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1、简易音频播放/处理系统的设计实例第十一章 简易音频播放/处理系统的设计实例本章介绍了基于TI公司的一款高性能、低价格和低功耗的16位定点DSP TMS320VC5501（简称C5501），来描述一个简易音频播放/处理系统的设计实例。该系统能够实现对音频信号的录音、播放及效果处理等应用。C5501主要负责执行音频流的输入/输出及音频算法；系统采用TLV320AIC32音频编解码器（CODEC）对音频信号采样成数字音频流（Audio Stream），以及对音频流进行回放（Playback）；系统还用到了Silabs公司的高性能混合信号USB闪存单片机C8051F340，主要负责一些辅助工作，如管理
2、SD/MMC卡文件系统、以及提供点阵LCD用户图形界面（GUI）等；TMS320VC5501与C8051F340之间的通信采用的是DSP的主机接口（HPI），实现了主机C8051F340对TMS320VC5501的控制。11.1系统结构概述11.1.1系统硬件结构概述该系统的硬件结构可分为以下部分：TI公司的TMS320VC5501 16位定点数字信号处理器 (DSP)，最高处理速度为300MIPS 300MHz，芯片采用LQFP-176封装；Silicon Laboratories C8051F340高性能增强型MCS-51系列单片机，与TMS320VC5501通过16-bit HPI(Ho
3、st Port Interface)接口连接，作为DSP的主机(Host)，芯片采用TQFP-48封装；点阵液晶显示模块(Dot-Matrix LCD Module)，其内部控制芯片为韩国Samsung公司S6B1713，屏幕分辩率为128x64，由C8051F340单片机控制，通过16针插座与单片机连接，传输方式为8位并行 (8-bit Paralleled)；模拟键盘，作为输入设备，其内部由电阻串并联网络构成，通过C8051F340的集成A/D转换器进行电平采样及按键识别，用以完成对图形界面的操作，因此它与主机的连接只有2根线；SD/MMC卡座，可插入SD/MMC卡，作为该系统的海量存储载
4、体，通过SPI四线接口与C8051F340单片机连接；USB 2.0接口，与PC机连接，可供上传下载文件到SD/MMC卡；RS-232接口，与PC机通过超级终端通信，可供在线调试单片机系统的程序；Hynix（韩国现代公司）HY57V281620同步动态随机存储器(SDRAM)，与DSP的 16-bit EMIF接口连接，作为DSP的外部扩展存储器，其容量为128M-bit (16Mbytes)；Texas Instruments TLV320AIC32可编程低功耗立体声音频编/解码器(CODEC Coder&Decoder)，可提供16/20/24/32-bit A/D D/A采样精度，采样频
5、率范围为8kHz96kHz，通过McBSP及I2C接口与DSP连接。该系统的硬件结构框图如图11-1所示。图11-1 硬件系统结构框图本系统的固件可分两部分单片机固件和DSP固件。1. 单片机固件单片机固件的开发环境为KEIL Vision2，用C语言编写。该固件基于KEIL提供的RTX-51 Tiny实时操作系统（Real-time Operating System RTOS），以及Silicon Laboratories提供的USB海量存储设备参考设计（USB Mass Storage Device Reference Design - USB-MSD-RD AN282）。该固件要完成的主
6、要任务有：1) 控制LCD显示，提供图形界面支持，如文字、窗口、滚动菜单的显示等；2) 监视识别模拟键盘的输入，由A/D采样值判断是哪个键按下，以执行相应的操作（滚动菜单、选择菜单、退出等）；3) 驱动SD/MMC存储卡的存取操作，并在SD/MMC上提供FAT文件系统支持；4) 执行USB 2.0协议中的海量存储设备（Mass Storage Device）协议；5) 驱动RS-232程序调试接口，通过该接口向PC输出显示系统状态，支持简单的命令行操作；6) 作为DSP的主机，该固件还要负责复位DSP、启动DSP通过HPI向DSP的引导区写入程序代码，启动后还要给DSP提供音频数据及一些简单的
