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在許多應用系統中，為了應用DSP卓越的數字信號處理能力，我們必須先將模擬信號進行數字化（A/D轉換），再對采樣數據進行相應的算法處理，最后經過數字信號模擬化（D/A轉換）后輸出。在這些DSP應用系統中的關鍵問題是怎樣十分容易和高效地實現這些轉換，因此必然涉及到接口電路的設計。本文介紹一種單片內集成了ADC通道和DAC通道的模擬接口電路TLC320AD50C（以下簡稱AD50）與TMS320VC5402緩沖串口的接口的設計實現方法，然后，基于這種接口電路的硬件設計，通過軟件編程實現語音信號的采集與回放。 1 芯片簡介 TMS320VC5402是TI公司生產的從屬于TMS320C54x系列的一個工作靈活、高速、具有較高性價比、低功耗的16位定點通用DSP芯片。其主要特點包括：采用改進的哈佛結構，1條程序總線（PB），3條數據總線（CB、DB、EB）和4條地址總線（PAB，CAB，DAB，EAB），帶有專用硬件邏輯CPU，片內存儲器，片內外圍專用的指令集，專用的匯編語言工具等。TMS320VC5402含4K字節的片內ROM和16K字節的雙存取RAM，1個HPI（Host Port Interface）接口，2個多通道緩沖單口MCBSP（Multi-Channel Buffered Serial Port），單周期指令執行時間10ns，雙電源（1.8V和3.3V）供電，帶有符合IEEE1149.1標準的JTAG邊界掃描仿真邏輯。 AD50是TI公司生產的一個16位、音頻范圍（采樣頻率為2K～22.05KHZ）、內含抗混疊濾波器和重構濾波器的模擬接口芯片，它有一個能與許多DSP芯片相連的同步串行通信接口。AD50C片內還包括一個定時器（調整采樣率和幀同步延時）和控制器（調整編程放大增益，鎖相環PLL，主從模式）。AD50有28腳的塑料SOP封裝（帶DW后綴）和48腳的塑料扁平封裝（帶PT后綴），體積較小，適應于便攜設備。AD50的工作溫度范圍是0～70℃，單一5V電源供電或5V和3.3V聯合供電，工作時的最大功耗為120 mW。 2 硬件設計 2.1 AD50的內部結構簡圖 圖1最上面第一通道為模擬信號輸入監控通道，第二通道為模擬信號轉化為數字信號（A/D）通道，第三通道為數字信號轉化為模擬信號（D/A）通道，最下面一路是AD50的工作頻率和采樣頻率控制通道。本文所述的輸入時鐘（MCLK）為8.192MHz，A/D與D/A的采樣頻率為MCLK/（128*N）Hz（N為AD50C的第4個寄存器4"6位所設）。 2.2 AD50與DSP的引腳連接方式 AD50與TMS320VC5402是以SPI方式連接的。AD50工作在主機模式（M/S=1），提供SCLK（數據移位時鐘）和FS（幀同步脈沖）。TMS320VC5402工作于SPI方式的從機模式，BCLKX1和BFSX1為輸入引腳，在接數據和發數據時都是利用外界時鐘和移位脈沖。 3 軟件設計 3.1 軟件編制過程 一旦完成了正確的硬件連接，接下來就可以進行軟件編程調試了。要完成的工作包括： （1）TMS320VC5402串口的初始化。首先將DSP串口1復位，再對串口1的16個寄存器進行編程，使DSP串口工作在以下狀態：以SPI模式運行，每幀一段，每段一個字，每字16位，采樣率發生器由DSP內部產生，幀同步脈沖低電平有效，并且幀同步信號和移位時鐘信號由外部產生。DSP給AD50C編程用查詢方式，接收A/D轉換的D信號和發送D/A轉換的D信號用DMA方式。 （2）AD50初始化。該初始化操作過程包括通過TMS320VC5402的同步串口發送兩串16位數字信息到AD50。第一串為0000 0000 0000 0001B，最低有效位(bits0)說明下一個要傳輸的數據字屬于二次通信（關于一次通信和二次通信的內容請參閱參考文獻）。第二個數據值用來對AD50的4個數據寄存器的某一個進行配置。Bits15～11位為0，Bits10～8位為所選寄存器地址值，Bits7～0位為所選中寄存器的編程值。