基于CCS和DSK5402板的音頻采集和回放程序設(shè)計(jì)

TMS320VC5402（以下簡(jiǎn)稱C5402）是TI（德州儀器）公司1999年10月推出的性價(jià)比極高（目前批量?jī)r(jià)格約人民幣40元）的定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）。指令執(zhí)行速率高達(dá)100MIPS，已經(jīng)廣泛用于實(shí)時(shí)語音處理、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)和數(shù)字無線通信等嵌入式系統(tǒng)。TLC320AD50C（簡(jiǎn)稱AD50）是TI公司生產(chǎn)的SIGMA-DELTA型單片音頻接口芯片（AIC）。而DSK板是TI公司的一種DSP仿真/開發(fā)板，本文著重介紹了利用CCS在DSK板上進(jìn)行實(shí)時(shí)語音處理的軟件設(shè)計(jì)過程。

1.C5402及其多通道緩沖串口
C5402硬件優(yōu)點(diǎn)。改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)解決了馮諾伊曼（Von-Neumann）結(jié)構(gòu)中高速數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的傳輸通道上的瓶頸現(xiàn)象；內(nèi)部多總線結(jié)構(gòu)保證在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)可以多次訪問程序空間和數(shù)據(jù)空間；指令執(zhí)行時(shí)的多重流水線結(jié)構(gòu)將指令周期降低到了最小值；多處理單元可以在一個(gè)指令周期內(nèi)同時(shí)進(jìn)行運(yùn)算，而這種結(jié)構(gòu)恰好滿足了數(shù)字信號(hào)處理中的一些特殊要求如FIR、IIR、FFT等運(yùn)算。尤為值得一提的是C5402的軟件特點(diǎn)，7種有效靈活的尋址方式，僅為10ns的指令執(zhí)行周期，還有一些特殊的運(yùn)算指令更好地滿足了數(shù)字信號(hào)處理中特有的運(yùn)算需要。

C5402具有高速的，全雙工串行口，可用來與系統(tǒng)中的其他C54x器件，編碼解碼器，串行A/D，D/A轉(zhuǎn)換器以及其他的串行器件直接接口。這兩個(gè)串行口均為多通道緩沖串行口McBSP（Multi-channel Buffered Serial Port）。它支持全雙工通信，雙緩沖數(shù)據(jù)寄存器，允許連續(xù)的數(shù)據(jù)流。可以與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編/解碼器，AICs接口。支持多種方式的傳輸接口如T1/E1幀協(xié)議、MVIP幀方式、H.100幀方式、SCSA幀方式、IIS兼容設(shè)備等。可與多達(dá)128個(gè)通道進(jìn)行收發(fā)。支持傳輸?shù)臄?shù)據(jù)字長(zhǎng)可以是8bit，12bit，16bit，20bit，24bit或32bit。內(nèi)置μ-律和A-律壓擴(kuò)硬件。

McBSP在結(jié)構(gòu)上可以分為一個(gè)數(shù)據(jù)通道和一個(gè)控制通道。如圖1所示：

數(shù)據(jù)通道完成數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。控制通道完成的任務(wù)包括內(nèi)部時(shí)鐘的產(chǎn)生，幀同步信號(hào)產(chǎn)生，對(duì)這些信號(hào)的控制以及多通道的選擇等。控制通道還負(fù)責(zé)產(chǎn)生終端信號(hào)送往CPU，產(chǎn)生同步事件通知DMA控制器。

圖1 McBSP的結(jié)構(gòu)

象51/96系列單片機(jī)一樣，對(duì)C5402串行口的操作也是通過設(shè)置各控制寄存器來進(jìn)行的。這些控制寄存器有串行口控制寄存器SPCR1/2；接收控制寄存器RCR1/2；發(fā)送控制寄存器XCR1/2；多通道寄存器MCR1/2等。需要注意的是，要對(duì)某一控制寄存器尋址，只能采用加子地址尋址方式。

2. AD50的一般說明
AD50是一款SIGMA-DELTA型單片音頻接口芯片（AIC）。它內(nèi)部集成了16位的D/A和A/D轉(zhuǎn)換器，采樣速率最高可達(dá)22.05kb/s，其采樣速率可通過DSP編程來設(shè)置。在DAC之前有一個(gè)插值濾波器以保證輸出信號(hào)平滑和ADC之后有一個(gè)抽取濾波器以提高輸入信號(hào)的信噪比。

AD50內(nèi)部有7個(gè)數(shù)據(jù)和控制寄存器，用于編程控制它們的工作狀態(tài)。

寄存器0：空操作寄存器。
寄存器1： 軟件復(fù)位
軟件掉電
選擇16位或15位工作方式
硬件或軟件二次通信請(qǐng)求方式的選擇

寄存器2：使能ALTDATA輸入端
為ADC選擇16/15位方式

寄存器3：選擇FS與FSD之間延遲SCLK的個(gè)數(shù)
告訴主機(jī)有幾個(gè)從機(jī)被聯(lián)上

寄存器4：為輸入和輸出放大器選擇放大器增益
選擇N來設(shè)置采樣頻率，fs=MCLK/（128*N）或MCLK/（512*N）
在MCLK輸入端使能外部時(shí)鐘輸入并旁通內(nèi)部的PLL

寄存器5，6：保留
AD50與C5402之間的數(shù)據(jù)傳送采用串行方式，包括兩種傳輸模式：16位和15+1位傳輸模式。15+1位模式時(shí)，其中的D0位表示二次通信。它們各自的時(shí)序如下：

注：A，16位或15位工作方式是通過控制寄存器2來編程實(shí)現(xiàn)的。
B，M/S用來表明15位的數(shù)據(jù)是來自主機(jī)還是從機(jī)。
C，最高位MSB（D15）在SCLK第一個(gè)周期的下降沿穩(wěn)定，最低位（D0，M/S）在SCLK第16個(gè)周期的下降沿穩(wěn)定。

圖 2 僅有首次通信時(shí)的ADC通道時(shí)序

注：A，二次通信時(shí)的M/S位（DS15）用于表明在設(shè)置了讀位后寄存器數(shù)據(jù)（地址和內(nèi)容）是來自主機(jī)還是從機(jī)。在寄存器讀期間，DS7-DS0位是指定寄存器的內(nèi)容，在寄存器寫期間，DS7-DS0為0。

圖3 有首次通信和二次通信的ADC通道時(shí)序

AD50的數(shù)據(jù)傳輸模式和采樣速率都可以通過DSP對(duì)其控制寄存器的編程來實(shí)現(xiàn)，因此，在許多場(chǎng)合下，AD50都作為DSP的AIC來實(shí)現(xiàn)音頻處理。