7、命令。2. DSP固件DSP固件的开发环境为CCSv 3.1，固件基于TI公司提供的DSP/BIOS实时操作系统、及芯片支持库（Chip Support Library - CSL）。该固件要完成的主要任务有：1) 与TLV320AIC32通信来实现音频的采样与播放，其连接是通过两个总线来完成：I2C作为控制总线，McBSP作为数据总线；2) 接收来自MCU的音频数据及指令，实现音频文件的播放；3) 向MCU反馈信息，如程序运行状态，以及要在LCD上显示的数据等（如想要在LCD上以图形方式显示的FFT结果）；4) 控制SDRAM时序（其实这主要是是由EMIF硬件来完成的，但是软件需要对EMIF
8、进行初始化工作，设定SDRAM的时序参数，比如CAS to RAS latency等）；5) 对音频数据按照一定的算法进行处理（如FIR，FFT等）。同时为了提高开发效率，还使用了TI公司专门为TLV320AIC32设计的一个开发工具AIC32 Configuration Tool，基于JAVA语言，该工具提供了TLV320AIC32的所有内部寄存器的图形化设置，从而大大简化了程序的开发。11.1.2 SD/MMC存储卡SD/MMC卡是专门为满足消费类电子产品的数据存储需求而产生的，近年来得到众多厂商与消费者的广泛支持。它具有高容量、高速度、体积小巧、价格低和数据安全性高等诸多优点，是便携式数
9、字产品的理想数据载体，特别适合用于存放大容量音/视频数据（如数码相机，手机等）。由于SD卡与MMC卡在一般应用场合下都是兼容的（下文将阐述一些特例），因此为简明起见，以下称SD/MMC卡为SD卡。除非特殊说明，SD卡的特性同样适用于MMC卡。1.SD卡系统特性整体来说，通常SD卡具有以下特性：最大支持1GB容量（本系统目前不支持更高容量的SD卡）；兼容SD卡协议；支持SPI接口传输模式；电源电压范围：2.73.6V；SPI时钟频率范围：025MHz；具有写保护开关（仅通过机械开关支持，系统必须根据开关的位置来决定是否对其进行写保护）；卡状态检测（插入/拔除，仅通过机械开关支持）；最多可重写约1
10、0,000次。2.SD卡物理特性SD卡的物理特性主要包括有重量： 2.0 g；长度：32mm 0.1mm；宽度：24mm 0.1mm；厚度：2.1mm 0.15mm。其详细尺寸及各引脚的位置如图11-2所示。图11-2 SD卡详细尺寸及各引脚的位置3.SD卡总线拓扑结构SD卡有两种总线模式：分别为SD模式和SPI模式，本系统采用SPI模式。在SPI模式下，SD卡的SPI接口与市场上的大多数主机（单片机）的SPI接口兼容，其中包括以下四根线：1) CS：主机到卡线选信号(Host to card Chip Select signal)；2) CLK：主机到卡时钟信号(Host to card c
11、lock signal)；3) DataIn：主机到卡数据信号(Host to card data signal)；4) DataOut：卡到主机数据信号(Card to host data signal)；可见，在SPI模式下数据是串行传输的，而且是全双工的（收/发线独立）。而在SD模式下，则有4根数据线(DAT0.3)构成4-bit并行接口，收/发线复用。这种传输模式理论上可以达到4倍于SPI模式的传输率(12MB/s)，但是它违背了“串行化”的大方向，是一种颇有争议的接口。更由于MMC卡不支持SD模式，这种模式如今已很少有人使用，本文将不再叙述。4. SPI模式下的SD卡引脚定义SD卡上
12、共有9个引脚，这与MMC卡的引脚（7个）有所不同，但是在SPI模式下，SD卡比MMC卡多的两个引脚（Pin-8, Pin-9）是保留的，没有定义。因此SD卡与MMC卡只有在SPI模式下才互相兼容，这也是为什么大多数SD卡读卡器（或其它设备）都选用SPI模式而不用SD模式的原因。SPI模式下的SD卡引脚定义如表11-1所示。表11-1 SPI模式下的SD卡引脚定义引脚号名称电气类型SPI定义1CS输入片选Chip Select（低电平有效）2DataIn输入主机到卡命令与数据Host to Card Commands and Data3VSS1电源电源地Supply Voltage Ground
