基于TMS320C5509DSP的无线语音传输采集传输系统

东 北 电 力 大 学 学 报 第 26 卷第 2 期 　 Journal Of Northeast Dianl i University Vol. 26 ,No. 2 2006 年 4 月 Natural Science Edition Apr. ,2006 收稿日期 :2005 - 12 - 13 作者简介 :胡应宏 (1981 - ) ,男 ,东北电力大学信息 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院硕士研究生 ,主要从事高速适时信号处理方面的研究. 文章编号 :1005 - 2992 (2006) 02 - 0065 - 04 基于 TMS320C5509 DSP 的无线语音 传输采集传输系统 胡应宏 ,曾庆喜 ,杨英杰 (东北电力大学 信息工程学院 ,吉林 吉林 132012) 摘 　　　要 :简单介绍一种运用 TLV320AIC23 和 nRF2401 来实现无线语音采集系统的设计 ,介绍了芯 片 TLV320AIC23 和 nRF2401 的主要特点和功能 ,设计了 TLV320AIC23、nRF2401 和 DSP 的接口电路 , 实现了对语音的采集和无线传输 ,为解决语音采集和传输问题提供了一种参考 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 。 关 　键 　词 :音频采集 ;数字信号处理器 ; I2C ;无线发射 中图分类号 : TP 27 　　　　文献标识码 :A 在音频信号处理过程中 ,由于其数据量大 ,语音处理算法复杂 ,适时性要求比较高 ,实现成本也相应 较高。基于以上特点 ,本着先进性、科学性、稳定性、经济性相统一的原则进行了一种设计简单 ,成本较 低 ,适用面广的无线语音传输采集传输系统 ,可以满足无线耳机 ,小范围内的广播 ,教室教学系统等等的 应用 ,取得了较好的效果。 1 　无线音频采集系统及其原理框图 在本设计中 ,系统以 DSP 为核心 ,由音频模块 ,接收/ 发送模块两部分组成 ,整个系统实现的原理框 图如图 1 所示。DSP 选择 LQFP 封装形式的 TMS320VC5509 [1 ] , TMS320VC5509 是 TI 公司近年来推 出的第一款以降低功耗为主的高速 DSP 芯片 ,其内核电压仅为 1. 5 V ,适用于低功耗便携设备中。 TMS320C5509 具有多种接口 ,同时可以配置大容量的 SDRAM。 图 1 　无线语音采集系统框图 音频部分以 TLV320AIC23 为主. TLV320AIC23 简介 TLV320AIC23 (以下简称 AIC23)是 TI 推出 的一款高性能的立体声音频 Codec 芯片 ,内置耳机输出放大器 ,支持 M IC 和L IN E IN 两种输入方式 (二 选一) ,且对输入和输出都具有可编程增益调节。AIC23 的模数转换 (ADCs) 和数模转换 (DACs) 部件高 度集成在芯片内部 ,采用了先进的 Sigma2delta 过采样技术 ,可以在 8 k 到 96 k 的频率范围内提供16 bit、 20 bit 、24 bit 和 32bit 的采样 ,ADC 和 DAC 的输出信噪比分别可以达到 90 dB 和 100 dB。与此同时 , AIC23 还具有很低的能耗 ,回放模式下功率仅为 23 mW ,省电模式下更是小于 15 uW。由于具有上述优 点 ,使得 AIC23 是一款非常理想的音频模拟 I/ O 器件 ,可以很好的应用在随声听 (如 CD ,MP3) 、录音机 等数字音频领域。 无线部分以 Nordic 公司的 nRF2401 芯片为主 ,nRF2401 无线收发一体芯片和蓝牙一样 ,都工作在 2. 4 GHz 自由频段 ,能够在全球无线市场畅通无阻。nRF2401 支持多点间通信 ,最高传输速率超过 1 Mbit/ S ,而且比蓝牙具有更高的传输速度。它采用 SoC 方法设计 ,只需少量外围元件便可组成射频收 发电路。 2 　音频采集和数据发送的具体实现 2. 1 　语音采集流程图 语音模块由 TLV320AIC23 (在本文中简称 AIC23) 和 DSP 及相应外围电路组成 ,AIC23 有很多可 编程的寄存器 ,外围设备通过控制接口向 AIC23 单向传输控制命令 ,AIC23 片内的所有控制寄存器均 由控制接口修改。通过向控制接口发送命令 ,外围设备可以方便的修改 AIC23 片内控制寄存器 ,从而 实现对 AIC23 工作模式的控制 ,如 AIC23 增益控制、音频输入通道选择、改变数字音频接口工作模式等 操作。 在这个实现中 ,简单利用 DSP 的一个 McBSP 用 SPI 模式跟 AIC23 连接。采用 SPI 模式的电路时 序比较简单 ,控制方便而且传输效率高。在数字音频接口电路中使用以下信号实现串行传输时序 : ① BCL K- 数字音频接口时钟信号 ( bit 时钟) ,当 AIC23 为从模式时 (通常情况) ,该时钟由 DSP 产生 ; AIC23 为主模式时 ,该时钟由 AIC23 产生。