基于TMS320VC5502的数字音箱处理器设计

2012-07-12上海理工大学光电学院简献忠

电子世界 2012年13期

关键词：上海理工大学音箱音频

上海理工大学光电学院简献忠曹毅

上海理工大学光电学院简献忠曹毅

以DSP芯片TMS320VC5502和微控制器STC89LE516RD+为核心构建系统平台，给出了硬件和软件设计。详细阐述了TMS320VC5502与音频CODEC芯片CS42516的接口设计，并介绍了部分功能模块设计。

TMS320VC5502；CS42516；数字信号处理；音频处理

1.引言

图1为本文设计的数字音箱处理器功能示意图。可见其集成了扩声系统中多种周边处理设备，包含噪声门（Gate）、压限器（Limit）、均衡器（PEQ）、分频器（Divide）、延时器（Delay）等，它对多路的输入信号进行路由、扩声、混音、音质音效处理，以满足现场的动态范围、幅频特性调整需求，因此数字音箱处理器是一种多功能的音箱管理系统。

其主要性能指标是精度，而算法的复杂度与稳定性决定了系统的可实现性。CS42516是CIRRUS LOGIC的一款高性能音频CODEC芯片，它提供2通道的ADC和6通道的DAC，高达110dB DAC/114dB ADC的动态范围、192KHz的采样率，为系统提供了精度保障。TMS320VC5502是TI公司的一款低功耗高性能的16位定点数字信号处理器，它高达300MHz的工作频率、强大的并行功能及丰富的片上外设为实现复杂的语音算法提供了可能。为实现图1中的多功能、多路音频处理，对各功能模块算法进行分析、简化、优化，最终实现了一款高性价比的数字音箱处理器。

2.硬件设计

系统硬件组成如图2所示，由DSP芯片、微控制器、音频编解码器、SDRAM、E2PROM、LCD、和按键组成。

微控制器STC89LE516RD+为系统的控制核心。它通过RS232与上位机通信，通过DSP的HPI口与DSP通信，模拟IIC总线与音频编解码器、E2PROM通信，模拟SPI总线驱动LED，并通过I/O驱动LCD和按键。通过上位机软件可实现友好人机交互，也可通过按键与LCD显示菜单配合使用对系统进行设置，LED用来指示系统音量、静音等信息，E2PROM用来保存出厂设置和用户设置等信息。其中E2PROM选用CAT1161，利用它的复位控制和看门狗功能可实现系统自动复位。

DSP芯片TMS320VC5502为系统的运算核心。它通过HPI口装载来自STC89LE516RD+的代码实现自举，并存取各算法模块运行参数；通过音频数据接口存取CODEC芯片CS42516的音频数据。图3为音频数据流示意图，图4为TMS320VC5502与CS42516音频接口连线图。

图5为TMS320VC5502的McBSP传输时序与CS42516音频数据传输时序对比。图5中McBSP设置为通常模式，对比可发现McBSP在FSXR的上升或者下降沿开始一帧数据的传输，而CS42516用CX_LRCLK的高低电平区分音频数据的左右声道。经测试CS42516的CX_LRCLK高低电平分别包含固定的32个CX_SCLK，故FSXR的上升或者下降沿后将包含64个CLKXR时钟。为使DSP能区分左右声道数据，其McBSP的每帧数据应包含两个32位字对应左右声道数据。系统音频数据宽度为24位，CS42516音频数据格式设置为IIS 24位模式，McBSP设置为每帧2字、每字32位，DMA设置为每元素32位；当音频数据宽度为16位时，CS42516音频数据格式设置为右对齐16位模式，McBSP设置不变，DMA设置为每元素16位。