TLV320AIC23-中文资料管脚图及其应用

TLV320AIC23中文资料管脚图及其应用TLV320AIC23（以下简称AIC23）是TI推出的一款高性能的立体声音频Codec芯片，内置耳机输出放大器，支持MIC和LINEIN两种输入方式（二选一），且对输入和输出都具有可编程增益调节。AIC23的模数转换（ADCs）和数模转换（DACs）部件高度集成在芯片内部，采用了先进的Sigma－delta过采样技术，可以在8K到96K的频率范围内提供16bit、20bit、24bit和32bit的采样，ADC和DAC的输出信噪比分别可以达到90dB和100dB。与此同时，AIC23还具有很低的能耗，回放模式下功率仅为23mW，省电模式下更是小于15uW。由于具有上述优点，使得AIC23是一款非常理想的音频模拟I/O器件，可以很好的应用在随声听（如CD，MP3……）、录音机等数字音频领域。AIC23的管脚和内部结构框图如下：从上图可以看出，AIC23主要的外围接口分为以下几个部分：一．数字音频接口：主要管脚为BCLK－数字音频接口时钟信号（bit时钟），当AIC23为从模式时（通常情况），该时钟由DSP产生；AIC23为主模式时，该时钟由AIC23产生；LRCIN－数字音频接口DAC方向的帧信号（I2S模式下word时钟）LRCOUT－数字音频接口ADC方向的帧信号DIN－数字音频接口DAC方向的数据输入DOUT－数字音频接口ADC方向的数据输出这部分可以和DSP的McBSP（Multi-channelbufferedserialport，多通道缓存串口）无缝连接，唯一要注意的地方是McBSP的接收时钟和AIC23的BCLK都由McBSP的发送时钟提供，连接示意图如下：二．麦克风输入接口：主要管脚为MICBIAS－提供麦克风偏压，通常是3/4AVDDMICIN－麦克风输入，由AIC结构框图可以看出放大器默认是5倍增益连接示意图如下：三．LINEIN输入接口：主要管脚为LLINEIN－左声道LINEIN输入RLINEIN－右声道LINEIN输入连接示意图如下：四．耳机输出接口：主要管脚为LHPOUT－左声道耳机放大输出RHPOUT－右声道耳机放大输出LOUT－左声道输出ROUT－右声道输出从框图可以看出，LOUT和ROUT没有经过内部放大器，所以设计中常用LHPOUT和RHPOUT，连接示意图如下：五．配置接口：主要管脚为SDIN－配置数据输入SCLK－配置时钟DSP通过该部分配置AIC23的内部寄存器，每个word的前7bit为寄存器地址，后9bit为寄存器内容。具体方法和寄存器具体内容见后。六．其他：主要管脚为MCLK－芯片时钟输入(12.288M、11.2896M、18.432M、16.9344M)VMID－半压输入，通常由一个10U和一个0.1U电容并联接地MODE－芯片工作模式选择，Master或者SlaveCS－片选信号（配置时有效）CLKOUT－时钟输出，可以为MCLK或者MCLK/2（详见寄存器配置）DSP与AIC23的连接设计中DSP采用了TI的C5409，这是一款性价比高，外设资源丰富，耗电量低，处理能力强的16位DSP，在实际应用中较为流行。C5409有三组可通过寄存器灵活配置的McBSP同步串口，与AIC23的连接主要使用这些串口。一．与AIC23数字音频接口的连接AIC23的数字音频接口支持I2S模式（一种通用的音频格式），也支持DSPMode模式（专为与TI的DSP连接模式）。两种模式的时序如下图：I2S模式DSPMode模式DSP与AIC23的连接可以采用I2S模式也可以采用DSP模式，区别仅在于DSP的McBSP帧信号的宽度。前者的帧信号宽度必须为一个字（16bit）长，而后者的帧宽度可以为一个bit长，比如在字长16bit（即左右声道的采样各为16bit），帧长为32bit的情况下，如果采用I2S，帧信号宽度应为16bit；而采用DSPMode帧信号宽度1bit即可。