TLC320AIC23在音頻處理中的應用

關鍵詞：ＤＳＰ?音頻處理?編解碼

１　ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３芯片簡介

ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３是ＴＩ公司生產的一種高性能立體聲音頻編解碼器?該芯片同時高度集成了模擬電路功能。ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３中的模數與數模轉換器使用了多比特ｓｉｇｍａ－ｄｅｌｔａ工藝，并在內部集成了高采樣率的數字內插濾波器。該器件的數字傳輸字長可以是１６、２０、２４、３２Ｂｉｔ，它支持８～９６ｋＨｚ的采樣率。模數轉換器的ｓｉｇｍａ－ｄｅｌｔａ調制器決定了其三階多比特結構，這種結構在采樣率為９６ｋＨｚ的情況下，能夠達到９０ｄＢ信噪比，從而可在小型低功耗設計中實現高保真錄音。同樣?在數模轉換器中的二階多比特結構還可在采樣率為９６ｋＨｚ的情況下使信躁比達到１００ｄＢ，從而使得高質量的數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，對于可移動的數字音頻播放和錄音使用中的模擬輸入輸出等應用系統，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；

●音頻數據可以通過與ＴＩ ＭＣＢＳＰ相兼容的可編程音頻接口輸入輸出；

●內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；

●具有模數轉換器的多種輸入（立體聲線路輸入和麥克風輸入）；

●具有立體聲線路輸出；

●內含靜音功能的模擬音量控制功能；

●帶有高效率線性耳機放大器；

●在總的軟件控制下，電源可彈性管理；

●采用工業級最小封裝；

●適合于可移動固態音頻播放器錄音器。

２　ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３的使用

２．１ 控制接口

ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３有許多可編程特性。可通過控制接口來編輯該器件的控制寄存器，而且能夠編譯ＳＰＩ、Ｉ２Ｃ兩種規格的接口（見表１）。該器件的模式終端狀態決定了控制接口的形式。這個模式管腳必須連接到需要的電平。

表1 SPI和I2C接口控制

表2 寄存器控制模式

２．２ 控制寄存器的使用

ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３用表２所列的寄存器來控制芯片的工作模式。

設計時，可以通過數據的串行傳輸來控制ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３。這串數據的前半部分用于控制寄存器的地址，接下來的部分對應于該寄存器所要寫入的值。對于這種串行傳輸的控制數據，可以分為兩個８Ｂｉｔ進行處理。考慮到實際情況，使用匯編語言既直觀又方便，因此，對于Ｉ２Ｃ寫入模塊，可使用匯編語言。下面是以ＤＳＰ ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０９芯片為例列出的通過匯編語言對ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３的控制寄存器進行設置的具體代碼：

．ｄａｔａ； ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３ 控制寄存器數據

Ｒｅｇｉｓｔｅｒ０

．ｗｏｒｄ ０ｘ０１；控制地址：０００００００

．ｗｏｒｄ ０ｘ１７；控制數據：左聲道輸入音量控制０ｄＢ，開啟左右聲道同步更新

Ｒｅｇｉｓｔｅｒ１

．ｗｏｒｄ ０ｘ０３；控制地址：００００００１

．ｗｏｒｄ ０ｘ１７；控制數據：右聲道輸入音量控制０ｄＢ，開啟左右聲道同步更新

Ｒｅｇｉｓｔｅｒ２

．ｗｏｒｄ ０ｘ０５；控制地址：０００００１０

．ｗｏｒｄ ０ｘｆｆ；控制數據：左耳機輸出音量控制＋６ｄＢ，開啟左右耳機聲道同步更新

Ｒｅｇｉｓｔｅｒ３

．ｗｏｒｄ ０ｘ０７；控制地址：０００００１１

．ｗｏｒｄ ０ｘｆｆ；控制數據：右耳機輸出音量控制＋６ｄＢ，開啟右左耳機聲道同步更新

Ｒｅｇｉｓｔｅｒ４

．ｗｏｒｄ ０ｘ０８；控制地址：００００１００

．ｗｏｒｄ ０ｘ１４；控制數據：關閉旁路直通，輸入選用Ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ，使ＤＡＣ處于有效狀態

