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TLC320AIC23在音频处理中的应用
摘要：介绍了高性能立体声音频编解码芯片ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３的基本特点、性能以及使用方法，并结合ＤＳＰ芯片ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０９与音频ＣＯＤＥＣ芯片ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３的接口设计，详细阐述了如何通过Ｉ２Ｃ总线对ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３进行初始化设置的过程以及如何根据ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３的特点对ＤＳＰ的串口进行设计等一系列问题。关键词：ＤＳＰ?音频处理?编解码
１ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３芯片简介
ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３是ＴＩ公司生产的一种高性能立体声音频编解码器?该芯片同时高度集成了模拟电路功能。ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３中的模数与数模转换器使用了多比特ｓｉｇｍａ－ｄｅｌｔａ工艺，并在内部集成了高采样率的数字内插滤波器。该器件的数字传输字长可以是１６、２０、２４、３２Ｂｉｔ，它支持８～９６ｋＨｚ的采样率。模数转换器的ｓｉｇｍａ－ｄｅｌｔａ调制器决定了其三阶多比特结构，这种结构在采样率为９６ｋＨｚ的情况下，能够达到９０ｄＢ信噪比，从而可在小型低功耗设计中实现高保真录音。同样?在数模转换器中的二阶多比特结构还可在采样率为９６ｋＨｚ的情况下使信躁比达到１００ｄＢ，从而使得高质量的数字音频回放成为可能。该芯片在回放中的功率消耗小于２３ｍＷ。因此，对于可移动的数字音频播放和录音使用中的模拟输入输出等应用系统，ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３无疑是十分理想的选择。该芯片主要有如下特性：
●是一种高性能的立体声编解码器；
●通过软件控制能与ＴＩ的ＭＣＢＳＰ相兼容；
●音频数据可以通过与ＴＩＭＣＢＳＰ相兼容的可编程音频接口输入输出；
●内部集成了驻极体话筒的偏置电压和缓冲器；
●带有立体声线路输入；
●具有模数转换器的多种输入（立体声线路输入和麦克风输入）；
●具有立体声线路输出；
●内含静音功能的模拟音量控制功能；
●带有高效率线性耳机放大器；
●在总的软件控制下，电源可弹性管理；
●采用工业级最小封装；
●适合于可移动固态音频播放器录音器。
２ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３的使用
２．１控制接口
ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３有许多可编程特性。可通过控制接口来编辑该器件的控制寄存器，而且能够编译ＳＰＩ、Ｉ２Ｃ两种规格的接口（见表１）。该器件的模式终端状态决定了控制接口的形式。这个模式管脚必须连接到需要的电平。
表1SPI和I2C接口控制
MODE接口0I2C1SPI
表2寄存器控制模式
地址寄存器0000000左输入声道音量控制0000001右输入声道音量控制0000010耳机左入声道音量控制0000011耳机右入声道音量控制0000100模拟音频路径控制0000101数字音频路径控制0000110电源控制0000111数字音频接口格式0001000采样率控制0001001数字接口激活0001111复位寄存器
２．２控制寄存器的使用
ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３用表２所列的寄存器来控制芯片的工作模式。
设计时，可以通过数据的串行传输来控制ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３。这串数据的前半部分用于控制寄存器的地址，接下来的部分对应于该寄存器所要写入的值。对于这种串行传输的控制数据，可以分为两个８Ｂｉｔ进行处理。考虑到实际情况，使用汇编语言既直观又方便，因此，对于Ｉ２Ｃ写入模块，可使用汇编语言。下面是以ＤＳＰＴＭＳ３２０ＶＣ５５０９芯片为例列出的通过汇编语言对ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３的控制寄存器进行设置的具体代码：
．ｄａｔａ；ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３控制寄存器数据
Ｒｅｇｉｓｔｅｒ０
