TMS320C6727的音頻采集處理回放系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、tms320c6727的音頻采集處理回放系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)字信號(hào)自從浮現(xiàn)以后就以其無與倫比的優(yōu)勢快速打破了本來模擬信號(hào)一統(tǒng)天下的局面。隨著音頻處理技術(shù)的進(jìn)展，音頻處理算法越來越復(fù)雜，采納傳統(tǒng)的模擬信號(hào)處理的方法來實(shí)現(xiàn)這些算法不僅難度大，成本高，有的甚至根本無法實(shí)現(xiàn)。然而，因?yàn)閿?shù)字信號(hào)處理器(s)速度的不斷提高，這些復(fù)雜的音頻處理算法可以很簡單地通過dsps實(shí)現(xiàn)，因此如今無數(shù)音頻處理采納dsps實(shí)現(xiàn)。然而原始的音頻信號(hào)都是模擬的，假如采納數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)舉行音頻處理，首先要面向的就是音頻采集、處理和輸出系統(tǒng)問題。本文介紹了一個(gè)8路模擬音頻輸入、8路模擬音頻輸出、1路數(shù)字信號(hào)輸入和1路數(shù)字信號(hào)輸出的音頻處

2、理系統(tǒng)。分析系統(tǒng)的硬件銜接和功能實(shí)現(xiàn)辦法，以及系統(tǒng)的軟件工作原理。1 設(shè)計(jì)計(jì)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架1所示。數(shù)字信號(hào)處理器選用ti公司的32位浮點(diǎn)dsps tms320c6727，ad轉(zhuǎn)換部分采納2片ti公司的音頻模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片pcm4204，da轉(zhuǎn)換部分采納2片ti公司的音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片pcm4104，數(shù)字信號(hào)接收部分選用數(shù)字音頻接收接口芯片dir9001。tms320c6727是ti公司推出的一款特地用于音頻信號(hào)處理的高速、浮點(diǎn)dsps。其高達(dá)300 mhz的頻率再加上32位的浮點(diǎn)處理能力，使得它可以輕松運(yùn)行各種復(fù)雜的音頻處理算法，滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求。另外其本身帶有3個(gè)mcasp接口，支持i2s、t

3、dm、spdif等多種音頻傳輸格式，可以實(shí)現(xiàn)與其他音頻設(shè)備的無縫銜接。pcm4204與pcm4104分離是4通道、24位、216khz采樣頻率的模數(shù)和數(shù)模芯片。其中pcm4204支持左校驗(yàn)、右校驗(yàn)、i2s等數(shù)據(jù)傳輸格式，且主從模式可以設(shè)置；pcm4104支持左校驗(yàn)、右校驗(yàn)、i2s等數(shù)據(jù)傳輸格式，軟靜音(soft mute)模式，軟硬兩種控制方式可供挑選。dir9001用于接收采樣頻率在24108 khz之間的雙相編碼信號(hào)，輸出格式為i2s、左校驗(yàn)、右校驗(yàn)等。2 硬件音頻系統(tǒng)硬件電路分為音頻采集、音頻回放和通信3個(gè)部分。音頻采集部分實(shí)現(xiàn)模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字音頻信號(hào)并傳入tms320c6727；

4、音頻回放部分實(shí)現(xiàn)數(shù)字音頻信號(hào)從tms320c6727輸出并轉(zhuǎn)換成模擬音頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器；通信部分實(shí)現(xiàn)與其他音頻設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸。音頻數(shù)據(jù)的采集傳輸與通信都通過tms320c6727的mcasp口完成。tms320c6727有3個(gè)mcasp口：mcasp0、mcaspl、mcasp2口。其中mcasp0口有16個(gè)串行數(shù)據(jù)口axr0axrl5，mcaspl有6個(gè)串行數(shù)據(jù)口(共用axr8axrl3)，mcasp2有2個(gè)串行數(shù)據(jù)口(共用axrl4、axrl5)。音頻采集與回放用法mcaspo的axr0axr7，音頻數(shù)據(jù)通信發(fā)送采納mcasp0的axrl4，接收采納mcasp2口。pcm4204與pcm

5、4104的時(shí)鐘由pll1707組成的時(shí)鐘電路產(chǎn)生，時(shí)鐘頻率為24576 mhz(256fs，fs為采樣頻率)。每個(gè)mcasp口的接收數(shù)據(jù)時(shí)鐘和發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)鐘是互相自立的，并且都有自己的主時(shí)鐘(ahclk)，當(dāng)mcasp接口為i2s提供時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，bck和lrck除可以從系統(tǒng)時(shí)鐘得到外還可以從ahclk分頻得到。21 音頻采集電路音頻采集電路連線圖由圖2給出。由于本文重點(diǎn)不在前端調(diào)理電路，所以圖中只給出了pcm4204與tms320c6727的measp0口之間的硬件銜接關(guān)系。pcm4204與mcaspo口之間的數(shù)據(jù)傳輸格式選用i2s。i2s總線有3種主要信號(hào)：位時(shí)鐘(bck)、幀時(shí)鐘(lrck)