Ｒｅｇｉｓｔｅｒ５

．ｗｏｒｄ ０ｘ０ａ；控制地址：００００１０１

．ｗｏｒｄ ０ｘ０５；控制數據：數字音頻通道選用ＡＤＣ高通濾波器，關閉ＤＡＣ軟靜音

Ｒｅｇｉｓｔｅｒ６

．ｗｏｒｄ ０ｘ０ｃ；控制地址：００００１１０

．ｗｏｒｄ ０ｘ０１；控制數據：開啟ＡＤＣ、ＤＡＣ，開啟Ｍｉ-ｃｒｏｐｈｏｎｅ輸入端，關閉Ｌｉｎｅ輸入端

Ｒｅｇｉｓｔｅｒ７

．ｗｏｒｄ ０ｘ０ｅ；控制地址：００００１１１

．ｗｏｒｄ ０ｘ５３；控制數據：ＤＳＰ數字接口格式，芯片采用主式，數據字長１６ｂｉｔ，ＬＲＰ＝１

Ｒｅｇｉｓｔｅｒ８

．ｗｏｒｄ ０ｘ１０；控制地址：０００１０００

．ｗｏｒｄ ０ｘ２０；控制數據：采樣率控制，時鐘為正常模式

Ｒｅｇｉｓｔｅｒ９

．ｗｏｒｄ ０ｘ１２；控制地址：０００１００１

．ｗｏｒｄ ０ｘ０１；控制數據：激活數字接口

Ｒｅｇｉｓｔｅｒ１０

．ｗｏｒｄ ０ｘ１ｅ；控制地址：０００１１１１

．ｗｏｒｄ ０ｘ００；控制數據：復位ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３

２．３ 數字音頻接口

ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３芯片與數字系統的接口有右判斷模式、左判斷模式、Ｉ２Ｓ模式和ＤＳＰ模式四種。這四種數據傳送模式都是從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）。數字音頻接口由時鐘信號ＢＣＬＫ、數據信號ＤＩＮ和ＤＯＵＴ、同步信號ＬＲＣＩＮ和ＬＲＣＯＵＴ組成。應當說明：ＢＣＬＫ在主動方式下是輸出，而在從動方式下是輸入。

由于接下來的介紹將主要圍繞該芯片與ＤＳＰ相結合的應用，因此現對第四種模式，即ＤＳＰ模式進行說明。

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的幀同步信號相連接。在ＬＲＣＩＮ或ＬＲＣＯＵＴ的下降沿開始數據傳輸。左通道數據組成了首先傳送的數據字，緊接著傳送右通道的數據。傳送字長由ＩＷＬ寄存器決定。圖１說明了ＬＲＰ為１時的傳送情況（可通過Ｒｅｇｉｓｔｅｒ７來進行設置）。

３　ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３與ＤＳＰ的接口設計

３．１ 硬件設計

ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３是ＴＩ公司推出的一款高性能、集成有模擬功能的立體聲編解碼音頻芯片。它能在數字和模擬電壓下工作，與ＴＭＳ３２０Ｃ５５ｘ ＤＳＰ的Ｉ／Ｏ電壓相兼容，因而能夠實現與Ｃ５５ｘ ＤＳＰ的ＭＣＢＳＰ（多通道緩沖串口）端口的無縫連接，從而使系統設計更加簡單。所以，為了初步驗證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。

系統中ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３的主時鐘１１．２８９６ＭＨｚ直接由ＤＳＰ時鐘產生，ＭＯＤＥ接數字地表示利用Ｉ２Ｃ控制接口來對ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３數據進行傳輸控制。ＳＣＬＫ和ＳＤＩＮ是ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３控制端口的移位時鐘和數據輸入端，它們分別與ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０９的Ｉ２Ｃ模塊端口ＳＣＬ和ＳＤＡ相連。ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０９的ＭＣＢＳＰ１應工作在ＳＰＩ模式下，以便使ＭＣＢＳＰ１的接收器和發送器同步。收發時鐘信號ＣＬＫＸ１和ＣＬＫＲ１由ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３的串行數據傳輸時鐘ＢＣＬＫ提供，并由ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３的幀同步信號ＬＲＣＩＮ、ＬＲＣＯＵＴ啟動串口數據傳輸，ＤＸ１和ＤＲ１分別與ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３的ＤＩＮ和ＤＯＵＴ相連，可用于完成ＤＳＰ與ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３之間的數字通信。