．ｗｏｒｄ０ｘ０１；控制地址：０００００００
．ｗｏｒｄ０ｘ１７；控制数据：左声道输入音量控制０ｄＢ，开启左右声道同步更新
Ｒｅｇｉｓｔｅｒ１
．ｗｏｒｄ０ｘ０３；控制地址：００００００１
．ｗｏｒｄ０ｘ１７；控制数据：右声道输入音量控制０ｄＢ，开启左右声道同步更新
Ｒｅｇｉｓｔｅｒ２
．ｗｏｒｄ０ｘ０５；控制地址：０００００１０
．ｗｏｒｄ０ｘｆｆ；控制数据：左耳机输出音量控制＋６ｄＢ，开启左右耳机声道同步更新
Ｒｅｇｉｓｔｅｒ３
．ｗｏｒｄ０ｘ０７；控制地址：０００００１１
．ｗｏｒｄ０ｘｆｆ；控制数据：右耳机输出音量控制＋６ｄＢ，开启右左耳机声道同步更新
Ｒｅｇｉｓｔｅｒ４
．ｗｏｒｄ０ｘ０８；控制地址：００００１００
．ｗｏｒｄ０ｘ１４；控制数据：关闭旁路直通，输入选用Ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ，使ＤＡＣ处于有效状态
Ｒｅｇｉｓｔｅｒ５
．ｗｏｒｄ０ｘ０ａ；控制地址：００００１０１
．ｗｏｒｄ０ｘ０５；控制数据：数字音频通道选用ＡＤＣ高通滤波器，关闭ＤＡＣ软静音
Ｒｅｇｉｓｔｅｒ６
．ｗｏｒｄ０ｘ０ｃ；控制地址：００００１１０
．ｗｏｒｄ０ｘ０１；控制数据：开启ＡＤＣ、ＤＡＣ，开启Ｍｉ-ｃｒｏｐｈｏｎｅ输入端，关闭Ｌｉｎｅ输入端
Ｒｅｇｉｓｔｅｒ７
．ｗｏｒｄ０ｘ０ｅ；控制地址：００００１１１
．ｗｏｒｄ０ｘ５３；控制数据：ＤＳＰ数字接口格式，芯片采用主式，数据字长１６ｂｉｔ，ＬＲＰ＝１
Ｒｅｇｉｓｔｅｒ８
．ｗｏｒｄ０ｘ１０；控制地址：０００１０００
．ｗｏｒｄ０ｘ２０；控制数据：采样率控制，时钟为正常模式
Ｒｅｇｉｓｔｅｒ９
．ｗｏｒｄ０ｘ１２；控制地址：０００１００１
．ｗｏｒｄ０ｘ０１；控制数据：激活数字接口
Ｒｅｇｉｓｔｅｒ１０
．ｗｏｒｄ０ｘ１ｅ；控制地址：０００１１１１
．ｗｏｒｄ０ｘ００；控制数据：复位ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３
２．３数字音频接口
ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３芯片与数字系统的接口有右判断模式、左判断模式、Ｉ２Ｓ模式和ＤＳＰ模式四种。这四种数据传送模式都是从ＭＳＢ（最高位）开始，字长范围从１６Ｂｉｔｓ到３２Ｂｉｔｓ（除了在右判断模式下不支持３２Ｂｉｔｓ外）。数字音频接口由时钟信号ＢＣＬＫ、数据信号ＤＩＮ和ＤＯＵＴ、同步信号ＬＲＣＩＮ和ＬＲＣＯＵＴ组成。应当说明：ＢＣＬＫ在主动方式下是输出，而在从动方式下是输入。
由于接下来的介绍将主要围绕该芯片与ＤＳＰ相结合的应用，因此现对第四种模式，即ＤＳＰ模式进行说明。
由于ＤＳＰ模式与ＴＩ公司ＤＳＰ的ＭＣＢＳＰ口相兼容，因此，ＬＲＣＩＮ与ＬＲＣＯＵＴ必须与ＭＣＢＳＰ的帧同步信号相连接。在ＬＲＣＩＮ或ＬＲＣＯＵＴ的下降沿开始数据传输。左通道数据组成了首先传送的数据字，紧接着传送右通道的数据。传送字长由ＩＷＬ寄存器决定。图１说明了ＬＲＰ为１时的传送情况（可通过Ｒｅｇｉｓｔｅｒ７来进行设置）。
３ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３与ＤＳＰ的接口设计
３．１硬件设计
ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３是ＴＩ公司推出的一款高性能、集成有模拟功能的立体声编解码音频芯片。它能在数字和模拟电压下工作，与ＴＭＳ３２０Ｃ５５ｘＤＳＰ的Ｉ／Ｏ电压相兼容，因而能够实现与Ｃ５５ｘＤＳＰ的ＭＣＢＳＰ（多通道缓冲串口）端口的无缝连接，从而使系统设计更加简单。所以，为了初步验证ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３的工作性能，这里选用ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０９作为与ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３相搭配的ＤＳＰ芯片。其接口原理框图如图２所示。
系统中ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３的主时钟１１．２８９６ＭＨｚ直接由ＤＳＰ时钟产生，ＭＯＤＥ接数字地表示利用Ｉ２Ｃ控制接口来对ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３数据进行传输控制。ＳＣＬＫ和ＳＤＩＮ是ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３控制端口的移位时钟和数据输入端，它们分别与ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０９的Ｉ２Ｃ模块端口ＳＣＬ和ＳＤＡ相连。ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０９的ＭＣＢＳＰ１应工作在ＳＰＩ模式下，以便使ＭＣＢＳＰ１的接收器和发送器同步。