13、4VDD电源电源Supply Voltage5CLK输入时钟Clock6VSS2电源电源地Supply Voltage Ground7DataOut输出卡到主机命令与数据Card to Host Commands and Data8保留输入保留Reserved9保留输入保留Reserved5. SD卡座容易理解SD卡座就是用于承载SD卡的一个插座，需要将它焊到电路板上。由于各个厂家生产的卡座都不完全一样，在制作PCB时需要将所有的卡座引脚按实际尺寸准确地画出来，从而生成PCB引脚图(Footprint)。还要说明的是SD卡座除了引出SD卡上的9个引脚之外，还有一个写保护开关脚（写保护关闭时接地
14、，否则悬空），卡检测脚（卡插入时接地，否则悬空），这些脚可以接到单片机的输入PORT上，并接上拉电阻，程序在对卡进行操作前需要检测这些管脚上的逻辑值。其余4个脚容易看出是固定脚（其实严格来说只有3个，有一个是插拔动作检测脚，但是一般情况不用）。11.1.3 有关USB海量存储设备(USB-MSD-RD)简介前面提到了本系统的单片机固件主要基于Silicon Laboratories提供的USB海量存储设备参考设计（USB Mass Storage Device Reference Design - USB-MSD-RD AN282，以下简称USB-MSD-RD）。顾名思义，这是官方提供的为了简
15、化开发过程的现成程序，供开发人员参考，程序可用于C8051F340单片机。在此简要地介绍一下USB-MSD-RD。在众多流行操作系统支持的USB设备中，USB海量存储设备（USB Mass Storage Device，以下简称USB-MSD）得到了最广泛的支持，我们常说的U盘就是USB-MSD类的一种。这一类的USB设备可以使用PC操作系统（如Windows XP）上自带的驱动程序，因此在很多操作系统上不用安装驱动程序就可以使用，更不需要专门开发驱动程序，非常方便。USB-MSD-RD固件可以工作在以下两种方式下：1) 海量存储设备模式 (Mass Storage Device Mode)，
16、连接到PC机的USB接口；2) 独立的嵌入式系统模式(Independent Embedded System Mode)，连接到PC机的RS-232接口。在海量存储设备模式中，系统将会以USB海量存储设备（U盘）的形式出现在PC机上，该模式用到的模块有：“USB”、“Mass Storage Device”、“SCSI”、“ Sector Server” 和“Media Access”。在嵌入式系统模式中，系统可以通过UART外壳（Shell）接受来自连接到PC机上的RS-232接口命令，该模式会用到外部RS232 收发器（如MAX232，MAX3221）、一些片上外设（如ADC，UART）以
17、及模块：“Example Application”、“File System ”、“Sector Server”和“Media Access”。USB-MSD-RD(AN282)提供的一些用来访问SD卡上的文件系统的应用程序接口(Application Program Interface - API)，是以C语言函数的形式出现的。编程人员不需要知道这些程序内部是具体怎样实现的（如SD卡的时序如何，怎样设诸多寄存器等等），只要知道它的接口是怎样的，也就是怎样调用这些API函数，产生怎样的结果等等。USB-MSD-RD在这里提供的API比较类似与计算机C语言中的磁盘I/O头文件，只是功能上有些简化