３．２ 通過Ｉ２Ｃ對ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３進行編程控制

Ｉ２Ｃ模塊接口由串行數據ＳＤＡ和串行時鐘ＳＣＬ組成，ＳＤＡ和ＳＣＬ均為雙向接口。連接在同一總線上的Ｉ２Ｃ設備可以工作在多主線（ＭｕｌｔｉＭａｓｔｅｒ）工作模式下。包括ＴＭＳ３２０Ｃ５５ｘ ＤＳＰ在內的每個Ｉ２Ｃ設備都有唯一的設備地址可供軟件尋址。其中，主設備用于發送時鐘并啟動數據傳輸，被主設備尋址的則為從設備。這些設備根據各自的功能，既可以作為發送器，也可以作為接收器。

設計時，可根據具體需要，使用如下代碼來對ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３進行寄存器寫操作：

Ｔ０＝０ｘ１ａ； Ｔ０＝從寫地址，根據電路設計應為００１１０１０ｂ（見表２）

ｃａｌｌ Ｉｎｉｔ Ｉ２Ｃ

Ｔ１＝＃０ｘ０２

ＸＡＲ０＝＃０ｈ

ＡＲ０＝Ｒｅｇｉｓｔｅｒ ； ＡＲ０＝所要寫入的寄存器的

地址和對應于該地址的值

ｃａｌｌ ｗｒｉｔｅ Ｉ２Ｃ

ＮＯＰ

ｒｅｔｕｒｎ

這里應注意以下三點：

（１） 在寫過一次Ｉ２Ｃ地址后，只能對一個寄存器進行寫操作，而不能一次性對所有寄存器進行寫操作。也就是說，對每個寄存器寫之前都要按部就班的寫一遍Ｉ２Ｃ地址。

（２） Ｉ２Ｃ模式下，數據是分為三個８Ｂｉｔ寫入的。而ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３有７位地址和９位數據，也就是說，需要把數據項上面的最高位補充到第二個８Ｂｉｔ中的最后一位。

（３） 在對控制寄存器的編程過程中，對應于每一次工作狀態的改變，不能僅僅修改某個寄存器的值，而是要對這十個寄存器都重新寫入一遍，否則系統將無法正常工作，而且應首先寫Ｒｅｇｉｓｔｅｒ１０，同時還應對所有寄存器進行復位處理。

３．３ ＤＳＰ的多通道緩沖串口（ＭＣＢＳＰ）設置

由于ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３采樣輸出的是串行數據，因此需要協調好與之相配的ＤＳＰ的串行傳輸協議。所以必須對ＤＳＰ的串口進行正確設置。

ＭＣＢＳＰ串口一般通過六個引腳使數據通路和控制通路與外部設備相連。數據經ＭＣＢＳＰ串口與外設的通信一般通過ＤＲ和ＤＸ引腳傳輸，控制同步信號則由ＣＬＫＸ、ＣＬＫＲ、ＦＳＸ、ＦＳＲ等四個引腳實現。

由于ＭＣＢＳＰ串口的數據線ＤＲ和ＤＸ帶有緩存寄存器，而幀同步信號ＦＳＸ、ＦＳＲ以及時鐘信號ＣＬＫＸ、ＣＬＫＲ具有可編程性，因此，它與ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３之間的接口設計非常靈活。從這些特點可以看到：將ＭＣＢＳＰ串口設置為ＳＰＩ工作模式，然后使串口的接收器和發送器同步，并且由ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３的幀同步信號ＬＲＣＩＮ、ＬＲＣＯＵＴ啟動串口傳輸，同時將發送接收的數據字長設定為３２Ｂｉｔ（左聲道１６Ｂｉｔ，右聲道１６Ｂｉｔ）單幀模式，就可以方便地實現與ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３之間的無縫連接。

４　結束語

通過上述步驟對硬件系統進行設計編程，就可使ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３正常工作，從而實現ＡＤ、ＤＡ以及與之相連接的ＤＳＰ的正常數據通信，同時實現對語音的采集與回放等基本音頻處理功能。通過在Ｃｏｄｅ Ｃｏｍｐｏｓｅｒ Ｓｔｕｄｉｏ Ｖ２上的實際編程以及在硬件系統中的實際聯調，證明：這種設計是合理和正確的。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絡會議的可視電話中作為語音處理模塊。這種設想在ＤＳＰ具體的算法實現上已經仿真試驗通過。而對于實際嵌入到可視電話中，進而與Ｈ．３２４相結合來對視頻音頻數據的混合處理等一系列問題，則是今后進一步探索研究的方向。