TLC320AIC23在音頻處理中的應(yīng)用

摘要：介紹了高性能立體聲音頻編解碼芯片ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３的基本特點(diǎn)、性能以及使用方法，并結(jié)合ＤＳＰ芯片ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０９與音頻ＣＯＤＥＣ芯片ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３的接口設(shè)計(jì)，詳細(xì)闡述了如何通過(guò)Ｉ２Ｃ總線對(duì)ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３進(jìn)行初始化設(shè)置的過(guò)程以及如何根據(jù)ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３的特點(diǎn)對(duì)ＤＳＰ的串口進(jìn)行設(shè)計(jì)等一系列問(wèn)題。
　　關(guān)鍵詞：ＤＳＰ?音頻處理?編解碼
　　
　�。保裕蹋郑常玻埃粒桑茫玻承酒�簡(jiǎn)介
　　
　�。裕蹋郑常玻埃粒桑茫玻呈牵裕晒�司生產(chǎn)的一種高性能立體聲音頻編解碼器?該芯片同時(shí)高度集成了模擬電路功能。ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３中的模數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)換器使用了多比特ｓｉｇｍａ－ｄｅｌｔａ工藝，并在內(nèi)部集成了高采樣率的數(shù)字內(nèi)插濾波器。該器件的數(shù)字傳輸字長(zhǎng)可以是１６、２０、２４、３２Ｂｉｔ，它支持８～９６ｋＨｚ的采樣率。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的ｓｉｇｍａ－ｄｅｌｔａ調(diào)制器決定了其三階多比特結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在采樣率為９６ｋＨｚ的情況下，能夠達(dá)到９０ｄＢ信噪比，從而可在小型低功耗設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)高保真錄音。同樣?在數(shù)模轉(zhuǎn)換器中的二階多比特結(jié)構(gòu)還可在采樣率為９６ｋＨｚ的情況下使信躁比達(dá)到１００ｄＢ，從而使得高質(zhì)量的數(shù)字音頻回放成為可能。該芯片在回放中的功率消耗小于２３ｍＷ。因此，對(duì)于可移動(dòng)的數(shù)字音頻播放和錄音使用中的模擬輸入輸出等應(yīng)用系統(tǒng)，ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３無(wú)疑是十分理想的選擇。該芯片主要有如下特性：
　　
　　●是一種高性能的立體聲編解碼器；
　　
　　●通過(guò)軟件控制能與ＴＩ的ＭＣＢＳＰ相兼容；
　　
　　●音頻數(shù)據(jù)可以通過(guò)與ＴＩＭＣＢＳＰ相兼容的可編程音頻接口輸入輸出；
　　
　　●內(nèi)部集成了駐極體話筒的偏置電壓和緩沖器；
　　
　　●帶有立體聲線路輸入；
　　
　　●具有模數(shù)轉(zhuǎn)換器的多種輸入（立體聲線路輸入和麥克風(fēng)輸入）；
　　
　　●具有立體聲線路輸出；
　　
　　●內(nèi)含靜音功能的模擬音量控制功能；
　　
　　●帶有高效率線性耳機(jī)放大器；
　　
　　●在總的軟件控制下，電源可彈性管理；
　　
　　●采用工業(yè)級(jí)最小封裝；
　　
　　●適合于可移動(dòng)固態(tài)音頻播放器錄音器。
　　
　�。玻裕蹋郑常玻埃粒桑茫玻车氖褂�
　　
　�。玻�１控制接口
　　