18、。有关USB-MSD-RD中提供的与SD卡相关的API函数（摘USB-MSD-RD编程者手册，见参考文献1）。有关程序作者是经过修改的，若有需要请与作者联系，我们会提供光盘给读者。由于本系统是基于USB-MSD-RD的，也就是说我们除了要USB-MSD-RD的功能之外还要加一些自己的应用程序，即以下要讲的LCD图形界面、模拟键盘、HPI控制等。可见任务很多，很难用C语言的循环体来实现，因此我们用了KEIL提供的多任务实时操作系统小型版RTX51 Tiny关于RTX51 Tiny的详细介绍，您可从以下地址获得：，用以支配多任务之间的配合。因篇幅所限，这里不作详述。11.1.4 S6B1713点阵
19、LCD显示及用户图形界面（GUI）1. S6B1713液晶模块与单片机的接口本设计使用大连天马公司的液晶模块，内部编号是TM90AQ，用到的控制芯片是韩国三星S6B1713（以下称本液晶模块为S6B1713）。S6B1713液晶模块与C8051F340单片机通过16针双排插座连接，其引脚功能定义如表11-2。表 11-2 S6B1713液晶模块引脚功能定义引脚号名称电气类型SPI功能定义1GND电源电源地2VDD电源电源3NC悬空无4A0(RS)输入地址线0（寄存器选择）5RES输入复位（低电平有效）6WR输入写信号（低电平有效）714DB0.7输入/输出8位双向数据总线CS为高时该总线呈高阻
20、15CS输入片选（低电平有效）16RD输入读信号（低电平有效）单片机与LCD的连接如图11-3所示，连接方式如下：1) DB0.7 与单片机的P2口连接，用于单片机和LCD之间并行数据的双向传送；2) RES与单片机P3.3口连接，用于复位LCD，上电时必须由单片机给出10ms低电平复位信号；3) CS与单片机的P3.0口连接，用于片选LCD；4) A0与单片机的P3.3口连接，用于区分控制寄存器（0）与地址寄存器（1）；5) RD与单片机的P3.1口连接，用于从LCD读出数据（低电平有效）；6) WR与单片机的P1.8口连接，用于向LCD写入数据（低电平有效）。S6B1713用总线保持器(B
21、us Holder)和内部数据总线(Internal Data Bus)来进行数据传输。S6B1713用总线保持器(Bus Holder)和内部数据总线(Internal Data Bus)来进行数据传输，其读/写时序如图11-4所示。折腾11.1.5用户图形界面（GUI）的实现目前，嵌入式系统中大多数的用户图形化界面（GUI）都是在操作系统的支持下，调用系统的各种API函数实现的。这些操作系统为实现GUI提供了大量的库函数，也为编程人员提供了界面设计的良好平台。本系统的LCD图形界面全部在KEIL环境下用C语言编写，按程序层次从低向高排列，可划分为LCD时序驱动层、图形支持层、字体支持层、用
22、户图形界面层和简易文件浏览器，以下是一些简单介绍。1. LCD时序驱动层(LCD Driving Layer)单片机对LCD的操作是通过一些特定的时序来完成的，每一个对LCD的指令或数据都需要通过这种特定的时序来完成，如换行，清屏，写数据等，然而这些时序对于每个不同型号的LCD来说都是不一样的。为了使程序具有很强的适应性和兼容性，我们需要对硬件的一些细节进行隔离，使下一层不必了解对LCD硬件操作的细节，只要访问驱动程序就行了。本层主要负责操作LCD接口时序，如写一个字节，读取状态等，以及对LCD内部寄存器进行设置。2. 图形支持层(Graphic Suppot Layer)本层为图形显示层提供
23、一个显示缓存（Display Buffer），由于S6B1713横向分为8页，每页8行，共64行，纵向分为128列，因此整个屏幕的像素数为128*64，这也就需要8*128字节来存放整个屏幕的显示数据。在C程序里声明一个长度为8*128=1024字符的二维数组，并定期（约50ms）将显示缓存内的全部显示数据写入到LCD的DDRAM内，完成显示刷新。因此本层对硬件操作进行了隔离，使下一层不必了解对LCD硬件操作的细节。利用上一层（LCD时序驱动层），本层为下一层（高层）提供了一个128*64点的一个绘图平面坐标系，从而高层程序可以间接地使LCD屏幕上的每一点亮（写1）或灭（写0），这样一来，任何