为了与AIC23通信，DSP的串口时钟也应该正确的设置。DSP的McBSP时钟为了减少外围电路通常都选择由内部CPU时钟分频得到，比如在AIC23采样速率为8K的情况下，McBSP串口时钟应为8×32＝256K，这时，DSP工作时钟/256K＝需要设置的分频因子。需要注意的是，DSP的串口分频因子最大为0xff（256），所以如果采用内部时钟分频的办法，DSP工作时钟不能超过64M。二．与AIC23配置接口的连接AIC23的配置接口支持I2C模式，也支持SPI模式。通常比较简单的办法是利用DSP的一个McBSP用SPI模式跟AIC23连接。但是有些时候，如果DSP的McBSP串口资源比较紧张（比如需要跟近端RS－232和远端RS－485连接），也可以通过DSP模拟I2C总线与AIC23连接。下面简单介绍这两种方法：SPI时序图如下：这种模式的特点是只在片选信号有效时锁存进数据。由于也是同步串口，所以通过配置McBSP为ClockStopMode（时钟在帧信号有效时产生，其他时间没有时钟信号）可以无缝与之连接。这时，McBSP的帧信号连接SPI的CS信号，时钟和数据信号与SPI一一对应。这种连接只需设置McBSP的寄存器，使用比较简单可靠。I2C时序图如下：C5409没有I2C接口（TI的C5509有），但是可以利用DSP的GPIO（GeneralPurposeInput/Output）来实现I2C时序。C5409有8个HPI（HostPortInterface）管脚可以选择作为GPIO使用（上电时HPIENA管脚或者HPI16管脚为低），这样我们可以利用其中的两个管脚来作为I2C中的SCL和SDA。在I2C中SDA是双向管脚，而DSP的GPIO的方向要通过寄存器来配置为输入或者输出，所以在实现I2C总线时，要经常在需要的时候变换GPIO（作为SDA的那个）的方向。对GPIO的操作是通过寄存器来完成：当设为输出时，向寄存器写入要输出的值；设为输入时，从该寄存器读入管脚上的值。在实现I2C总线时，还需注意下面几点：作为SDA的那个GPIO应该接上拉电阻；AIC23只可写不可读；AIC23的设备地址当CS为低时是0011010b，CS为高时是0011011b。DSP的软件设计DSP需要处理来自和发向AIC23的数据，从而达到采集和播放声音。从上面的分析我们知道，这些数据都是通过DSP的McBSP交换的。McBSP可以有三种方式跟CPU通信：每收到或发送一个单元，置标志位，CPU轮询此标志位；每收到或发送一个单元，给CPU发送中断；通过DMA收到或发送完一组单元，再给CPU中断。通常，为了减轻CPU负担，都采用第三种方法。采用DMA的方式，即串口每发送或接受到一个单元，都会自动触发DMA将其搬送到一个内部的Buffer，等Buffer满了再通过中断方式告诉CPU处理。这时DMA最好采用ABU（AutoBuffering）模式，在这种模式下，DMA会在两个Buffer（其实是一个大Buffer的前一半和后一半）之间自动切换，每个Buffer满了（接收）或空了（发送）都会给CPU发出中断，在CPU处理这个Buffer的时候，DMA会自动去操作另一个Buffer。采用这种方式可以有效防止Buffer中的数据在串口速率较高时被新数据冲掉的问题。在DMA的中断服务程序中为了可靠可以把这个Buffer的数据再拷贝到另一个待处理的空间，即两级Buffer，然后置标志位，CPU在主程序中查询标志位然后作出相应的处理。DMA操作的Buffer可以通过寄存器配置，Buffer的大小和起始位置应设置正确。在指定Buffer的起始位置时应该注意，起始位置应该为大于Buffer大小的下一个2的整数幂的倍数。例如，在8K、16bit采样的情况下，以20ms数据为Buffer大小，那么一次处理的数据是8000×32×0.02＝5120bit＝320word。