TMS320C6713與TLV320AIC23B的接口設(shè)計及實現(xiàn)

倪啟彥，石建波

(電子工程學(xué)院，安徽 合肥 230037)

TMS320C6713(C6713)是業(yè)界流行的一款高性能的32 bit浮點DSP，在 255 MHz時鐘主頻下，其最高執(zhí)行速度可達(dá)1 800 MIPS。C6713擁有豐富的片內(nèi)資源，其多功能串口不僅可以配置成標(biāo)準(zhǔn)串口的全雙工串行通信模式，還能配置成SPI模式,適應(yīng)于多種應(yīng)用。TLV320AIC23B是一款高性能立體聲的編解碼器 (簡稱AIC23B)，內(nèi)部的ADC和DAC采用Sigma-Delta技術(shù)，采樣率支持8 kHz～96 kHz， 數(shù)據(jù)傳輸能配置成 16、20、24 和 32 bit。AIC23B還提供了麥克風(fēng)輸入，左右兩通道線性輸入、線性輸出及耳機輸出。本文詳細(xì)介紹AIC23B的電路連接和軟件設(shè)計。利用C6713的McBSP1配置AIC23B的內(nèi)部寄存器，利用McBSP0與AIC23B進行數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)采集外部語音信號,采集數(shù)據(jù)通過C6713處理后送到AIC23B轉(zhuǎn)換成模擬信號。

1 TLV320AIC23B原理

AIC23B是TI公司出品的一款高品質(zhì)立體聲音頻編解碼芯片，其與處理器有兩個連接口：控制口和數(shù)據(jù)口，它們都能與C6713的McBSP(Multichannel Buffered Serial Port)無縫連接。內(nèi)置耳機輸出放大器，支持MIC和LINE IN兩種輸入方式，輸入和輸出都具有可編程增益調(diào)節(jié)。AIC23B的模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換部件高度集成在芯片內(nèi)部,ADC和DAC的信噪比分別可達(dá)到90 dB和100 dB。同時，AIC23B還具有很低的能耗，回放模式下功率僅為 23 mW，省電模式下更是小于 15 μW[1]，其特性如下：

·∑-△過采樣技術(shù);

·采樣速率：8 kHz～96 kHz;

·數(shù)據(jù)格式：16 bit、20 bit、24 bit、32 bit;

·信噪比(NSR)：90 dBA(96 kHz);

·省電模式設(shè)置;

·包含麥克風(fēng)輸入、立體聲輸入、耳機輸出(帶耳機放大器)、立體聲輸出;

·1.42 V～3.6 V內(nèi)核電壓;

·2.7 V～3.6V緩沖器和模擬電路供電電壓;

·兼容TI的McBSP協(xié)議。

AIC23B的引腳圖如圖1所示，主要有模擬輸入輸出通道、芯片控制口、芯片數(shù)據(jù)口、時鐘接口等。主機通過控制口(CS、MODE、SDIN、SCLK)配置 AIC23B寄存器，控制口根據(jù)MODE可配置成兩種模式：SPI模式和2-Wire模式。本文采用SPI模式，如表1所示。圖2為SPI模式時控制口的時序圖，B15～B9為 AIC23B內(nèi)部寄存器的 7位地址，B8～B0為AIC23B寄存器的9 bit數(shù)據(jù)。主機通過AIC23B的數(shù)據(jù)口與其交換數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)接口有4種模式：右對齊模式、左對齊模式、IIS模式、DSP模式，四種模式都是先傳左通道的數(shù)據(jù)后傳右通道的數(shù)據(jù)。本文采用DSP數(shù)據(jù)傳輸模式與C6713的McBSP相連，在這種方式下，AIC23B可以很方便地與DSP的McBSP接口無縫相接，LRCIN及LRCOUT必須與DSP的McBSP的幀同步信號相連。從LRCIN或LRCOUT的下降沿開始傳送數(shù)據(jù)，第1個數(shù)據(jù)字是左聲道的數(shù)據(jù)字，緊跟其后的是右聲道的數(shù)據(jù)字，輸入字長由寄存器IWL設(shè)定[2]。圖3為DSP模式下數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r序圖[3]。

表1 MODE的引腳設(shè)置

AIC23B主機通過寫AIC23B的寄存器來配置AIC23B，AIC23B有十一個寄存器，表2顯示各寄存器的地址和名稱。

2 C6713的McBSP原理

在DSP嵌入式系統(tǒng)中,多通道緩沖串行接口McBSP是一個功能強大、連線簡潔的接口，通常用來連接音頻編解碼芯片、串行AD器件、串行DA器件等。McBSP包含一個數(shù)據(jù)通道和一個控制通道，互相獨立的發(fā)送、接收引腳，4個通信控制信息引腳。DSP器件通過32 bit并行總線訪問McBSP控制和數(shù)據(jù)寄存器。圖4為McBSP組成框圖[4]。

表2 顯示各寄存器的地址和名稱

C6713的McBSP模塊具有如下基本特性：

·全雙工通信；

·兩個數(shù)據(jù)緩沖寄存器；

·獨立的發(fā)送和接收幀及時鐘；

·可直接連接工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的CODEC、AIC以及其他串口AD/DA芯片；