24、对LCD的操作将都可以转化为对坐标系中像素（点）的操作（坐标的原点在屏幕的左上角）。除此之外，此层还提供了一些画线，画方等操作，由于篇幅所限在这里不一一介绍。3.字体支持层(Font Support Layer)利用图形支持层，本层可以在LCD的任何位置显示出5种不同大小的字体，其中还含有变宽字体。在坐标系上，点(x,y)为左上角，以字体sysfont8显示字符c, 着色为color，返回宽度。4. 用户图形界面层(GUI Layer)利用图形支持层和字体支持层，本层为用户提供了一个简单的图形界面，如显示一个对话框(Dialog box)，弹出窗口(Pop-up Message)，滚动菜单(S
25、croll Menu)等。5. 简易文件浏览器(Simple File Explorer)建立在所有层之上，并且用到了USB-MSD-RD API函数，本应用层对文件系统进行分级显示。用于启动文件浏览器，用户通过键盘在图形界面中选择文件，文件被选定后这个函数将返回被选定文件的指针。11.2 TMS320VC5501与C8051F340的连接及通信协议TMS320VC5501是为实现低功耗、高性能而专门设计的定点DSP芯片，该芯片的内部结构与TMS320C54x不同，它是属于TI公司TMS320C5000系列的定点DSP芯片，其应用软件的开发可在TI公司提供的开发环境中进行。首先用户用C/C+语
26、言或汇编语言编写源文件，经C编译器、汇编器生成COFF格式的目标文件，再用链接器进行链接，生成在C55x上可执行的目标代码，然后利用调试工具对可执行的目标代码进行仿真和调试。当调试完成后，通过Hex代码转换工具，将调试后的可执行目标代码转换成EPROM编程器能接受的代码，并将该代码固化到EPROM中或加载到用户的应用系统中，以便DSP目标系统脱离计算机单独运行。11.2.1 TMS320C5501的主要特点及内部结构1.TMS320C5501的主要特点TMS320VC5501芯片是一种特殊结构的微处理器，为了快速地实现数字信号处理运算，它采用了流水线指令执行结构和相应的并行处理结构，可在一个周
27、期内对数据进行高速算术运算和逻辑运算，其具有以下特点：1) 高性能、低功耗、定点TMS320C55x数字信号处理器（DSP）；2) 16K*16-Bit (32KB)片内RAM，由4块4K*16-Bit双访RAM(DARAM)组成；3) 16K*16-Bit (32KB)片内单等待周期只读存储器（ROM）；4) 最大8M*16-Bit(16MB)可寻址内存空间；5) 采用1.26V核心电源，3.3V I/O电源。2. TMS320C5501的CPU主要结构1) 优化的CPU结构。内部有4个40位的基本逻辑单元（A单元、D单元、P单元和I单元），4个40位的累加器， 2个1717的乘法器；2)
28、有6条内部总线。1条程序总路线、3条内部数据/操作数读总线、2条内部数据/操作数写总线；3) 3.33ns指令周期，工作于300MHz主频；4) 16KB指令缓存（I-Cache）；5) 每指令周期执行单/双指令；6) 双乘法器，最多每秒钟可以执行600M条乘累加（MMAC）；7) 两个算术逻辑单元（ALU）；8) 内部集成了维特比加速器，用于提高维特比编译码的速度。3. TMS320C5501的片上外设1) 6通道直接内存访问(DMA)控制器；2) 2个多通道续存串口(McBSP)；3) 可编程模拟锁相环(APLL)；4) 通用I/O(GPIO)引脚和一个专用输出引脚(XF)；5) 8-Bi
29、t主机接口 (HPI)；6) 4 个定时器，包括2个64位通用定时器；7) 64位可编程看门狗；8) 64位DSP/BIOS计数器。4.TMS320C5501的芯片封装该芯片采用LQFP（Low-profile Quad FlatPack）封装，有176个引脚，脚间距为0.5 mm，封装俯视图如图11-5所示。图11-5 TMS320VC5501的芯片封装11.2.2 TMS320C5501的主机接口（HPI）1.TMS320C5501主机接口HPI组成DSP芯片中的HPI（主机接口）是为了满足DSP与其它微处理器接口而专门设计的。它分为HPI-8和HPI-16，分别针对具有8位和16位数据线