所以，DMA的Buffer应为640word（两个320wordBuffer）大小，而Buffer的起始地址应该为1024=2^10640的整数倍，如0x7000，0x7400……DSP与异步串口间的通信DSP与PC机交换声音数据可以通过异步串口实现（近端RS－232或者远端RS－485再到RS－232）。下面简单介绍如何利用DSP的McBSP实现RS－232协议从而跟PC机的串口通信。首先，因为McBSP和RS－232电平不同，之间需要加一个MAX232这样的电压转换芯片。同时，DSP的McBSP是一个三线同步串口，而RS－232只需一根数据线（单向）即可通信，所以在实现异步串口时，首先硬件连接应该如下：从上图可以看出，McBSP串口的接收帧信号和接收数据线连在一起，这样做的目的是为了利用异步帧的开始位（低有效）来给McBSP一个帧信号。显然，这时DSP的帧信号应设置为低有效且接收延时应设置为'1'。同步－异步转换的基本原理就是对异步信号过采样得到同步信号，例如一般是对异步信号的每个bit用同步信号的一个字来表示（即16个'1'－0xffff或16个'0'－0x0000）。可参看下图（上边为异步信号，下边为同步信号）：串口的发送和接收都采用DMA方式，Buffer的大小为：1＋8＋1（无校验位，结束位长度为1）＝10word。同步－异步具体转换在软件上实现：对于发送来说，较为简单，就是对每一个Byte的每个bit用一个word（16bit）进行代替，加上开始位、结束位。然后判断是否可以发送（通过发送完毕标志），如果可以则把这10个word放入Buffer，启动DMA即可。在发送中断服务程序中需要作的是停止发送DMA，并置发送完毕标志有效。接收相对发送麻烦一些，需要对接收到的每一个字进行判断从而恢复每一个bit，例如可以认为收到0000111111110000b为'1'，其余为'0'。过滤掉开始位（'0'）和结束位（'1'），恢复的8个bit就合成一个Byte。这些应该在接收中断服务程序里面做。还有就是同步串口时钟的选择，一定要稍大于设计速度，比如，在跟57.6K的RS－232通信时，时钟应该为57.6×16＝921.6K，实际配置串口分频寄存器时应该稍大于这个速度，否则就可能由于没有正确检测到停止位而出现错误。更详细的同步－异步转换设计流程跟我们的主题无关，有很多文章有具体的描述，这里就不主要讨论了。至此，一个较为完整的系统就建立了。此系统可以完成对语音或者音频信号的采集和播放，同时通过DSP内部的压缩算法，如g.729或者MP3传给PC机进行储存和传输。附录：AIC23的内部寄存器中的一些主要设置bit：1．LINEIN左声道音量控制寄存器：LIM：静音LIV【4：0】：音量控制2．LINEIN右声道音量控制寄存器：RIM：静音RIV【4：0】：音量控制3．耳机左声道音量控制寄存器：LHV【6：0】：音量控制4．耳机右声道音量控制寄存器：RHV【6：0】：音量控制5．模拟通道控制寄存器BYP：Bypass模式INSEL：ADC输入选择，0－LINEIN、1－麦克风MICM：麦克风静音6．数字通道控制寄存器DACM：DAC静音ADCHP：ADC高通滤波7．省电控制寄存器OFF：DevicePoweroffCLK：ClockPoweroffOSC：OscillatorPoweroffOUT：OutputsPoweroffDAC：DACPoweroffADC：ADCPoweroffMIC：MICPoweroffLINE：LINEINPoweroff8．数字接口格式寄存器：MS：工作模式MasterorSlaveLRSWAP：DAC左右声道交换LRP：I2S模式下，LRCIN低左声道或右声道DSP模式下，MSB在LRCIN有效后1st或者2ndBCLK沿出现IWL【1：0】：采样Bit长度FOR【1：0】：DSP格式，即帧信号后跟左右声道两个字I2S格式，帧信号占空比50％，高低各是左右声道9．采样率寄存器：CLKIN：时钟输入选择，0－MCLK，1－MC