一套數(shù)字音頻采集、播放和傳輸系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

摘要：本文介紹了一種利用TI的Codec芯片TLV320AIC23和DSP C5409實(shí)現(xiàn)的數(shù)字音頻采集、播放和傳輸系統(tǒng)。具體講解了TLV320AIC23的特點(diǎn)和使用方法以及DSP與之的硬件和軟件設(shè)計(jì)。同時(shí)，還介紹了如何利用DSP的McBSP實(shí)現(xiàn)SPI、I2C、RS－232等串口協(xié)議。

關(guān)鍵詞：Codec DSP C5409 TLV320AIC23 McBSP I2C RS-232

TLV320AIC23簡(jiǎn)介

　　TLV320AIC23（以下簡(jiǎn)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(jī)輸出放大器，支持MIC和LINE IN兩種輸入方式（二選一），且對(duì)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(jìn)的Sigma－delta過采樣技術(shù)，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(dá)到90dB和100dB。與此同時(shí)，AIC23還具有很低的能耗，回放模式下功率僅為23mW，省電模式下更是小于15uW。由于具有上述優(yōu)點(diǎn)，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(yīng)用在隨聲聽（如CD，MP3……）、錄音機(jī)等數(shù)字音頻領(lǐng)域。AIC23的管腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下：

　　從上圖可以看出，AIC23主要的外圍接口分為以下幾個(gè)部分：

　　一． 數(shù)字音頻接口：主要管腳為 BCLK－數(shù)字音頻接口時(shí)鐘信號(hào)（bit時(shí)鐘），當(dāng)AIC23為從模式時(shí)（通常情況），該時(shí)鐘由DSP產(chǎn)生；AIC23為主模式時(shí)，該時(shí)鐘由AIC23產(chǎn)生； LRCIN－數(shù)字音頻接口DAC方向的幀信號(hào)（I2S模式下word時(shí)鐘） LRCOUT－數(shù)字音頻接口ADC方向的幀信號(hào) DIN－數(shù)字音頻接口DAC方向的數(shù)據(jù)輸入 DOUT－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(wú)縫連接，唯一要注意的地方是McBSP的接收時(shí)鐘和AIC23的BCLK都由McBSP的發(fā)送時(shí)鐘提供，連接示意圖如下：

　　二． 麥克風(fēng)輸入接口：主要管腳為 MICBIAS－提供麥克風(fēng)偏壓，通常是3/4 AVDD MICIN－麥克風(fēng)輸入，由AIC結(jié)構(gòu)框圖可以看出放大器默認(rèn)是5倍增益 連接示意圖如下：

　　三． LINE IN輸入接口：主要管腳為 LLINEIN－左聲道LINE IN輸入 RLINEIN－右聲道LINE IN輸入 連接示意圖如下：

　　四． 耳機(jī)輸出接口：主要管腳為 LHPOUT－左聲道耳機(jī)放大輸出 RHPOUT－右聲道耳機(jī)放大輸出 LOUT－左聲道輸出 ROUT－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(shè)計(jì)中常用LHPOUT和RHPOUT，連接示意圖如下：

　　五． 配置接口：主要管腳為 SDIN－配置數(shù)據(jù)輸入 SCLK－配置時(shí)鐘 DSP通過該部分配置AIC23的內(nèi)部寄存器，每個(gè)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 MCLK－芯片時(shí)鐘輸入(12.288M、11.2896M、18.432M、16.9344M) VMID－半壓輸入，通常由一個(gè)10U和一個(gè)0.1U電容并聯(lián)接地 MODE－芯片工作模式選擇，Master或者Slave CS－片選信號(hào)（配置時(shí)有效） CLKOUT－時(shí)鐘輸出，可以為MCLK或者M(jìn)CLK/2（詳見寄存器配置）

DSP與AIC23的連接

　　設(shè)計(jì)中DSP采用了TI的C5409，這是一款性價(jià)比高，外設(shè)資源豐富，耗電量低，處理能力強(qiáng)的16位DSP，在實(shí)際應(yīng)用中較為流行。

　　C5409有三組可通過寄存器靈活配置的McBSP同步串口，與AIC23的連接主要使用這些串口。

　　一． 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(shí)序如下圖：

I2S模式

DSP Mode模式

　　DSP與AIC23的連接可以采用I2S模式也可以采用DSP模式，區(qū)別僅在于DSP的McBSP幀信號(hào)的寬度。前者的幀信號(hào)寬度必須為一個(gè)字（16bit）長(zhǎng)，而后者的幀寬度可以為一個(gè)bit長(zhǎng)，比如在字長(zhǎng)16bit（即左右聲道的采樣各為16bit），幀長(zhǎng)為32bit的情況下，如果采用I2S，幀信號(hào)寬度應(yīng)為16bit；而采用DSP Mode幀信號(hào)寬度1bit即可。

　　為了與AIC23通信，DSP的串口時(shí)鐘也應(yīng)該正確的設(shè)置。DSP的McBSP時(shí)鐘為了減少外圍電路通常都選擇由內(nèi)部CPU時(shí)鐘分頻得到，比如在AIC23采樣速率為8K的情況下，McBSP串口時(shí)鐘應(yīng)為8