30、的单片机。每一种又分为标准型和增强型，两者的区别在于标准型只可以访问固定的地址空间，而增强型可以访问整个DSP的片内存储器。HPI主机由以下几个部分组成： 9) HPI存储器（DARAM）。HPI RAM主要用于DSP与主机之间传送数据，也可以用作通用的双寻址数据RAM或程序RAM。 10) HPI地址寄存器（HPIA）。它只能由主机对其直接访问，该寄存器中存放着当前寻址的HPI存储单元的地址。 11) HPI数据锁存器（HPID）。它也只能由主机对其直接访问，如果当前进行读操作，则HPID中存放的是要从HPI存储器中读出的数据； 如果当前进行写操作，则HPID中存放的是将要写到HPI存储器的
31、数据。 12) HPI控制寄存器（HPIC）。DSP和主机都能对它直接访问。13) HPI控制逻辑。用于处理HPI与主机之间的接口信号。HPI有两种工作方式： 14) 共用寻址方式（SAM），这是常用的操作方式。在SAM方式下，主机和DSP都能寻址HPI寄存器，异步工作主机的寻址可以在HPI内部得到同步。如果DSP与主机的周期发生冲突，主机有优先权。 15) 仅主机寻址方式（HOM）。在HOM方式下，只能让主机寻址HPI存储器，DSP则处于复位状态或所有内部和外部时钟都停止的IDLE2空转状态（最小功耗状态）；下面主要介绍TMS320VC5501与C8051F340的连接及通信协议。标准HPI
32、口是一个8位并行接口，可以用来实现和主设备或者处理器接口。双方通过共享TMS320VC5501的片上处理器完成通信。单片机为主控部分，采用端口方式直接访问HPI口。HPI口主要由地址寄存器（HPIA）、控制寄存器（HPIC）、数据寄存器（HPID）、HPI存储器和HPI控制逻辑组成。对单片机进行读和写需要三个步骤：设置控制寄存器，写地址寄存器，读写数据寄存器。在寄存器读写过程中，单片机通过端口发送控制信号，检测状态信号，完成对HPI口访问的时序模拟。TMS320VC5501的HPI接口内部逻辑电路如图11-6所示。图11-6 HPI接口内部逻辑电路2. HPI设计原理框图一般采用共用寻址方式（
33、SAM）。在SAM方式下主机和DSP都能访问HPI存储器，整个通信过程以各部分状态的变化来推进。DSP和单片机通过向对方发送中断，通知对方数据已经准备好，再通过检测对方设置的状态，判断对方是否准备好接收数据。图11-7是单片机和TMS320VC5501 DSP的HPI接口硬件连接电路原理框图。 图11-7 单片机和TMS320VC5501的HPI接口硬件连接电路原理框图3.HPI时序图图11-8是HPI逻辑时序图。根据该逻辑时序图可以对DSP进行编程，完成其与主机的通信。工程包含的信息也将被载入。图11-8 HPI时序图11.3音频编解码器TLV320AIC32TLV320AIC32是该音频系
34、统的子系统，本系统为什么要选用TLV320AIC32，简单来说有以下几个原因：16) TI公司的新产品，可以获得大量的技术支持及软件支持，甚至可以获得免费样片（如果运气好的话）；17) 与TMS320C55x系列DSP兼容性好，兼容McBSP接口，它们是都是TI公司的产品；18) 有完整的C程序库函数和驱动程序可供调用（虽然还存在一些BUG），以及一个基于JAVA图形界面的配置工具AIC3X Configuration Tool，TI内部编号：SBAA148；但是选用该芯片的最困难之处就是它的QFN封装，是无引脚封装，非常小，在后面的章节会详细说明。11.3.1 TLV320AIC32纵览TL
35、V320AIC32是一个带立体声耳机放大器的低功耗立体声音频转换器，它有多个输入和输出，可以用程序设置为单边或差分模式。该转换器具备大量的电源管理控制寄存器，在3.3V模拟电源电压下，它可以仅仅用14mW的功耗提供48kHz采样率的数模回放(Playback)，这使得它特别适用于电池供电的便携音频和电话应用。TLV320AIC32的录音通路(Record path)包括了集成麦克风偏置输出、数字控制的立体声麦克风前置放大器(Pre-amp)和自动增益控制器(AGC)，它们都具有混音/多路选通(MUX)功能，可以在多个输入端口之间切换和混音。它的回放通路(Playback path)也具有混音/