4個用戶可編程寄存器的描述如下：R1中包含模擬輸入通道選擇，硬件 / 軟件編程方式選擇；R2進行單機 / 從機工作和電話模式（電話模式內容請參閱參考文獻）選擇；R3控制帶從機個數選擇；R4用來設置模擬信號可編程放大增益和A/D、D/A轉換頻率。其它兩個寄存器R5、R6是廠家留著測試用的，用戶不可以對其編程。我們在以下例程中對4個可編程寄存器編程，使AD50C工作在以下狀態：選擇INP/INM為工作模擬輸入，15+1位ADC和15+1位DAC模式，不帶從機，采樣頻率為10.67KHz，模擬信號輸入和輸出放大增益均為0dB。 （3）用戶代碼的編寫。完成音頻信號采集與回放代碼的編制。本設計給AD50編程用查詢方式，接收A/D轉換的D信號和發送D/A轉換的D信號用DMA方式。 3.2 軟件具體實現 （1) 程序流程圖： （2）部分關鍵代碼： Ⅰ, TMS320VC5402中斷及串口初始化 …… stm #0002h, 48h stm #0040h, 49h ; 設置DSP串口1工作在每幀一個字，每個字16位模式 …… stm #0006h, 48h stm #0100h, 49h ; 設置CLKGDV=0，使串口1工作在最大頻率 stm #0007h, 48h stm #0a000h, 49h ；設置CLKSM=1，采樣率發生器時鐘由DSP內部產生 stm #000eh，48h stm #0008h，49h ；設置FSXP=1，使幀同步脈沖低電平有效 stm #0080h，imr ；DMA一通道中斷使能 rsbx intm ；開放所有可屏蔽中斷 …… Ⅱ， AD50初始化 ld #0001h，a ；D0=1，請求第二次交流 stlm a，43h ；向TLC320AD50C寫數據 aa： stm #0001h，48h ldm 49h，a and #0002h，a bc aa，aeq ；數據是否被TLC320AD50C接收 ld #0180h，a ；給TLC320AD50C的寄存器1編程，使其復位 stlm a，43h bb：stm #0001h，48h ldm 49h，a and #0002h，a bc bb，aeq ；編程數據是否被TLC320AD50C接收 …… stm #0100h，a ；TLC320AD50C脫離復位并且設置寄存器1，使INP，INM為輸入 …… stm #0200h，a ；設置TLC320AD50C寄存器2，使電話模式無效 …… stm #0460h，a ；設置TLC320AD50C寄存器4，使采樣頻率為10.667KHz …… stm #0300h，a ；設置TLC320AD50C寄存器3，使帶0個從機 …… Ⅲ， DMA1通道初始化 stm #05h， 55h ；選擇DMA1通道 stm #0041h，56h ；設置串口1接收端為DMA事件的源地址 stm #027fh，56h ；設置DMA事件的目的地址 stm #3000h，56h ；設置直接傳送數據個數 stm #5000h，56h ；設置串口1同步模式，一幀接收一個字 stm #404dh，56h ；設置DMA為多幀模式，源地址不調整目的地址按57h的值調整 stm #20h， 55h stm #0001h，57h ；設置目的地址為自動加1調整 stm #0282h，54h ；設置通道1為高優先級并使能通道1 …… 4 實驗結果 下面圖中圖4和圖6分別為TLC320AD50C與TMS320VC5402組成的數據采集系統對同一個實驗對象的語音信號“您好”和“啊”的采集結果，圖5和圖7分別為WINDOWS 98附件中的錄音機所錄下的語音信號“您好”和“啊”用MATLAB仿真后的圖形結果。 下面圖8為AD50采樣信號“啊”音的FFT Magnitude, 圖9為WINDOWS 98附件中的錄音機錄制信號“啊”音的FFT Magnitude。 5 結束語 本文以TMS320VC5402與TLC320AD50C為例，詳細介紹了AD50與DSP串口通信的硬件接口及軟件實現。從實驗結果我們可以發現TLC320AD50C可以對語音信號進行無失真采樣，完全能滿足后續語音信號處理的要求，并且與DSP接口簡單，高性能，低功耗，已成為當前語音處理的主流產品。廣泛適用于音頻處理，語音增強，語音安全，回聲抵消，VoIP等電話或語音應用中。 |
