TLC320AD50C与DSP接口设计

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）。
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2.2  AD50与DSP的引脚连接方式

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    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位数字信息到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[3]）。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[3]）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：

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（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。

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    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。

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    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。