②L RCIN 一数字音频接口 DAC 方向的帧信号。③L R2 COU T 一数字音频接口 ADC 方向的帧信号。④DIN 一数字音频接口 DAC 方向的数据输入。⑤ DOU T 一数字音频接口 ADC 方向的数据输出。 在进行数据传输时 ,BCL K信号作为串行时钟决定着串行传输速率。在 L RCIN 信号的同步下 ,音 频数据由 DIN 信号携带从外围设备传入数字音频接口 ;在 L RCOU T 信号的同步下 ,音频数据由 DOU 信号携带从数字音频接口传向外围设备。AIC23 的连接原理图 ,见图 2。 图 2 　TLV320AIC23 连接图 66　　　 东北电力大学学报 第 26 卷 　　TMS320VC5509DSP 集成了 I2C 总线接口模块 ,在本系统中我们通过 I2C 总线来初始化 AIC23 可 编程的寄存器。AIC23 与 TMS320VC5509 的连接 ,见图 3。 图 3 　TMS320VC5509DSP 连接图 图 4 　硬件连接示意图 在程序的实现中 ,通过 SCL 库[3 ]的配置结构体对象和配置函数可 以很方便快捷地使用 C 语言[4 ]实现对 McBSP 和 I2C 进行配置 ,加快了 程序开发的速度 ,提高了效率。SCL 函数库是 TI 提供的一系列函数和 结构体的集合 ,使用快捷、方便。SCL 库的配置有两种方法 ,一种是 GCONF ,即图形化配置方式 ,是通过使用 B IOS 来使用 SCL 库。首先在 B IOS 中创建一个配置对象 ,接着把该配置对象绑定在相应的片上资源 上 ,然后在程序中调用相应函数进行相关赋值取值等操作即可。另外一 种方法就是 TCONF ,也就是文本配置方式 ,是通过直接调用相应的函 数来实现 ,在这个实现过程中需要加入相应的 SCL 库文件 ,包含相应的 片上资源的头文件。两种配置方式各有优缺点 ,使用 GCONF 简单、方便、明了 ,但是需要使用 B IOS ,需 要掌握的知识较多 ,而且增加了程序代码 ,使程序不易读和修改 ;使用 TCONF 操作复杂 ,配置效率比较 低 ,但可以减小程序代码。TI 推荐使用 GCONF ,在本设计中为了达到解决问题的目的 ,使用的是 TCONF。首先定义一个 I2C - Config 配置结构体对象 , I2C - Config 为库中定义的 I2C 配置结构体 ,然后调 用 I2C - config 配置函数 ,通过结构体来初始化相应寄存器 ,接着开始 I2C 和向 I2C 写数据 ,最后停止 I2C。配置串口 McBSP 的过程也相类似。配置程序如下 : static const I2C - Config AUDIO5509 I2C - Config = {0 , 0 , ( 20 - 5) , ( 20 - 5) , 1 , 0 , 0x4620 , ( 75 - 1) ,} ;/ / 定义一个 I2C - Config 配置结构体对象 , I2C - Config 为库中定义的 I2C 配置结构体 I2C - config ( &AUDIO5509 I2C - Config) ;/ / I2C - config 配置函数 ,通过结构体来初始化相应寄存器 I2C - start (h I2C) ;/ / 开始 I2C I2CDELA Y(DELA Y - TIME) ;/ / 延时 / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / 向 I2C 写数据/ / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / for (i = 0 ;i < numBytes ;i + + ) { while ( ! I2C - xrdy (h I2C) ) ; I2C - writeByte (h I2C , 3 data + + ) ; I2CDELA Y(DELA Y - TIME) ;} I2C - sendStop (h I2C) ;/ / 停止 I2C 需要注意的是在设计电路的过程中 ,参考时钟可以由片内振荡器产生 ,也可直接从 XTI/ MCL K引 脚输入。由于 AD 和 DA 转换中采样率的需求 ,时钟模块的输入参考时钟并不是任意的 ,必须在 AIC23 所能支持的 12. 288 M、11. 2896 M、18. 432 M、16. 9344 Mz 等频率中选择。 2. 2 　DSP5509 与 nRF2401 接口原理图 在音频采集模块中 ,AIC23 为采样速率 8 kHz 和 16 bit 采样 ,码元速率为 128 kbps ,在本设计中选用 nRF2401 是单片无线收发一体芯片 ,它具有高速率 1 Mbps ,具有高数据 吞吐量 ;极少的外围元件 ,只需一个晶振和一个电阻 ;发射功率、工作频 率等所有工作参数全部通过软件设置完成 ;1. 9～3. 6 V 电压 ,满足低功 耗设计需要 ; 2. 4 G 无线键盘参考设计连接方便 ,可以实现和 DSP 的 McBSP 的无缝连接等等优点。SPI 接口相比较 NRF2401 只有一个 DA TA 数据端口与之对应。