系統(tǒng)選用1片PCM4204采用主動(dòng)工作模式，其余3片PCM4204采用被動(dòng)工作模式。通過音頻串口將外部采集的模擬聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為24位I2S格式數(shù)字信號(hào)。由于前端麥克風(fēng)陣列的輸出信號(hào)不是差分信號(hào)，而PCM4204要求輸入信號(hào)為差分信號(hào)，同時(shí)要求輸入差分信號(hào)幅值在-0.3～-0.3+VccV之間，因此其每路信號(hào)的前端都應(yīng)有一個(gè)緩沖電路，用來將所接收的麥克風(fēng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)并對(duì)幅值進(jìn)行調(diào)整。緩沖電路主要由OPA1632和OPA22組成，OPA1632和OPA227是高、音頻差分放大器，緩沖電路如圖2所示。

　　1.3 DSP數(shù)據(jù)處理模塊
　　設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)處理模塊選擇TI公司浮點(diǎn)DSP芯片TMS320C6713作為模塊。TMS320C6713為高性能32位浮點(diǎn)DSP，適用于音頻信號(hào)處理，其主頻可達(dá)300 MHz，處理速度高達(dá)2 400 MIPS/1 800 MFLOPS。其內(nèi)部采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu);具有256 kB的片內(nèi)存儲(chǔ)空間;豐富的外設(shè)包括兩個(gè)多通道緩沖串口(McBSP)、兩個(gè)多通道音頻串口(McASP)、SPI和I2C等;增強(qiáng)的直接存儲(chǔ)器訪問(EDMA)控制器，可控制16個(gè)獨(dú)立通道完成不受CPU干預(yù)的數(shù)據(jù)傳輸;32 bit的外部存儲(chǔ)器接口(EMIF)，能與SRAM、ERPOM、Flash、SBSRAM和SDRAM無縫連接。DSP數(shù)據(jù)處理模塊框圖如圖3所示。 其中，TMS320C6713通過McASP與前端的A/D采樣模塊相連，并利用EDMA數(shù)據(jù)傳輸速度快、傳輸量大，且不占用CPU時(shí)鐘周期的特點(diǎn)，將采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存至TMS320C6713的片內(nèi)存儲(chǔ)空間。TMS320C6713外接CPLD控制EMIF接口，通過對(duì)EMIF接口上CE3空間的控制，控制USB芯片CY7C680 01，完成TMS320C6713與PC機(jī)平臺(tái)間的USB數(shù)據(jù)傳輸。

　　1.4 A/D采樣模塊與DSP數(shù)據(jù)處理模塊接口設(shè)計(jì)
　　4片PCM4204芯片與TMS320C6713的McASP1相連接，其連接示意圖如圖4所示。

　　圖4中，PCM4204 A采用主動(dòng)工作模式，PCM4204B、PCM4204C和PCM4204D采用被動(dòng)工作模式。系統(tǒng)采用I2S數(shù)據(jù)格式，PCM4204A的SDOUT1輸出的是1和2通道的數(shù)據(jù)，SDOUT2輸出的是3和4通道的數(shù)據(jù);PCM4204B的SDOUT1輸出的是5和6通道的數(shù)據(jù)，SDOUT2輸出的是7和8通道的數(shù)據(jù);PCM4204C的SDOUT1輸出的是9和10通道的數(shù)據(jù)，SDOUT2輸出的是11和12通道的數(shù)據(jù);PCM4204D的SDOUT1輸出的是13和14通道的數(shù)據(jù)，SDOUT2輸出的是15和16通道的數(shù)據(jù)。
　　通過配置芯片引腳S/M、FMT2、FMT1、FMT0、FS2、FS1和：FS0對(duì)PCM4204進(jìn)行設(shè)置。
　　1.5 DSP數(shù)據(jù)處理模塊USB接口設(shè)計(jì)
　　TMS320C6713通過EMIF的CE3存儲(chǔ)空間可以外擴(kuò)USB2.0接口，因此在對(duì)外擴(kuò)USB進(jìn)行讀/寫訪問前，需要通過EMIF的CE3控制寄存器CE3C-TL來配置CE3空間存儲(chǔ)器接口的類型、存儲(chǔ)器寬度及讀寫時(shí)序。CY7C68001采用并行異步存儲(chǔ)器接口通過可編程邏輯芯片CPLD與TMS320C6713相連，其原理框圖如圖5所示。

　　和4個(gè)狀態(tài)信號(hào)
　　。中斷信號(hào) 采用TMS320C6713的外部中斷EXT_INT6。TMS320C6713使用CY7C68001作為從設(shè)備。在這種模式下，DSP可以像讀/寫普通FIFO一樣對(duì)CY7C68001內(nèi)部的FIFO進(jìn)行讀/寫。PC主機(jī)發(fā)出命令的同時(shí)也由CY7C68001 的引腳提供中斷觸發(fā)信號(hào)給DSP的EXT_INT6。其上升沿被檢測(cè)到后，DSP就進(jìn)入相應(yīng)中斷服務(wù)程序，開始處理USB的傳輸。DSP通過EA[4：2]連接FIFOA[2：0]對(duì)CY7C68001內(nèi)部FIFO或命令口進(jìn)行選擇。讀/寫數(shù)據(jù)通過ED[15：0]與FIFO[15：0]連接進(jìn)行。FIFO和命令口的選擇和地址分配如表1所示。

　　經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，USB異步傳輸速率可達(dá)3 Mbit?s-1，滿足系統(tǒng)需求。
　　1.6 PC機(jī)平臺(tái)
　　DSP數(shù)據(jù)處理模塊通過USB接口與PC機(jī)相連，通過CY7C68001芯片，將前端采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C機(jī)，方便對(duì)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理。
　　二、 程序設(shè)計(jì)
　　2.1 McASP接口程序設(shè)計(jì)
　　定義了4個(gè)寄存器組：全局寄存器組globalRegs、發(fā)送寄存器組xmtRegs、接收寄存器組mvRegs和串行化器控制寄存器組srctlRegs。通過這4個(gè)寄存器組，對(duì)McASP1的PFUNC，PDIR，SRCTL，RFMT，AFSRCTL，ACLKRCTL及AHCLKRCTL等寄存器進(jìn)行設(shè)置。各寄存器組所包含的主要寄存器情況如表2所示。

　　依據(jù)PCM4204的I2S數(shù)據(jù)格式，將接收幀同步信號(hào)的寬度定為32 bit，接收延遲設(shè)置為1個(gè)delay;AXR[0]～AXR[7]設(shè)置為接收模式。
　　2.2 EDMA傳輸程序設(shè)計(jì)
　　為保證數(shù)據(jù)的完整性，選用Ping-Pong模式對(duì)EDMA傳輸進(jìn)行配置，Ping緩存存放如表3所示，Pong緩存與Ping緩存結(jié)構(gòu)相同。