·在數(shù)據(jù)傳輸過程中，可設(shè)置為外部移位時鐘或內(nèi)部可編程的頻率移位；

·可連接AC97標(biāo)準(zhǔn)的接口、IIS接口、SPI接口；

·多達(dá)128通道的發(fā)送和接收；

·多種數(shù)據(jù)格式：8、12、16、20、24、和 32 bit；

·8 bit數(shù)據(jù)格式中可設(shè)為低字節(jié)在前或高字節(jié)在前；

·同步幀和數(shù)據(jù)時鐘的極性可編程；

·高度可編程的內(nèi)部時鐘和幀產(chǎn)生。

3 C6713與AIC23B的硬件連接

根據(jù)McBSP與AIC23B的原理，無論是控制口還是數(shù)據(jù)口AIC23B都可以與C6713的McBSP無縫連接，本設(shè)計采用McBSP1連接AIC23B的控制口,用來配置AIC23B的內(nèi)部寄存器。時鐘CLKX1和幀同步發(fā)送信號FSX1由DSP產(chǎn)生，向AIC23B發(fā)送16 bit的數(shù)據(jù)字,來初使化AIC23B。每個16 bit的數(shù)據(jù)字分為兩部分,第一部分為AIC23B中寄存器的地址,共7 bit;第二部分為對該寄存器的設(shè)置值,共9 bit,對應(yīng)著寄存器的每一位 (D8～D0)。用McBSP0與AIC23B數(shù)據(jù)口直接相連,用來與 AIC23B交換數(shù)據(jù)。CLKX0、CLKR0和幀同步信號FSX0、FSR0由AIC23B產(chǎn)生。圖5為C6713與AIC23B的硬件連接示意圖。MODE引腳接3.3 V高電平,AIC23B配置成SPI模式，McBSP1工作于SPI模式下；McBSP0配置成外部時鐘、幀信號驅(qū)動接收和發(fā)送。AIC23B中共有11個寄存器,對AIC23B進行初始化時,必須由DSP向它發(fā)送11個16 bit數(shù)據(jù)字來設(shè)置它的寄存器。

圖5 C6713與AIC23B的硬件接口

4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

軟件設(shè)計分為初始化、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理3個部分。如圖6給出了系統(tǒng)的工作流程，初始化完成后，系統(tǒng)進入工作狀態(tài)。外部模擬信號通過AIC23B的AD變換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過數(shù)據(jù)口傳給 DSP，數(shù)據(jù)經(jīng)過 DSP處理后傳到 AIC23B，經(jīng)過AIC23B的DA變換后放大輸出。

初始化部分包括McBSP的初始化和AIC23B的初始化。該設(shè)計中AIC23B工作于主模式,左右聲道的采樣字寬均為16 bit，數(shù)據(jù)接口為DSP模式。DSP通過SPI總線接口對音頻編解碼芯片AIC23B的寄存器進行設(shè)置,控制其采樣速率、音頻源、音量等參數(shù)。其初始化步驟為：

(1)設(shè)置McBSP1為SPI模式，用于配置AIC23B。

圖6 AIC23B的工作流程

(2)設(shè)置McBSP0為被動接收模式，用于與AIC23B交換數(shù)據(jù)。

(3)用DSP的McBSP1配置AIC23B相關(guān)寄存器，使其工作在主動模式。

以下給出配置AIC23B寄存器的程序:

5 實驗結(jié)果

圖7為在CCS開發(fā)軟件下對1.1 kHz音頻信號采集的波形圖，其中橫坐標(biāo)為連續(xù)時間段內(nèi)采樣的序號，縱坐標(biāo)為采樣轉(zhuǎn)換后的數(shù)值。AIC23B工作在USB模式，采樣率為48.8 kHz，所以一個周期采樣44個點。信號經(jīng)過C6713處理后回送到AIC23B，經(jīng)過AIC23B的DA變換器變換為音頻信號。

本文詳細(xì)介紹了AIC23B與TI公司的32 bit高性能DSP TMS320C6713的接口設(shè)計和編程實現(xiàn)。設(shè)計電路簡潔，編程簡單，可用于語音處理、數(shù)字電話等音頻信號處理的系統(tǒng)中。

[1]TEXAS INSTRUMENTS,TLV320AIC23B Data Sheet,2006.

[2]呂衛(wèi)強,黃荔.基于短時能量加過零率的實時語音端點檢測方法[J].兵工自動化,2009,28(9).

[3]齊敏,王玲,韓韜,劉輝.基于 TMS320DM642的實時語音處理系統(tǒng)[J].電聲技術(shù),2009,33(1):65-67.

[4]劉向宇.DSP嵌入式常用模塊與綜合系統(tǒng)設(shè)計實例精講[M].電子工業(yè)出版社,2009.

[5]涂水林,薛正明.TMS320DM642與音頻編解碼器的接口設(shè)計[J].電聲技術(shù),2006,30(9):26-29.