6、和串行數(shù)據(jù)。pcm4204有masterslave(主從)兩種工作模式：當(dāng)工作在master模式時(shí)，pcm4204產(chǎn)生bck信號(hào)和lrck信號(hào)；當(dāng)工作在slave模式時(shí)，pcm4204接收bck信號(hào)和lrck信號(hào)。tms320c6727的mcasp接口同樣可以接收bck信號(hào)和lrck信號(hào)。考慮到mcasp接口的bck信號(hào)和lrck信號(hào)由dsps的內(nèi)部時(shí)鐘分頻得到，無法得到音頻所需的精確時(shí)鐘信號(hào)，因此bck信號(hào)和lrck信號(hào)由pcm4204產(chǎn)生。為了防止2片pcm4204同時(shí)設(shè)為master模式而造成時(shí)鐘信號(hào)混亂，把其中一片設(shè)置為master模式，另一片設(shè)置為slave模式。工作在master模

7、式的pcm4204同時(shí)為mcasp0口的接收時(shí)鐘和另一片pcm4204提供bck信號(hào)和lrck信號(hào)。mcasp0口的axr0axr3設(shè)置為接收模式分離與2片pcm4204的信號(hào)輸出端相連，用于接收從pcm4204發(fā)出來的串行數(shù)字音頻信號(hào)。22 音頻回放電路音頻回放電路完成數(shù)字信號(hào)到模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)化和播放。音頻回放部分連線圖3所示。pcm4104只能工作在slave模式，所以要由mcasp口的afsx0和aclkx0提供時(shí)鐘信號(hào)。為了保證音頻回放的采樣頻率與音頻采集的采樣頻率相同，afsx0和aclkx0提供的時(shí)鐘信號(hào)從ahclkx0分頻獲得，ahclkxo由時(shí)鐘電路提供24576 mhz的時(shí)鐘信

8、號(hào)。同樣，pcm4104的系統(tǒng)時(shí)鐘也由時(shí)鐘電路提供。mcasp0口的axr4axr7設(shè)置為發(fā)送模式并與pcm4104的信號(hào)輸入腳相連，實(shí)現(xiàn)串行數(shù)字音頻信號(hào)的回放。23 音頻通信電路音頻通信電路能夠?qū)崿F(xiàn)音頻系統(tǒng)與其他設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。傳輸格式為spdif，采納雙相標(biāo)識(shí)編碼(biphasemark code，bmc)。mcasp接口支持該傳輸方式，可以挺直從mcasp口輸出。對(duì)于信號(hào)接收，通過數(shù)字音頻解調(diào)芯片dir900l把bmc信號(hào)轉(zhuǎn)化成i2s格式并傳輸給mcasp2口的接收端。硬件銜接4所示，mcasp2作為接收端，接收經(jīng)dir9001解調(diào)后的數(shù)字音頻信號(hào)。measp2的axrl5端口設(shè)為輸

9、出端口，以bmc格式輸出音頻數(shù)據(jù)。3 音頻系統(tǒng)硬件配置31 pcm4204設(shè)置pcm4204的控制引腳用于設(shè)置其工作方式。其中引腳sm用于挑選主從模式，fso、fsl、fs2用于挑選采樣模式(sampling mode)，fmto、fmtl、fmt2用于挑選音頻數(shù)據(jù)格式(audio data format)。2片pcm4204的引腳配置如下：pcm4204有3種工作模式：single rate、dual rate和quad rate。按照以上配置信息，pcm4204采樣模式設(shè)置為dual rate模式；采樣頻率fs為系統(tǒng)時(shí)鐘的1256，即96 khz；數(shù)據(jù)輸出格式為i2s。32 pcm4104

10、的配置pcm4104分為軟件配置和硬件配置，本設(shè)計(jì)采納硬件配置。其中引腳fso、fsl用于配置采樣模式；fmto、fmtl、fmt2用于挑選接收數(shù)字音頻信號(hào)的格式；dem0、deml用于挑選去加重。其配置如下：pcm4104也有3種工作模式：single rate、dual rate和quad rate。按照上述配置狀況，pcm4104配置為dualrate數(shù)據(jù)接收模式；數(shù)據(jù)接收格式為i2s；無去加重。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件在ti公司的dsp集成開發(fā)環(huán)境ccs33下用編寫，其軟件流程5所示。初始化程序包括dsps tms320c6727的時(shí)鐘、中斷、mcasp口的配置，以及pcm4204和pcm4104的配置等。初始化結(jié)束后pcm4204開頭采樣，數(shù)據(jù)傳輸?shù)絤casp0口的接收緩沖寄存器rbuforbuf中。假如有數(shù)字信號(hào)傳入，同樣被傳輸?shù)絤casp0口的接收緩沖寄存器rbuf14中。數(shù)據(jù)處理程序可對(duì)采樣后的音頻數(shù)據(jù)或來自其他設(shè)備的數(shù)字音頻數(shù)據(jù)舉行濾波、降噪、音頻編碼和數(shù)據(jù)壓縮等處理。音頻回放程序能夠?qū)崿F(xiàn)dsp內(nèi)的數(shù)據(jù)到da芯片的數(shù)據(jù)傳