TLC320AD50C与DSP接口设计_DSP论文
摘 要： dsp（数字信号处理器）具有强大的数字信号处理能力，在其应用系统中，大多由adc和dac通道来完成对模拟信号的数字化处理。本文介绍了一种集成adc和dac于一体的tlc320ad50c模拟接口电路与tms320vc5402定点dsp接口电路的硬件设计方法，并结合一个具体的软件实例说明主从模式下软件的实现方法。
关键词：tlc320d50c；dsp；主从模式
引 言
在许多应用系统中，为了应用dsp卓越的数字信号处理能力，我们必须先将模拟信号进行数字化（a/d转换），再对采样数据进行相应的算法处理，最后经过数字信号模拟化（d/a转换）后输出。在这些dsp应用系统中的关键问题是怎样十分容易和高效地实现这些转换，因此必然涉及到接口电路的设计。本文介绍一种单片内集成了adc通道和dac通道的模拟接口电路tlc320ad50c（以下简称ad50）与tms320vc5402缓冲串口的接口的设计实现方法，然后，基于这种接口电路的硬件设计，通过软件编程实现语音信号的采集与回放。
1 芯片简介
tms320vc5402是ti公司生产的从属于tms320c54x系列的一个工作灵活、高速、具有较高性价比、低功耗的16位定点通用dsp芯片。其主要特点包括：采用改进的哈佛结构，1条程序总线（pb），3条数据总线（cb、db、eb）和4条地址总线（pab，cab，dab，eab），带有专用硬件逻辑cpu，片内存储器，片内外围专用的指令集，专用的汇编语言工具等。tms320vc5402含4k字节的片内rom和16k字节的双存取ram，1个hpi（host port interface）接口，2个多通道缓冲单口mcbsp（multi-channel buffered serial port），单周期指令执行时间10ns，双电源（1.8v和3.3v）供电，带有符合ieee1149.1标准的jtag边界扫描仿真逻辑。
ad50是ti公司生产的一个16位、音频范围（采样频率为2k～22.05khz）、内含抗混叠滤波器和重构滤波器的模拟接口芯片，它有一个能与许多dsp芯片相连的同步串行通信接口。ad50c片内还包括一个定时器（调整采样率和帧同步延时）和控制器（调整编程放大增益，锁相环pll，主从模式）。ad50有28脚的塑料sop封装（带dw后缀）和48脚的塑料扁平封装（带pt后缀），体积较小，适应于便携设备。ad50的工作温度范围是0～70℃，单一5v电源供电或5v和3.3v联合供电，工作时的最大功耗为120 mw。
2 硬件设计
2.1 ad50的内部结构简图
图1最上面第一通道为模拟信号输入监控通道，第二通道为模拟信号转化为数字信号（a/d）通道，第三通道为数字信号转化为模拟信号（d/a）通道，最下面一路是ad50的工作频率和采样频率控制通道。本文所述的输入时钟（mclk）为8.192mhz，a/d与d/a的采样频率为mclk/（128*n）hz（n为ad50c的第4个寄存器4~6位所设）。
2.2 ad50与dsp的引脚连接方式
ad50与tms320vc5402是以spi方式连接的。ad50工作在主机模式（m/s=1），提供sclk（数据移位时钟）和fs（帧同步脉冲）。tms320vc5402工作于spi方式的从机模式，bclkx1和bfsx1为输入引脚，在接数据和发数据时都是利用外界时钟和移位脉冲。
3 软件设计
3.1 软件编制过程
一旦完成了正确的硬件连接，接下来就可以进行软件编程调试了。要完成的工作包括：
（1）tms320vc5402串口的初始化。首先将dsp串口1复位，再对串口1的16个寄存器进行编程，使dsp串口工作在以下状态：以spi模式运行，每帧一段，每段一个字，每字16位，采样率发生器由dsp内部产生，帧同步脉冲低电平有效，并且帧同步信号和移位时钟信号由外部产生。dsp给ad50c编程用查询方式，接收a/d转换的d信号和发送d/a转换的d信号用dma方式。
