音頻處理芯片AIC23完整中文資料

1、TLV320AIC23中文資料管腳圖及其應用TLV320AIC23 （以下簡稱 AIC23）是TI推出的一款高性能的立體聲音頻Codec芯片，內(nèi)置耳機輸出放大器，支持 MIC和LINE IN兩種輸入方式（二選一），且對輸入和輸出都具有可編 程增益調(diào)節(jié)。AIC23的模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADCS和數(shù)模轉(zhuǎn)換（DACS部件高度集成在芯片內(nèi)部，采 用了先進的Sigma-delta過采樣技術，可以在 8K到96K的頻率范圍內(nèi)提供 16bit、20bit、 24bit和32bit的采樣，ADC和DAC的輸出信噪比分別可以達到90dB和100dB。與此同時，AIC23還具有很低的能耗，回放模式下功率僅為23mW省電模式

2、下更是小于 15uW由于具有上述優(yōu)點，使得AIC23是一款非常理想的音頻模擬 I/O器件，可以很好的應用在隨聲聽（如 CD MP3）、錄音機等數(shù)字音頻領域。AIC23的管腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下：AVDDVUlB -AGNDWDCVOACVMIDDSiPcqcIce:TLV32OAIC23B1 st UNControl4_1MODMIC BIASIt121_SdB SlpVAOC IVDAC DACRLINtiNMICINRHPOUTglJT tLOUT|tLHPOUTMCLKOiglHil FllCe-riHPVDDMIHPGNDHICLKOUTIIVMID12 to-34(IB. LI S d

3、B4 to -73 ctBaDrlvar1 dB.If醫(yī) kJ4 Ton*Mui*-(1k.CLKOUT tDVDDBVDDBONDDkglTalAudioLRCIN &IN LRCOUT DOUTBCLK從上圖可以看出，AIC23主要的外圍接口分為以下幾個部分: 一.數(shù)字音頻接口：主要管腳為BCLK數(shù)字音頻接口時鐘信號（bit時鐘），當AIC23為從模式時（通常情況），該時鐘由DSP產(chǎn)生；AIC23為主模式時，該時鐘由 AIC23產(chǎn)生；LRCIN-數(shù)字音頻接口 DAC方向的幀信號（I2S模式下word時鐘）LRCOU數(shù)字音頻接口 ADC方向的幀信號DIN -數(shù)字音頻接口 DAC方向的數(shù)據(jù)輸入

4、DOU-數(shù)字音頻接口 ADC方向的數(shù)據(jù)輸出這部分可以和 DSP的 McBSP（Multi-channel buffered serial port，多通道緩存串口）無縫連接，唯一要注意的地方是McBSP的接收時鐘和 AIC23的BCLK都由McBSP勺發(fā)送時鐘提供，連接示意圖如下：二.麥克風輸入接口：主要管腳為MICBIAS-提供麥克風偏壓，通常是3/4 AVDDMICIN 麥克風輸入，由 AIC結(jié)構(gòu)框圖可以看出放大器默認是5倍增益連接示意圖如下：j-MnfiiMiv1.9ufd/1flV 4MK OhniR 11dj-沁旳19K OhffW U三. LINE IN輸入接口：主要管腳為LLIN

5、EIN 左聲道 LINE IN 輸入RLINEIN 右聲道LINE IN輸入連接示意圖如下:LfFT LINE INRIGHT LINE INHMr34.9EIC Dhma II；h|tiruheim)e.47utd/35VftGND四. 耳機輸出接口：主要管腳為LHPOUF左聲道耳機放大輸出RHPOUF右聲道耳機放大輸出LOU匚左聲道輸出ROUF右聲道輸出從框圖可以看出，LOUT和ROUT沒有經(jīng)過內(nèi)部放大器，所以設計中常用LHPOUT和RHPOU,連接示意圖如下：屮MjLTT M-POUT220ufri/2fiV220ufd/25VW3ND47.5KVDhTi7Wr247.5K Ohrrif

6、i UAGND五. 配置接口：主要管腳為SDIN 配置數(shù)據(jù)輸入SCLKF配置時鐘DSP通過該部分配置 AIC23的內(nèi)部寄存器，每個 word的前7bit為寄存器地址，后 9bit為寄存器內(nèi)容。具體方法和寄存器具體內(nèi)容見后。六. 其他：主要管腳為MCLQ芯片時鐘輸入（12.288M、11.2896M、18.432M、16.9344M）VMID-半壓輸入，通常由一個10U和一個0.1U電容并聯(lián)接地MODE芯片工作模式選擇，Master或者SlaveCS-片選信號（配置時有效）CLKOUF時鐘輸出，可以為 MCLK或者MCLK/2 （詳見寄存器配置）DSP與AIC23的連接設計中DSP采用了 TI的