所以将 DSP5509 的 McBSP 接口 BDR2 和 BDX2 接 33Ω的电阻出来 ,另一端接到 NRF2401 的 DA TA 端口 ,以实 现阻抗匹配和隔离 ,达到抑制 EM I 和 SI 的目的 (如图 4) 。 在软件设计的过程中 ,需要注意的是 ,因为在用 SPI 进行数据传输 76第 2 期 胡应宏等 :基于 TMS320C5509 DSP 的无线语音传输采集传输系统 　　　 的过程中会有误码产生 ,如果 DSP 直接用 SPI 的方式对 nRF2401 进行初始化会导致初始化失败 ,所以 采用先将 DSP 片上 McBSP 配置成普通 I/ O 口 ( GPIO) ,以较慢的发送速率完成 NRF2401 的初始化工 作 ,然后再将 DSP 的 McBSP 配置成 SPI 接口并且初始化 SPI 寄存器。这样可以保证对 NRF2401 芯片 的配置字准确无误 ,系统软件设计的流程图如图 5。整个配置过程也是通过调用 SCL 库里相应函数来 完成相应操作的。 图 5 　软件流程示意图 3 　结束语 采用系统的这种设计 ,充分利用了 TMS320C5509 丰富的片上外 设 ,方便地实现对语音芯片 AIC23 和单片无线收发芯片 NRF2401 的连 接 ,使用 TI 公司提供的片级支持库 (SCL) ,能够快捷方便地对外设进行 配置 ,方便地开发驱动程序 ,使得配置能显著地提高对 NRF2401 的配置 成功率和系统的数据传输速率。配合一定纠错 办法 鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载企业年金办法下载企业年金办法下载 [5 ] ,我们在点对点 的无线数据传输中采用实现了这个系统。这种接口为嵌入式系统的无 线数据传输提供了一种比较实用且经济的解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ,可以广泛的应用于 满足无线耳机 ,小范围内的广播 ,教室教学系统等等的应用 ,能够达到满 足需要的要求。 参 　考 　文 　献 [ 1 ] 　Sen M. Kuo Bob H. Lee. Real2Time Digital Siganal Processing Implementations ,Applications ,and Experiments with thw TMS320C55x. [ M ]影印本. 北京 :清华大学出版社 ,2003 年 12 月. 36 - 63. [ 2 ] 　Sanjie K. Mitra. 著. 孙洪 ,翔宇等译. 数字信号处理———基于计算机的方法[ M ] . 电子工业出版社 ,2005 年 1 月. 289 - 290. [ 3 ] 　彭启琮 ,管庆. DSP 集成开发环境———CCS 及 DSP/ BIOS 的原理与应用[ M ] . 电子工业出版社 ,2004 年 7 月. 304 - 350. [4] 　陈天麒. C/ C + +语言硬件程序设计———基于 TMS320C5000 系列DSP[M].西安 :西安电子科技大学出版社 ,2003 年 5 月. 77 - 147. [ 5 ] 　马华红 ,盛煜 ,张榆锋 ,等. 汉明码在提高 NRF2401 无线数据传输可靠性中的应用[ M ] . 生物医学工程研究[J ] . 2004 , (2) :98 - 101. Implementations of An Wireless Audio Acquisition and Transferring System with TMS320C5509 HU Ying2hong , ZENG Qing2xi ,YANG Ying2jie (Department of Information Engineering ,Northeast China Institute o Power Engineering ,Jilin 132012) Abstract :Based on TLV320AIC23 and nRF2401 a novel implementations of an wireless audio acquisition and transferring system is introduced. The method of wireless audio acquisition and transferring system ,the main functions of TLV320AIC23 and nRF2401 and the interface circuit of TLV320AIC23 ,nRF2401 and DSP are discussed. It realize the an wireless audio acquisition and transferring ,give a reference of audio ac2 quisition and transferring system. Key words :Audio Acquisition ;Wireless Transfer ; TMS320C5509 ; I2C ;nRF2401 86　　　 东北电力大学学报 第 26 卷