36、多路选通(MUX)功能，可以在DAC输出和被选择的多个输入端口之间切换和混音，这些信号经过可编程音量控制器，最后被输出到多种输出端口。TLV320AIC32还包括了4个功率输出驱动器(High-power output driver)和2个全差分线性输出。功率输出驱动器可以驱动若干种不同形式的负载，这包括4个声道的16单边交流耦合的耳机或16无电容(Capless)耳机输出模式。除此之外，一对功率驱动器可以用来驱动推挽（BTL）模式的8扬声器，在此配置下可以达到每声道500mW的输出功率。立体声音频DAC支持从8kHz到96kHz的采样频率，并且在DAC的通路上提供了可编程数字滤波器，可以用来
37、在32kHz、44.1kHz和48kHz的采样频率下提供3D、低音(Bass)、高音(Treble)、中音(Midrage)、均衡器(Equalization)和去加重(De-emphasis)等数字特效。立体声音频ADC同样也支持从8kHz到96kHz的采样频率。为了调节录音音量，在ADC之前的通路上设有可编程增益放大器(PGA)，能提供最大+59.5dB的模拟增益，可用于放大麦克风的低电平输入信号。串行控制总线支持I2C协议，串行音频数据总线则可以采用I2S、左/右对齐、DSP(McBSP)和TDM模式。为了得到准确的时钟，此芯片还集成了一个可高度编程的锁相环(PLL)，可以从各式各样的M
38、CLK主时钟输入，生成出适合采样频率的时钟。MCLK的输入频率范围可以低至512kHz，高至50MHz，尤其重视常用的系统时钟频率如12MHz、13MHz、16MHz、19.2MHz和19.68MHz。TLV320AIC32的模拟电源电压范围是2.7V3.6V，数字核心电源电压的范围是1.525V1.95V，数字I/O电源电压的范围是1.1V3.6V。以下是该芯片的内部结构简图。图11-9 TLV320AIC32内部结构简图11.3.2 TLV320AIC32芯片封装及引脚及其定义1. TLV320AIC32芯片封装目前该芯片的唯一封装为5x5mm，32脚QFN封装，这属于晶片尺寸级封装(Ch
39、ip Scale Package)。无脚(Lead-less)的意思是没有露在外边的引脚线(Lead)，而引脚盘(Pad)都在芯片的底部，所以在芯片的正面看上去好像没有引脚。芯片下方的中心还设有一个正方形的热引脚盘(Thermal Pad)，是一块正方形的金属片，与芯片的核心(Die)紧紧连接，用于提高芯片的散热性能。这种封装芯片的好处是占用PCB面积小，散热性能良好。但是焊接的难度也大大增加，给设计者带来了很大的麻烦。在整个系统中，这款芯片是手工最难焊接的。图11-10(a) QFN-32封装的引脚图11-10(b) QFN-32的尺寸（mm）2. TLV320AIC32芯片引脚及其定义TL
40、V320AIC32的引脚原理图和定义请参见图11-11和表11-3。芯片共有32个引脚（外加一个中心散热盘，在原理图上标记为33脚），在功能上大致可以分为：1) 电源：包括数字核心电源(32)、数字I/O电源(7)、模拟驱动电源(18，24)、 模拟转换器电源(25)、数字接地(6)和模拟接地(17,26,21)；2) 音频输入：包括3对（6个）单边输入声道，每对都由左和右组成， (10, 11, 12, 13, 14, 16)，外加一个麦克风偏置输出(15)，用于对驻极体麦克风提供约1mA的偏置电流；3) 音频输出：包括两对差分功率输出，左+(19)，左-(20)，右+(23)，右-(22)
41、，以及两对差分线性输出，左+(27)，左-(28)，右+(29)，右-(30)；4) 控制总线：采用I2C总线，包括串行同步时钟SCL(8)和串行数据SDA(9)；5) 时钟和数据：包括主时钟MCLK(1)、位时钟BCLK(2)、字时钟WCLK(3)、音频数据输入(4)和音频数据输出(5)。图11-11 TLV320AIC32的引脚图表11-3 TLV320AIC32的外部引脚表引脚号名称电气类型引脚定义1MCLK输入主时钟输入Master clock input2BCLK输入/输出音频串行数据总线位时钟输入/输出Audio serial data bus bit clock input/ou