（2）ad50初始化。该初始化操作过程包括通过tms320vc5402的同步串口发送两串16位数字到ad50。第一串为0000 0000 0000 0001b，最低有效位(bits0)说明下一个要传输的数据字属于二次通信（关于一次通信和二次通信的内容请参阅参考文献）。第二个数据值用来对ad50的4个数据寄存器的某一个进行配置。bits15～11位为0，bits10～8位为所选寄存器地址值，bits7～0位为所选中寄存器的编程值。4个用户可编程寄存器的描述如下：r1中包含模拟输入通道选择，硬件 / 软件编程方式选择；r2进行单机 / 从机工作和电话模式（电话模式内容请参阅参考文献）选择；r3控制带从机个数选择；r4用来设置模拟信号可编程放大增益和a/d、d/a转换频率。其它两个寄存器r5、r6是厂家留着测试用的，用户不可以对其编程。我们在以下例程中对4个可编程寄存器编程，使ad50c工作在以下状态：选择inp/inm为工作模拟输入，15+1位adc和15+1位dac模式，不带从机，采样频率为10.67khz，模拟信号输入和输出放大增益均为0db。
（3）用户代码的编写。完成音频信号采集与回放代码的编制。本设计给ad50编程用查询方式，接收a/d转换的d信号和发送d/a转换的d信号用dma方式。
3.2 软件具体实现
（1) 程序流程图：
（2）部分关键代码：
Ⅰ, tms320vc5402中断及串口初始化
……
stm #0002h, 48h
stm #0040h, 49h ; 设置dsp串口1工作在每帧一个字，每个字16位模式
……
stm #0006h, 48h
stm #0100h, 49h ; 设置clkgdv=0，使串口1工作在最大频率
stm #0007h, 48h
stm #0a000h, 49h ；设置clksm=1，采样率发生器时钟由dsp内部产生
stm #000eh，48h
stm #0008h，49h ；设置fsxp=1，使帧同步脉冲低电平有效
stm #0080h，imr ；dma一通道中断使能
rsbx intm ；开放所有可屏蔽中断
……
Ⅱ， ad50初始化
ld #0001h，a ；d0=1，请求第二次交流
stlm a，43h ；向tlc320ad50c写数据
aa： stm #0001h，48h
ldm 49h，a
and #0002h，a
bc aa，aeq ；数据是否被tlc320ad50c接收
ld #0180h，a ；给tlc320ad50c的寄存器1编程，使其复位
stlm a，43h
bb：stm #0001h，48h
ldm 49h，a
and #0002h，a
bc bb，aeq ；编程数据是否被tlc320ad50c接收
……
stm #0100h，a ；tlc320ad50c脱离复位并且设置寄存器1，使inp，inm为输入
……
stm #0200h，a ；设置tlc320ad50c寄存器2，使电话模式无效
……
stm #0460h，a ；设置tlc320ad50c寄存器4，使采样频率为10.667khz
……
stm #0300h，a ；设置tlc320ad50c寄存器3，使带0个从机
……
Ⅲ， dma1通道初始化
stm #05h， 55h ；选择dma1通道
stm #0041h，56h ；设置串口1接收端为dma事件的源地址
stm #027fh，56h ；设置dma事件的目的地址
stm #3000h，56h ；设置直接传送数据个数
stm #5000h，56h ；设置串口1同步模式，一帧接收一个字
stm #404dh，56h ；设置dma为多帧模式，源地址不调整目的地址按57h的值调整
stm #20h， 55h
stm #0001h，57h ；设置目的地址为自动加1调整
stm #0282h，54h ；设置通道1为高优先级并使能通道1
……
4 实验结果
下面图中图4和图6分别为tlc320ad50c与tms320vc5402组成的数据采集系统对同一个实验对象的语音信号“您好”和“啊”的采集结果，图5和图7分别为windows 98附件中的录音机所录下的语音信号“您好”和“啊”用matlab仿真后的图形结果。
下面图8为ad50采样信号“啊”音的fft magnitude, 图9为windows 98附件中的录音机录制信号“啊”音的fft magnitude。
5 结束语
本文以tms320vc5402与tlc320ad50c为例，详细介绍了ad50与dsp串口通信的硬件接口及软件实现。从实验结果我们可以发现tlc320ad50c可以对语音信号进行无失真采样，完全能满足后续语音信号处理的要求，并且与dsp接口简单，高性能，低功耗，已成为当前语音处理的主流产品。广泛适用于音频处理，语音增强，语音安全，回声抵消，voip等电话或语音应用中。