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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Ｉ２Ｃ總線對(duì)ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３進(jìn)行初始化設(shè)置的過程以及如何根據(jù)ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３的特點(diǎn)對(duì)ＤＳＰ的串口進(jìn)行設(shè)計(jì)等一系列問題。關(guān)鍵詞：ＤＳＰ?音頻處理?編解碼
１ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３芯片簡介
�。裕蹋郑常玻埃粒桑茫玻呈牵裕晒旧a(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；
●通過軟件控制能與ＴＩ的ＭＣＢＳＰ相兼容；
●音頻數(shù)據(jù)可以通過與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�
２．１控制接口
�。裕蹋郑常玻埃粒桑茫玻秤性S多可編程特性�？赏ㄟ^控制接口來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
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ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３用表２所列的寄存器來控制芯片的工作模式。
設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過數(shù)據(jù)的串行傳輸來控制ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３。這串?dāng)?shù)據(jù)的前半部分用于控制寄存器的地址，接下來的部分對(duì)應(yīng)于該寄存器所要寫入的值。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。考慮到實(shí)際情況，使用匯編語言既直觀又方便，因此，對(duì)于Ｉ２Ｃ寫入模塊，可使用匯編語言。下面是以ＤＳＰＴＭＳ３２０ＶＣ５５０９芯片為例列出的通過匯編語言對(duì)ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３的控制寄存器進(jìn)行設(shè)置的具體代碼：
�。洌幔簦�；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，開啟左右聲道同步更新
�。遥澹纾椋螅簦澹颍�
�。鳎铮颍洌埃埃�；控制地址：００００００１
．ｗｏｒｄ０ｘ１７；控制數(shù)據(jù)：右聲道輸入音量控制０ｄＢ，開啟左右聲道同步更新
�。遥澹纾椋螅簦澹颍�
�。鳎铮颍洌埃埃担豢刂频刂罚海埃埃埃埃埃保�
�。鳎铮颍洌埃妫妫豢刂茢�(shù)據(jù)：左耳機(jī)輸出音量控制＋６ｄＢ，開啟左右耳機(jī)聲道同步更新
Ｒｅｇｉｓｔｅｒ３
�。鳎铮颍洌埃埃罚豢刂频刂罚海埃埃埃埃埃保�
�。鳎铮颍洌埃妫妫豢刂茢�(shù)據(jù)：右耳機(jī)輸出音量控制＋６ｄＢ，開啟右左耳機(jī)聲道同步更新
�。遥澹纾椋螅簦澹颍�
．ｗｏｒｄ０ｘ０８；控制地址：００００１００
�。鳎铮颍洌埃保�；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�
�。鳎铮颍洌埃埃�；控制地址：００００１０１
�。鳎铮颍洌埃埃�；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�
�。鳎铮颍洌埃埃�；控制地址：００００１１０
．ｗｏｒｄ０ｘ０１；控制數(shù)據(jù)：開啟ＡＤＣ、ＤＡＣ，開啟Ｍｉ-ｃｒｏｐｈｏｎｅ輸入端，關(guān)閉Ｌｉｎｅ輸入端
�。遥澹纾椋螅簦澹颍�
�。鳎铮颍洌埃埃�；控制地址：００００１１１
�。鳎铮颍洌埃担�；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
�。鳎铮颍洌埃埃�；控制數(shù)據(jù)：激活數(shù)字接口
�。遥澹纾椋螅簦澹颍保�
�。鳎铮颍洌埃保�；控制地址：０００１１１１
．ｗｏｒｄ０ｘ００；控制數(shù)據(jù)：復(fù)位ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３
２．３數(shù)字音頻接口
�。裕蹋郑常玻埃粒桑茫玻承酒c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）開始，字長范圍從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)。傳送字長由ＩＷＬ寄存器決定。圖１說明了ＬＲＰ為１時(shí)的傳送情況（可通過Ｒｅｇｉｓｔｅｒ７來進(jìn)行設(shè)置）。
３ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３與ＤＳＰ的接口設(shè)計(jì)
�。常庇布O(shè)計(jì)
�。裕蹋郑常玻埃粒桑茫玻呈牵裕晒就瞥龅囊豢罡咝阅堋⒓捎心M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）端口的無縫連接，從而使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加簡單。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。
�。常餐ㄟ^Ｉ２Ｃ對(duì)ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３進(jìn)行編程控制
Ｉ２Ｃ模塊接口由串行數(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，使用如下代碼來對(duì)ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３進(jìn)行寄存器寫操作：
Ｔ０＝０ｘ１ａ；Ｔ０＝從寫地址，根據(jù)電路設(shè)計(jì)應(yīng)為００１１０１０ｂ（見表２）
�。悖幔欤欤桑睿椋簦桑玻�
�。裕保剑＃埃埃�
�。兀粒遥埃剑＃埃�
ＡＲ０＝Ｒｅｇｉｓｔｅｒ；ＡＲ０＝所要寫入的寄存器的
地址和對(duì)應(yīng)于該地址的值
�。悖幔欤欤鳎颍椋簦澹桑玻�
�。危希�
�。颍澹簦酰颍�
這里應(yīng)注意以下三點(diǎn)：
（１）在寫過一次Ｉ２Ｃ地址后，只能對(duì)一個(gè)寄存器進(jìn)行寫操作，而不能一次性對(duì)所有寄存器進(jìn)行寫操作。也就是說，對(duì)每個(gè)寄存器寫之前都要按部就班的寫一遍Ｉ２Ｃ地址。
�。ǎ玻桑玻媚Ｊ较�，數(shù)據(jù)是分為三個(gè)８Ｂｉｔ寫入的。而ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３有７位地址和９位數(shù)據(jù)，也就是說，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。
（３）在對(duì)控制寄存器的編程過程中，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)寄存器都重新寫入一遍，否則系統(tǒng)將無法正常工作，而且應(yīng)首先寫Ｒｅｇｉｓｔｅｒ１０，同時(shí)還應(yīng)對(duì)所有寄存器進(jìn)行復(fù)位處理。
�。常常模樱械亩嗤ǖ谰彌_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。
�。停茫拢樱写谝话阃ㄟ^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之間的無縫連接。
４結(jié)束語
通過上述步驟對(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)語音的采集與回放等基本音頻處理功能。通過在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。而對(duì)于實(shí)際嵌入到可視電話中，進(jìn)而與Ｈ．３２４相結(jié)合來對(duì)視頻音頻數(shù)據(jù)的混合處理等一系列問題，則是今后進(jìn)一步探索研究的方向。
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