　�。裕蹋郑常玻埃粒桑茫玻秤性S多可編程特性。可通過(guò)控制接口來(lái)編輯該器件的控制寄存器，而且能夠編譯ＳＰＩ、Ｉ２Ｃ兩種規(guī)格的接口（見(jiàn)表１）。該器件的模式終端狀態(tài)決定了控制接口的形式。這個(gè)模式管腳必須連接到需要的電平。
　　
　　表1SPI和I2C接口控制
　　
　　MODE接口0I2C1SPI
　　表2寄存器控制模式
　　
　　地址寄存器0000000左輸入聲道音量控制0000001右輸入聲道音量控制0000010耳機(jī)左入聲道音量控制0000011耳機(jī)右入聲道音量控制0000100模擬音頻路徑控制0000101數(shù)字音頻路徑控制0000110電源控制0000111數(shù)字音頻接口格式0001000采樣率控制0001001數(shù)字接口激活0001111復(fù)位寄存器
　�。玻�２控制寄存器的使用
　　
　�。裕蹋郑常玻埃粒桑茫玻秤帽恚菜�列的寄存器來(lái)控制芯片的工作模式。
　　
　　設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過(guò)數(shù)據(jù)的串行傳輸來(lái)控制ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３。這串?dāng)?shù)據(jù)的前半部分用于控制寄存器的地址，接下來(lái)的部分對(duì)應(yīng)于該寄存器所要寫(xiě)入的值。對(duì)于這種串行傳輸?shù)目刂茢?shù)據(jù)，可以分為兩個(gè)８Ｂｉｔ進(jìn)行處理�？紤]到實(shí)際情況，使用匯編語(yǔ)言既直觀又方便，因此，對(duì)于Ｉ２Ｃ寫(xiě)入模塊，可使用匯編語(yǔ)言。下面是以ＤＳＰＴＭＳ３２０ＶＣ５５０９芯片為例列出的通過(guò)匯編語(yǔ)言對(duì)ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３的控制寄存器進(jìn)行設(shè)置的具體代碼：
　　
　�。�ｄａｔａ；ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３控制寄存器數(shù)據(jù)
　　
　�。遥澹纾椋螅簦澹颍�
　　
　　．ｗｏｒｄ０ｘ０１；控制地址：０００００００
　　
　�。�ｗｏｒｄ０ｘ１７；控制數(shù)據(jù)：左聲道輸入音量控制０ｄＢ，開(kāi)啟左右聲道同步更新
　　
　�。遥澹纾椋螅簦澹颍�
　　
　�。�ｗｏｒｄ０ｘ０３；控制地址：００００００１
　　
　　．ｗｏｒｄ０ｘ１７；控制數(shù)據(jù)：右聲道輸入音量控制０ｄＢ，開(kāi)啟左右聲道同步更新
　　
　�。遥澹纾椋螅簦澹颍�
　　
　�。�ｗｏｒｄ０ｘ０５；控制地址：０００００１０
　　
　�。�ｗｏｒｄ０ｘｆｆ；控制數(shù)據(jù)：左耳機(jī)輸出音量控制＋６ｄＢ，開(kāi)啟左右耳機(jī)聲道同步更新
　　
　�。遥澹纾椋螅簦澹颍�
　　
　　．ｗｏｒｄ０ｘ０７；控制地址：０００００１１
　　
　�。�ｗｏｒｄ０ｘｆｆ；控制數(shù)據(jù)：右耳機(jī)輸出音量控制＋６ｄＢ，開(kāi)啟右左耳機(jī)聲道同步更新
　　
　�。遥澹纾椋螅簦澹颍�
　　
　�。�ｗｏｒｄ０ｘ０８；控制地址：００００１００
　　
　�。�ｗｏｒｄ０ｘ１４；控制數(shù)據(jù)：關(guān)閉旁路直通，輸入選用Ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ，使ＤＡＣ處于有效狀態(tài)
　　
　�。遥澹纾椋螅簦澹颍�
　　
　　．ｗｏｒｄ０ｘ０ａ；控制地址：００００１０１
　　
　�。�ｗｏｒｄ０ｘ０５；控制數(shù)據(jù)：數(shù)字音頻通道選用ＡＤＣ高通濾波器，關(guān)閉ＤＡＣ軟靜音
　　
　�。遥澹纾椋螅簦澹颍�
　　
　�。�ｗｏｒｄ０ｘ０ｃ；控制地址：００００１１０
　　
　�。�ｗｏｒｄ０ｘ０１；控制數(shù)據(jù)：開(kāi)啟ＡＤＣ、ＤＡＣ，開(kāi)啟Ｍｉ-ｃｒｏｐｈｏｎｅ輸入端，關(guān)閉Ｌｉｎｅ輸入端
　　
　�。遥澹纾椋螅簦澹颍�
　　
　�。�ｗｏｒｄ０ｘ０ｅ；控制地址：００００１１１
　　
　　．ｗｏｒｄ０ｘ５３；控制數(shù)據(jù)：ＤＳＰ數(shù)字接口格式，芯片采用主式，數(shù)據(jù)字長(zhǎng)１６ｂｉｔ，ＬＲＰ＝１
　　
　�。遥澹纾椋螅簦澹颍�
　　
　�。�ｗｏｒｄ０ｘ１０；控制地址：０００１０００
　　
　�。�ｗｏｒｄ０ｘ２０；控制數(shù)據(jù)：采樣率控制，時(shí)鐘為正常模式
　　
　�。遥澹纾椋螅簦澹颍�
　　
　�。�ｗｏｒｄ０ｘ１２；控制地址：０００１００１
　　
　�。�ｗｏｒｄ０ｘ０１；控制數(shù)據(jù)：激活數(shù)字接口
　　
　�。遥澹纾椋螅簦澹颍保�
　　
　　．ｗｏｒｄ０ｘ１ｅ；控制地址：０００１１１１
　　
　�。�ｗｏｒｄ０ｘ００；控制數(shù)據(jù)：復(fù)位ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３
　　
　�。玻�３數(shù)字音頻接口
　　
　�。裕蹋郑常玻埃粒桑茫玻承酒�與數(shù)字系統(tǒng)的接口有右判斷模式、左判斷模式、Ｉ２Ｓ模式和ＤＳＰ模式四種。這四種數(shù)據(jù)傳送模式都是從ＭＳＢ（最高位）開(kāi)始，字長(zhǎng)范圍從１６Ｂｉｔｓ到３２Ｂｉｔｓ（除了在右判斷模式下不支持３２Ｂｉｔｓ外）。數(shù)字音頻接口由時(shí)鐘信號(hào)ＢＣＬＫ、數(shù)據(jù)信號(hào)ＤＩＮ和ＤＯＵＴ、同步信號(hào)ＬＲＣＩＮ和ＬＲＣＯＵＴ組成。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明：ＢＣＬＫ在主動(dòng)方式下是輸出，而在從動(dòng)方式下是輸入。
　　
　　由于接下來(lái)的介紹將主要圍繞該芯片與ＤＳＰ相結(jié)合的應(yīng)用，因此現(xiàn)對(duì)第四種模式，即ＤＳＰ模式進(jìn)行說(shuō)明。
　　
　　由于ＤＳＰ模式與ＴＩ公司ＤＳＰ的ＭＣＢＳＰ口相兼容，因此，ＬＲＣＩＮ與ＬＲＣＯＵＴ必須與ＭＣＢＳＰ的幀同步信號(hào)相連接。在ＬＲＣＩＮ或ＬＲＣＯＵＴ的下降沿開(kāi)始數(shù)據(jù)傳輸。左通道數(shù)據(jù)組成了首先傳送的數(shù)據(jù)字，緊接著傳送右通道的數(shù)據(jù)。傳送字長(zhǎng)由ＩＷＬ寄存器決定。圖１說(shuō)明了ＬＲＰ為１時(shí)的傳送情況（可通過(guò)Ｒｅｇｉｓｔｅｒ７來(lái)進(jìn)行設(shè)置）。
　　
　�。常裕蹋郑常玻埃粒桑茫玻撑cＤＳＰ的接口設(shè)計(jì)
　　
　　３．１硬件設(shè)計(jì)
　　
　�。裕蹋郑常玻埃粒桑茫玻呈牵裕晒�司推出的一款高性能、集成有模擬功能的立體聲編解碼音頻芯片。它能在數(shù)字和模擬電壓下工作，與ＴＭＳ３２０Ｃ５５ｘＤＳＰ的Ｉ／Ｏ電壓相兼容，因而能夠?qū)崿F(xiàn)與Ｃ５５ｘＤＳＰ的ＭＣＢＳＰ（多通道緩沖串口）端口的無(wú)縫連接，從而使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單。所以，為了初步驗(yàn)證ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３的工作性能，這里選用ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０９作為與ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３相搭配的ＤＳＰ芯片。其接口原理框圖如圖２所示。
　　