7、C5409,這是一款性價比高，外設資源豐富，耗電量低，處理能力強的16位DSP在實際應用中較為流行。C5409有三組可通過寄存器靈活配置的McBSF同步串口，與AIC23的連接主要使用這些串口。與AIC23數(shù)字音頻接口的連接AIC23的數(shù)字音頻接口支持I2S模式（一種通用的音頻格式），也支持 DSP Mode模式（專為與TI的DSP連接模式）。兩種模式的時序如下圖:LRCIN：LRCOUTBCLK1BCLKDINDOJTLi?f1 ili.nirhlRight Channeln I h-l| 1 I 0LSEI2S模式LRCIN. LRCOUTDSP Mode模式DSP與 AIC23的連接可以

8、采用I2S模式也可以采用 DSP模式，區(qū)別僅在于 DSP的McBSP幀信號的寬度。前者的幀信號寬度必須為一個字（ 16bit ）長，而后者的幀寬度可以為一個bit長，比如在字長16bit （即左右聲道的采樣各為16bit ），幀長為32bit的情況下，如果采 用I2S，幀信號寬度應為 16bit ;而采用DSP Mode幀信號寬度1bit即可。為了與AIC23通信，DSP的串口時鐘也應該正確的設置。DSP的McBSP寸鐘為了減少外圍電路通常都選擇由內(nèi)部 CPU時鐘分頻得到，比如在 AIC23采樣速率為8K的情況下，McBSP串 口時鐘應為8X32= 256K,這時，DSP工作時鐘/256K =

9、需要設置的分頻因子。需要注意的是，DSP的串口分頻因子最大為0xff （ 256）,所以如果采用內(nèi)部時鐘分頻的辦法，DSP工作時鐘不能超過 64M二.與AIC23配置接口的連接AIC23的配置接口支持I2C模式，也支持SPI模式。通常比較簡單的辦法是利用DSP的一個McBSP用 SPI模式跟AIC23連接。但是有些時候，如果DSP的McBSP串口資源比較緊張（比如需要跟近端 RS- 232和遠端RS- 485連接），也可以通過DSP模擬I2C總線與AIC23連接。 下面簡單介紹這兩種方法：SPI時序圖如下：HH612QI0HHHHHMMSBLSB這種模式的特點是只在片選信號有效時鎖存進數(shù)據(jù)。由

10、于也是同步串口，所以通過配置McBSP為Clock Stop Mode （時鐘在幀信號有效時產(chǎn)生，其他時間沒有時鐘信號）可以無縫與之連接。這時，McBSP的幀信號連接 SPI的CS信號，時鐘和數(shù)據(jù)信號與 SPI 一一對應。這種連接只需設置 McBSP的寄存器，使用比較簡單可靠。I2C時序圖如下:StartStop口nsclk rpj7 ITLFLT1PLF 1_FL|C5409 沒有 I2C 接口（ TI 的 C5509 有），但是可以利用DSP 的 GPIO （Ge neral PurposeIn put/Output ）來實現(xiàn) I2C 時序。C5409 有 8 個 HPI （Host Po

11、rt In terface ）管腳可以選擇作為GPIO使用（上電時HPIENA管腳或者HPI16管腳為低），這樣我們可以利用其中的兩個 管腳來作為I2C中的SCL和SDA在I2C中SDA是雙向管腳，而 DSP的GPIO的方向要通過寄存器來配置為輸入或者輸出，所以在實現(xiàn)I2C總線時，要經(jīng)常在需要的時候變換GPIO（作為SDA的那個）的方向。對 GPIO的操作是通過寄存器來完成：當設為輸出時，向寄存器寫 入要輸出的值；設為輸入時，從該寄存器讀入管腳上的值。在實現(xiàn)I2C總線時，還需注意下面幾點：作為SDA的那個GPIO應該接上拉電阻；AIC23只可寫不可讀；AIC23的設備地址當 CS為低時是001

12、1010b, CS為高時是0011011b。DSP的軟件設計DSP需要處理來自和發(fā)向AIC23的數(shù)據(jù)，從而達到采集和播放聲音。從上面的分析我們知道，這些數(shù)據(jù)都是通過DSP的McBSP交換的。McBSP可以有三種方式跟CPU通信：每收到或發(fā)送一個單元，置標志位，CPU輪詢此標志位；每收到或發(fā)送一個單元，給CPU發(fā)送中斷；通過 DMA收到或發(fā)送完一組單元，再給CPU中斷。通常，為了減輕CPU負擔，都采用第三種方法。采用DMA勺方式，即串口每發(fā)送或接受到一個單元，都會自動觸發(fā) DMA將其搬送到一個內(nèi)部的Buffer，等Buffer滿了再通過中斷方式告訴CPU處理。這時DMA最好采用ABU（AutoB