收发时钟信号ＣＬＫＸ１和ＣＬＫＲ１由ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３的串行数据传输时钟ＢＣＬＫ提供，并由ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３的帧同步信号ＬＲＣＩＮ、ＬＲＣＯＵＴ启动串口数据传输，ＤＸ１和ＤＲ１分别与ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３的ＤＩＮ和ＤＯＵＴ相连，可用于完成ＤＳＰ与ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３之间的数字通信。
３．２通过Ｉ２Ｃ对ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３进行编程控制
Ｉ２Ｃ模块接口由串行数据ＳＤＡ和串行时钟ＳＣＬ组成，ＳＤＡ和ＳＣＬ均为双向接口。连接在同一总线上的Ｉ２Ｃ设备可以工作在多主线（ＭｕｌｔｉＭａｓｔｅｒ）工作模式下。包括ＴＭＳ３２０Ｃ５５ｘＤＳＰ在内的每个Ｉ２Ｃ设备都有唯一的设备地址可供软件寻址。其中，主设备用于发送时钟并启动数据传输，被主设备寻址的则为从设备。这些设备根据各自的功能，既可以作为发送器，也可以作为接收器。
设计时，可根据具体需要，使用如下代码来对ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３进行寄存器写操作：
Ｔ０＝０ｘ１ａ；Ｔ０＝从写地址，根据电路设计应为００１１０１０ｂ（见表２）
ｃａｌｌＩｎｉｔＩ２Ｃ
Ｔ１＝＃０ｘ０２
ＸＡＲ０＝＃０ｈ
ＡＲ０＝Ｒｅｇｉｓｔｅｒ；ＡＲ０＝所要写入的寄存器的
地址和对应于该地址的值
ｃａｌｌｗｒｉｔｅＩ２Ｃ
ＮＯＰ
ｒｅｔｕｒｎ
这里应注意以下三点：
（１）在写过一次Ｉ２Ｃ地址后，只能对一个寄存器进行写操作，而不能一次性对所有寄存器进行写操作。也就是说，对每个寄存器写之前都要按部就班的写一遍Ｉ２Ｃ地址。
（２）Ｉ２Ｃ模式下，数据是分为三个８Ｂｉｔ写入的。而ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３有７位地址和９位数据，也就是说，需要把数据项上面的最高位补充到第二个８Ｂｉｔ中的最后一位。
（３）在对控制寄存器的编程过程中，对应于每一次工作状态的改变，不能仅仅修改某个寄存器的值，而是要对这十个寄存器都重新写入一遍，否则系统将无法正常工作，而且应首先写Ｒｅｇｉｓｔｅｒ１０，同时还应对所有寄存器进行复位处理。
３．３ＤＳＰ的多通道缓冲串口（ＭＣＢＳＰ）设置
由于ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３采样输出的是串行数据，因此需要协调好与之相配的ＤＳＰ的串行传输协议。所以必须对ＤＳＰ的串口进行正确设置。
ＭＣＢＳＰ串口一般通过六个引脚使数据通路和控制通路与外部设备相连。数据经ＭＣＢＳＰ串口与外设的通信一般通过ＤＲ和ＤＸ引脚传输，控制同步信号则由ＣＬＫＸ、ＣＬＫＲ、ＦＳＸ、ＦＳＲ等四个引脚实现。
由于ＭＣＢＳＰ串口的数据线ＤＲ和ＤＸ带有缓存寄存器，而帧同步信号ＦＳＸ、ＦＳＲ以及时钟信号ＣＬＫＸ、ＣＬＫＲ具有可编程性，因此，它与ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３之间的接口设计非常灵活。从这些特点可以看到：将ＭＣＢＳＰ串口设置为ＳＰＩ工作模式，然后使串口的接收器和发送器同步，并且由ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３的帧同步信号ＬＲＣＩＮ、ＬＲＣＯＵＴ启动串口传输，同时将发送接收的数据字长设定为３２Ｂｉｔ（左声道１６Ｂｉｔ，右声道１６Ｂｉｔ）单帧模式，就可以方便地实现与ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３之间的无缝连接。
４结束语
通过上述步骤对硬件系统进行设计编程，就可使ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３正常工作，从而实现ＡＤ、ＤＡ以及与之相连接的ＤＳＰ的正常数据通信，同时实现对语音的采集与回放等基本音频处理功能。通过在ＣｏｄｅＣｏｍｐｏｓｅｒＳｔｕｄｉｏＶ２上的实际编程以及在硬件系统中的实际联调，证明：这种设计是合理和正确的。另外，如果把Ｇ．７２３．１的编解码算法移植到ＤＳＰ算法处理中，则完全可以把该模块嵌入到网络会议的可视电话中作为语音处理模块。这种设想在ＤＳＰ具体的算法实现上已经仿真试验通过。而对于实际嵌入到可视电话中，进而与Ｈ．３２４相结合来对视频音频数据的混合处理等一系列问题，则是今后进一步探索研究的方向。
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