摘要：根據TI公司的TMS320C6713多通道緩沖串口(McBSP) 和音頻解碼芯片AIC23B的工作原理，設計了音頻解碼電路。將TMS320C6713多通道緩沖串口直接與AIC23B相連，其優點是操作簡單，不占用處理器的總線，不影響其他功能模塊的性能。給出了TMS320C6713 和AIC23B的接口電路和軟件編程實現。
關鍵詞： TMS320C6713；AIC23B；音頻解碼；多通道緩沖串口

    TMS320C6713(C6713)是業界流行的一款高性能的32 bit浮點DSP，在255 MHz時鐘主頻下，其最高執行速度可達1 800 MIPS。C6713擁有豐富的片內資源，其多功能串口不僅可以配置成標準串口的全雙工串行通信模式，還能配置成SPI模式,適應于多種應用。TLV320AIC23B是一款高性能立體聲的編解碼器(簡稱AIC23B)，內部的ADC和DAC采用Sigma-Delta技術，采樣率支持8 kHz~96 kHz，數據傳輸能配置成16、20、24和32 bit。AIC23B還提供了麥克風輸入，左右兩通道線性輸入、線性輸出及耳機輸出。本文詳細介紹AIC23B的電路連接和軟件設計。利用C6713的McBSP1配置AIC23B的內部寄存器，利用McBSP0與AIC23B進行數據傳輸。系統采集外部語音信號,采集數據通過C6713處理后送到AIC23B轉換成模擬信號。
1 TLV320AIC23B 原理
    AIC23B是TI公司出品的一款高品質立體聲音頻編解碼芯片，其與處理器有兩個連接口：控制口和數據口，它們都能與C6713的McBSP(Multichannel Buffered Serial Port)無縫連接。內置耳機輸出放大器，支持MIC 和LINE IN 兩種輸入方式，輸入和輸出都具有可編程增益調節。AIC23B 的模數轉換和數模轉換部件高度集成在芯片內部,ADC和DAC的信噪比分別可達到90 dB 和100 dB。同時，AIC23B還具有很低的能耗， 回放模式下功率僅為23 mW，省電模式下更是小于15 μW[1]，其特性如下：
    ·∑-△過采樣技術;
　 ·采樣速率：8 kHz～96 kHz;
　 ·數據格式：16 bit、20 bit、24 bit、32 bit;
　 ·信噪比(NSR)：90 dBA(96 kHz);
　 ·省電模式設置;
　 ·包含麥克風輸入、立體聲輸入、耳機輸出(帶耳機放大器)、立體聲輸出;
　 ·1.42 V～3.6 V內核電壓;
　 ·2.7 V～3.6V緩沖器和模擬電路供電電壓;
　 ·兼容TI的McBSP協議。
     AIC23B的引腳圖如圖1所示，主要有模擬輸入輸出通道、芯片控制口、芯片數據口、時鐘接口等。主機通過控制口(CS、MODE、SDIN、SCLK)配置AIC23B寄存器，控制口根據MODE可配置成兩種模式：SPI模式和2-Wire模式。本文采用SPI模式，如表1所示。圖2為SPI模式時控制口的時序圖，B15～B9為AIC23B內部寄存器的7位地址，B8～B0為AIC23B寄存器的9 bit數據。主機通過AIC23B的數據口與其交換數據，數據接口有4種模式：右對齊模式、左對齊模式、IIS模式、DSP模式，四種模式都是先傳左通道的數據后傳右通道的數據。本文采用DSP數據傳輸模式與C6713的McBSP相連，在這種方式下，AIC23B 可以很方便地與DSP的McBSP接口無縫相接，LRCIN及LRCOUT必須與DSP的McBSP 的幀同步信號相連。從LRCIN或LRCOUT的下降沿開始傳送數據，第1個數據字是左聲道的數據字，緊跟其后的是右聲道的數據字，輸入字長由寄存器IWL設定[2]。圖3為DSP模式下數據傳輸的時序圖[3]。

    AIC23B主機通過寫AIC23B的寄存器來配置AIC23B，AIC23B有十一個寄存器，表2顯示各寄存器的地址和名稱。

2 C6713的McBSP原理
    在DSP嵌入式系統中,多通道緩沖串行接口McBSP是一個功能強大、連線簡潔的接口，通常用來連接音頻編解碼芯片、串行AD器件、串行DA器件等。McBSP包含一個數據通道和一個控制通道，互相獨立的發送、接收引腳，4個通信控制信息引腳。DSP器件通過32 bit并行總線訪問McBSP控制和數據寄存器。圖4為McBSP組成框圖[4]。