13、uffering ）模式，在這種模式下，DMA會在兩個Buffer （其實是一個大 Buffer的前一半和后一半）之間自動切換，每個Buffer滿了（接收）或空了（發(fā)送）都會給CPU發(fā)出中斷，在CPU處理這個Buffer的時候，DMA會自動去操作另一個Buffer。采用這種方式可以有效防止Buffer中的數(shù)據(jù)在串口速率較高時被新數(shù)據(jù)沖掉的問題。在DMA勺中斷服務程序中為了可靠可以把這個Buffer的數(shù)據(jù)再拷貝到另一個待處理的空間，即兩級Buffer，然后置標志位，CPU在主程序中查詢標志位然后作出相應的處理。DMA操作的Buffer可以通過寄存器配置，Buffer的大小和起始位置應設置正確。在

14、指定 Buffer的起始位置時應該注意， 起始位置應該為大于 Buffer大小的下一個2的整數(shù)幕的倍數(shù)。例如， 在8K、16bit采樣的情況下，以 20ms數(shù)據(jù)為 Buffer 大小，那么一次處理的數(shù)據(jù)是8000 X32X0.02 = 5120bit = 320word。所以，DMA的 Buffer 應為 640word （兩個 320word Buffer ）大小，而Buffer的起始地址應該為 1024=2A10640的整數(shù)倍，女口 0x7000,0x7400 DSP與異步串口間的通信DSP與 PC機交換聲音數(shù)據(jù)可以通過異步串口實現(xiàn)（近端RS- 232或者遠端RS- 485再到RS-232

15、）。下面簡單介紹如何利用DSP的McBSP實現(xiàn)RS-232協(xié)議從而跟PC機的串口通信。首先，因為 McBSF和RS- 232電平不同，之間需要加一個 MAX232這樣的電壓轉(zhuǎn)換芯片。同 時，DSP的McBSP是個三線同步串口，而 RS- 232只需一根數(shù)據(jù)線（單向）即可通信，所 以在實現(xiàn)異步串口時，首先硬件連接應該如下：從上圖可以看出，McBSP串口的接收幀信號和接收數(shù)據(jù)線連在一起，這樣做的目的是為了利用異步幀的開始位（低有效）來給McBSP-個幀信號。顯然，這時DSP的幀信號應設置為低有效且接收延時應設置為1。同步-異步轉(zhuǎn)換的基本原理就是對異步信號過采樣得到同步信號，例如一般是對異步信號的每

16、個bit用同步信號的一個字來表示（即 16個1 Oxffff 或16個0 0x0000）。可參 看下圖（上邊為異步信號，下邊為同步信號）：Slop.Start_ LSB崛*II41 btt = 16 docks串口的發(fā)送和接收都采用DMA方式，Buffer的大小為：1 + 8+ 1 （無校驗位，結(jié)束位長度為1）= 10word。同步異步具體轉(zhuǎn)換在軟件上實現(xiàn)：對于發(fā)送來說，較為簡單，就是對每一個 Byte的每個bit用一個word （16bit ）進行代替， 加上開始位、結(jié)束位。然后判斷是否可以發(fā)送（通過發(fā)送完畢標志），如果可以則把這10個word放入Buffer，啟動DMA即可。在發(fā)送中斷服務

17、程序中需要作的是停止發(fā)送DMA并置發(fā)送完畢標志有效。接收相對發(fā)送麻煩一些，需要對接收到的每一個字進行判斷從而恢復每一個bit ,例如可以認為收到0000 1111 1111 0000b為1，其余為0。過濾掉開始位 （0）和結(jié)束位（1）, 恢復的8個bit就合成一個Byte。這些應該在接收中斷服務程序里面做。還有就是同步串口時鐘的選擇，一定要稍大于設計速度，比如，在跟57.6K的RS- 232通信時，時鐘應該為57.6 X16= 921.6K，實際配置串口分頻寄存器時應該稍大于這個速度，否則就可能由于沒有正確檢測到停止位而出現(xiàn)錯誤。有很多文章有具體的描述，這里就不更詳細的同步一異步轉(zhuǎn)換設計流程跟

18、我們的主題無關,主要討論了。至此，一個較為完整的系統(tǒng)就建立了。此系統(tǒng)可以完成對語音或者音頻信號的采集和播放, 同時通過DSP內(nèi)部的壓縮算法，女口g.729或者MP3傳給PC機進行儲存和傳輸。附錄：AIC23的內(nèi)部寄存器中的一些主要設置bit :1. LINE IN左聲道音量控制寄存器：LIM:靜音LIV【4: 0】：音量控制2. LINE IN右聲道音量控制寄存器：RIM:靜音RIV【4: 0】：音量控制3. 耳機左聲道音量控制寄存器：LHV【6: 0】：音量控制4. 耳機右聲道音量控制寄存器：RHV【6: 0】：音量控制5. 模擬通道控制寄存器BYP Bypass 模式INSEL: ADC輸入選擇，0 LINE IN、1 麥克