42、tput3WCLK输入/输出音频串行数据总线字时钟输入/输出Audio serial data bus word clock input/output4DIN输入音频串行数据总线数据输入Audio serial data bus data input5DOUT输出音频串行数据总线数据输出Audio serial data bus data output6DVSS电源数字核心 / I/O接地 0 VDigital core / I/O Ground Supply 0 V7IOVDDt电源数字I/O电源 1.13.6VDigital I/O voltage supply 1.13.6V8SCL输入
43、I2C串口时钟输入I2C serial clock input9SDA输入/输出I2C串口数据输入/输出I2C serial data input/output10MIC1L/LINE1L输入左声道1输入 Left input 111MIC1R/LINE1R输入右声道1输入 Right input 112MIC2L/LINE2L输入左声道2输入 Left input 213MIC2R/LINE2R输入右声道2输入 Right input 214MIC3L/LINE3L输入左声道3输入 Left input 315MICBIAS输出麦克风偏置电压输出Microphone bias voltage
44、 output16MIC3R/LINE3R输入右声道3输入 Right input 317AVSS1电源模拟ADC电源接地 0VAnalog ADC ground supply 0 V18DRVDD电源模拟ADC驱动输出级电源电压 2.73.6VAnalog ADC and output driver voltage supply 2.73.6V19HPLOUT输出功率输出驱动（左声道+）High power output driver (left +)20HPLCOM输出功率输出驱动（左声道- 或多功能）High power output driver (left - or multi-fu
45、nctional)21DRVSS电源模拟ADC驱动输出级电源接地0 VAnalog output driver ground supply 0 V22HPRCOM输出功率输出驱动（右声道- 或多功能）High power output driver (right - or multi-functional)表11-3 TLV320AIC32的外部引脚表（续）23HPROUT输出功率输出驱动（右声道+）High power output driver (right +)24DRVDD电源模拟ADC驱动输出级电源电压 2.73.6VAnalog output driver voltage supp
46、ly 2.7V3.6V25AVDD电源模拟DAC电源电压 2.73.6V Analog DAC voltage supply 2.7V3.6V26AVSS2电源模拟DAC电源接地0 VAnalog DAC ground supply 0 V27LEFT_LOP输出左声道线性输出（+） Left line output (+)28LEFT_LOM输出左声道线性输出（-） Left line output (-)29RIGHT_LOP输出右声道线性输出（+） Right lineo output (+)30RIGHT_LOM输出右声道线性输出（-） Right line output (-)31RESET输入复位（低电平有效） Reset (Low active)32DVDD电源数字核心电源电压1.525V1.95VDigital core voltage supply 1.525V1.95V简易音频播放/处理系统硬件实物主板相片如图11-12所示。图11-12 硬件实物主板（正面）附录A 简易音频播放/处理系统的核心程序清单A.1 DSP&HPI主机接