　　系統(tǒng)中ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３的主時(shí)鐘１１．２８９６ＭＨｚ直接由ＤＳＰ時(shí)鐘產(chǎn)生，ＭＯＤＥ接數(shù)字地表示利用Ｉ２Ｃ控制接口來(lái)對(duì)ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸控制。ＳＣＬＫ和ＳＤＩＮ是ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３控制端口的移位時(shí)鐘和數(shù)據(jù)輸入端，它們分別與ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０９的Ｉ２Ｃ模塊端口ＳＣＬ和ＳＤＡ相連。ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０９的ＭＣＢＳＰ１應(yīng)工作在ＳＰＩ模式下，以便使ＭＣＢＳＰ１的接收器和發(fā)送器同步。收發(fā)時(shí)鐘信號(hào)ＣＬＫＸ１和ＣＬＫＲ１由ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３的串行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)鐘ＢＣＬＫ提供，并由ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３的幀同步信號(hào)ＬＲＣＩＮ、ＬＲＣＯＵＴ啟動(dòng)串口數(shù)據(jù)傳輸，ＤＸ１和ＤＲ１分別與ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３的ＤＩＮ和ＤＯＵＴ相連，可用于完成ＤＳＰ與ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３之間的數(shù)字通信。
　　
　�。常�２通過(guò)Ｉ２Ｃ對(duì)ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３進(jìn)行編程控制
　　
　�。桑玻媚�塊接口由串行數(shù)據(jù)ＳＤＡ和串行時(shí)鐘ＳＣＬ組成，ＳＤＡ和ＳＣＬ均為雙向接口。連接在同一總線上的Ｉ２Ｃ設(shè)備可以工作在多主線（ＭｕｌｔｉＭａｓｔｅｒ）工作模式下。包括ＴＭＳ３２０Ｃ５５ｘＤＳＰ在內(nèi)的每個(gè)Ｉ２Ｃ設(shè)備都有唯一的設(shè)備地址可供軟件尋址。其中，主設(shè)備用于發(fā)送時(shí)鐘并啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸，被主設(shè)備尋址的則為從設(shè)備。這些設(shè)備根據(jù)各自的功能，既可以作為發(fā)送器，也可以作為接收器。
　　
　　設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)具體需要，使用如下代碼來(lái)對(duì)ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３進(jìn)行寄存器寫(xiě)操作：
　　
　　Ｔ０＝０ｘ１ａ；Ｔ０＝從寫(xiě)地址，根據(jù)電路設(shè)計(jì)應(yīng)為００１１０１０ｂ（見(jiàn)表２）
　　
　�。悖幔欤欤桑睿椋簦桑玻�
　　
　�。裕保剑＃埃�０２
　　
　　ＸＡＲ０＝＃０ｈ
　　
　�。粒遥埃剑遥澹纾椋螅簦澹�；ＡＲ０＝所要寫(xiě)入的寄存器的
　　
　　地址和對(duì)應(yīng)于該地址的值
　　
　　ｃａｌｌｗｒｉｔｅＩ２Ｃ
　　
　�。危希�
　　
　�。颍澹簦酰颍�
　　
　　這里應(yīng)注意以下三點(diǎn)：
　　
　�。ǎ保┰趯�(xiě)過(guò)一次Ｉ２Ｃ地址后，只能對(duì)一個(gè)寄存器進(jìn)行寫(xiě)操作，而不能一次性對(duì)所有寄存器進(jìn)行寫(xiě)操作。也就是說(shuō)，對(duì)每個(gè)寄存器寫(xiě)之前都要按部就班的寫(xiě)一遍Ｉ２Ｃ地址。
　　
　　（２）Ｉ２Ｃ模式下，數(shù)據(jù)是分為三個(gè)８Ｂｉｔ寫(xiě)入的。而ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３有７位地址和９位數(shù)據(jù)，也就是說(shuō)，需要把數(shù)據(jù)項(xiàng)上面的最高位補(bǔ)充到第二個(gè)８Ｂｉｔ中的最后一位。