　 C6713的McBSP模塊具有如下基本特性：
　 ·全雙工通信；
　 ·兩個數據緩沖寄存器；
　 ·獨立的發送和接收幀及時鐘；
　 ·可直接連接工業標準的CODEC、AIC以及其他串口AD/DA芯片；
　 ·在數據傳輸過程中，可設置為外部移位時鐘或內部可編程的頻率移位；
　 ·可連接AC97標準的接口、IIS接口、SPI接口；
　 ·多達128通道的發送和接收；
　 ·多種數據格式：8、12、16、20、24、和32 bit；
　 ·8 bit數據格式中可設為低字節在前或高字節在前；
　 ·同步幀和數據時鐘的極性可編程；
    ·高度可編程的內部時鐘和幀產生。
3 C6713與AIC23B的硬件連接
    根據McBSP與AIC23B的原理，無論是控制口還是數據口AIC23B都可以與C6713的McBSP無縫連接，本設計采用McBSP1連接AIC23B的控制口,用來配置AIC23B的內部寄存器。時鐘CLKX1和幀同步發送信號FSX1 由DSP 產生，向AIC23B發送16 bit的數據字, 來初使化AIC23B。每個16 bit的數據字分為兩部分, 第一部分為AIC23B 中寄存器的地址,共7 bit; 第二部分為對該寄存器的設置值,共9 bit, 對應著寄存器的每一位(D8～D0) 。用McBSP0與AIC23B數據口直接相連,用來與AIC23B交換數據。CLKX0、CLKR0和幀同步信號FSX0、FSR0由AIC23B產生。圖5為C6713與AIC23B的硬件連接示意圖。MODE 引腳接3.3 V高電平, AIC23B配置成SPI模式，McBSP1工作于SPI模式下；McBSP0配置成外部時鐘、幀信號驅動接收和發送。AIC23B 中共有11 個寄存器, 對AIC23B進行初始化時, 必須由DSP 向它發送11個16 bit數據字來設置它的寄存器。

4 系統的軟件設計
    軟件設計分為初始化、數據傳輸和數據處理3個部分。如圖6給出了系統的工作流程，初始化完成后，系統進入工作狀態。外部模擬信號通過AIC23B的AD變換器轉換成數字信號，通過數據口傳給DSP，數據經過DSP處理后傳到AIC23B，經過AIC23B的DA變換后放大輸出。

    初始化部分包括McBSP的初始化和AIC23B的初始化。該設計中AIC23B 工作于主模式, 左右聲道的采樣字寬均為16 bit，數據接口為DSP 模式。DSP 通過SPI總線接口對音頻編解碼芯片AIC23B 的寄存器進行設置, 控制其采樣速率、音頻源、音量等參數。其初始化步驟為：
    (1) 設置McBSP1為SPI模式，用于配置AIC23B。
    (2) 設置McBSP0為被動接收模式，用于與AIC23B交換數據。
    (3) 用DSP的McBSP1配置AIC23B相關寄存器，使其工作在主動模式。
    以下給出配置AIC23B 寄存器的程序:
　    void initAIC23B( void)
　    {
　                    //復位AIC23B、給各功能單元供電
　    AIC23B_Write(AIC23B_RESET_REG, 0);
　    AIC23B_Write(AIC23B_POWER_DOWN_CTL, 0);
　                     //設置音頻信號源并進行音量控制
　    AIC23B_Write (AIC23B_ANALOG_AUDIO_CTL,ANAP-
            CTL_DAC) ;
　    AIC23B_Write(AIC23B_DIGITAL_AUDIO_CTL, 0);
　                         //左右輸入聲道的音量衰減控制
　    AIC23B_Write(AIC23B_LT_LINE_CTL, 0x17);
　    AIC23B_Write(AIC23B_RT_LINE_CTL, 0x17);
　                //設置AIC23B 工作在主模式, 48 kHz,
                16 bit 數據格式
　    AIC23B_Write (AIC23B_DIGITAL_IF_FORMAT, DIGIF_
　    FMT_IWL_16|DIGIF_FMT_FOR_DSP) ;
　    AIC23B_Write (AIC23B_SAMPLE_RATE_CTL, SRC_SR_
　    44|SRC_BOSR |SRC_MO);
　                            //耳機音量控制和數字接口
　    AIC23B_Write(AIC23B_LT_HP_CTL, 0x79);
　    AIC23B_Write(AIC23B_RT_HP_CTL, 0x79);
    AIC23B_Write (AIC23B_DIG_IF_ACTIVATE, DIGIFACT_
        ACT) ;
　    }
5 實驗結果
    圖7為在CCS開發軟件下對1.1 kHz音頻信號采集的波形圖，其中橫坐標為連續時間段內采樣的序號，縱坐標為采樣轉換后的數值。AIC23B工作在USB模式，采樣率為48.8 kHz，所以一個周期采樣44個點。信號經過C6713處理后回送到AIC23B，經過AIC23B的DA變換器變換為音頻信號。

    本文詳細介紹了AIC23B與TI公司的32 bit高性能DSP TMS320C6713的接口設計和編程實現。設計電路簡潔，編程簡單，可用于語音處理、數字電話等音頻信號處理的系統中。
參考文獻
[1] TEXAS INSTRUMENTS,TLV320AIC23B Data Sheet,2006.
[2] 呂衛強,黃荔.基于短時能量加過零率的實時語音端點檢測方法[J]. 兵工自動化,2009,28(9).
[3] 齊敏,王玲,韓韜,劉輝.基于TMS320DM642的實時語音處理系統[J]. 電聲技術,2009,33(1):65-67.
[4] 劉向宇.DSP嵌入式常用模塊與綜合系統設計實例精講[M]. 電子工業出版社,2009.
[5] 涂水林, 薛正明.TMS320DM642與音頻編解碼器的接口設計[J].電聲技術,2006,30(9):26-29.