　　
　�。ǎ常┰趯�(duì)控制寄存器的編程過(guò)程中，對(duì)應(yīng)于每一次工作狀態(tài)的改變，不能僅僅修改某個(gè)寄存器的值，而是要對(duì)這十個(gè)寄存器都重新寫(xiě)入一遍，否則系統(tǒng)將無(wú)法正常工作，而且應(yīng)首先寫(xiě)Ｒｅｇｉｓｔｅｒ１０，同時(shí)還應(yīng)對(duì)所有寄存器進(jìn)行復(fù)位處理。
　　
　�。常�３ＤＳＰ的多通道緩沖串口（ＭＣＢＳＰ）設(shè)置
　　
　　由于ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３采樣輸出的是串行數(shù)據(jù)，因此需要協(xié)調(diào)好與之相配的ＤＳＰ的串行傳輸協(xié)議。所以必須對(duì)ＤＳＰ的串口進(jìn)行正確設(shè)置。
　　
　�。停茫拢樱写�口一般通過(guò)六個(gè)引腳使數(shù)據(jù)通路和控制通路與外部設(shè)備相連。數(shù)據(jù)經(jīng)ＭＣＢＳＰ串口與外設(shè)的通信一般通過(guò)ＤＲ和ＤＸ引腳傳輸，控制同步信號(hào)則由ＣＬＫＸ、ＣＬＫＲ、ＦＳＸ、ＦＳＲ等四個(gè)引腳實(shí)現(xiàn)。
　　
　　由于ＭＣＢＳＰ串口的數(shù)據(jù)線ＤＲ和ＤＸ帶有緩存寄存器，而幀同步信號(hào)ＦＳＸ、ＦＳＲ以及時(shí)鐘信號(hào)ＣＬＫＸ、ＣＬＫＲ具有可編程性，因此，它與ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３之間的接口設(shè)計(jì)非常靈活。從這些特點(diǎn)可以看到：將ＭＣＢＳＰ串口設(shè)置為ＳＰＩ工作模式，然后使串口的接收器和發(fā)送器同步，并且由ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３的幀同步信號(hào)ＬＲＣＩＮ、ＬＲＣＯＵＴ啟動(dòng)串口傳輸，同時(shí)將發(fā)送接收的數(shù)據(jù)字長(zhǎng)設(shè)定為３２Ｂｉｔ（左聲道１６Ｂｉｔ，右聲道１６Ｂｉｔ）單幀模式，就可以方便地實(shí)現(xiàn)與ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３之間的無(wú)縫連接。
　　
　�。唇Y(jié)束語(yǔ)
　　
　　通過(guò)上述步驟對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)編程，就可使ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３正常工作，從而實(shí)現(xiàn)ＡＤ、ＤＡ以及與之相連接的ＤＳＰ的正常數(shù)據(jù)通信，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)語(yǔ)音的采集與回放等基本音頻處理功能。通過(guò)在ＣｏｄｅＣｏｍｐｏｓｅｒＳｔｕｄｉｏＶ２上的實(shí)際編程以及在硬件系統(tǒng)中的實(shí)際聯(lián)調(diào)，證明：這種設(shè)計(jì)是合理和正確的。另外，如果把Ｇ．７２３．１的編解碼算法移植到ＤＳＰ算法處理中，則完全可以把該模塊嵌入到網(wǎng)絡(luò)會(huì)議的可視電話中作為語(yǔ)音處理模塊。這種設(shè)想在ＤＳＰ具體的算法實(shí)現(xiàn)上已經(jīng)仿真試驗(yàn)通過(guò)。而對(duì)于實(shí)際嵌入到可視電話中，進(jìn)而與Ｈ．３２４相結(jié)合來(lái)對(duì)視頻音頻數(shù)據(jù)的混合處理等一系列問(wèn)題，則是今后進(jìn)一步探索研究的方向。
　　
　　
　　
　　

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