TMS320VC5402 DSP與ISD4004語音錄放芯片

時(shí)間：2024-08-09 04:15:20 理工畢業(yè)論文我要投稿

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摘要：根據(jù)語音錄放芯片ISD4004的接口特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了其與TMS320VC5402 DSP的SPI接口電路。完成了DSP對ISD芯片的通訊與接口控制編程，并給出了實(shí)際應(yīng)用中的一種ISD4004信息管理方法：信息地址表（MAT）。

許多類型的語音錄放應(yīng)用要求具備信息管理的功能，即能夠隨著地錄、放、刪除任意一段信息。而許多語音錄放系統(tǒng)并不能很好地滿足這種要求，如磁帶錄音系統(tǒng)。ISD4004語音錄放芯片提供了SPI微控制器接口，使得語音錄放的信息管理成為可能。本文將詳細(xì)闡述TMS320VC5402 DSP與ISD4004的SPI接口設(shè)計(jì)及其控制操作，同時(shí)設(shè)計(jì)適合應(yīng)用的信息管理方法。

ISD4004語音錄放芯片工作電壓為3V，單片錄放時(shí)間為8～16分鐘。芯片設(shè)計(jì)使得所有操作必須由微控制器控制，操作命令可通過串行通信接口SPI送入。芯片采用多電平直接模擬量存儲技術(shù)，每個(gè)采樣值直接存儲在片內(nèi)內(nèi)爍存儲器中，因此能夠非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)和效果聲。采樣頻率可為4.0k、5.3k、6.4k、8.0kHz，頻率越低，錄放時(shí)間越長，但音質(zhì)有所下降。

TMS320VC5402是美國TI（德州儀器）公司推出的一款高性能的定點(diǎn)DSP，最高頻率為100MHz，內(nèi)部提供16K的存儲空間。它提供的多信道緩沖串口（McBSP）可以設(shè)置為SPI工作方式，從而使得DSP與ISD4004的接口設(shè)計(jì)成為可能。

1 接口設(shè)計(jì)

DSP作為SPI（串行外設(shè)接口）的主器件（Master），負(fù)責(zé)為ISD4004提供串行時(shí)鐘、片選信號以及控制ISD4004的動作信號。接口電路如圖1所示。

1.1 SPI

SPI協(xié)議是一個(gè)同步串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，協(xié)議假定微控制器的SPI移位寄存器在SCLK的下降沿動作。ISD4004工作于SPI工作模式。因此對于ISD4004而言，在時(shí)鐘上升沿鎖存MOSI引腳的數(shù)據(jù)，在下降沿將數(shù)據(jù)送至MISO引腳。ISD4004與DSP通訊協(xié)議的具體內(nèi)容如下：

（1）所有串行數(shù)據(jù)傳輸開始于SS下降沿。

（2）SS在數(shù)據(jù)傳輸期間必須保持低電平，在兩條指令之間則保持高電平。

（3）數(shù)據(jù)在時(shí)鐘上升沿移入，在下降沿移出。

（4）SS變低時(shí)，輸入指令和地址后，ISD才能開始錄放操作。

（5）指令格式是8位控制碼加16位地址碼。

（6）ISD的任何操作（含快進(jìn)）如果遇到EOM（信息結(jié)束標(biāo)志）或OVF（溢出），則產(chǎn)生一個(gè)中斷，該中斷狀態(tài)在下一個(gè)SPI周期開始時(shí)被清除。

（7）使用“讀”指令使中斷狀態(tài)位移出ISD的MISO引腳時(shí)，控制及地址數(shù)據(jù)也應(yīng)同步從MOSI端移入。因此要注意移入的數(shù)據(jù)是否與器件當(dāng)前進(jìn)行的操作兼容。

（8）所有操作在運(yùn)行位（RUN）置“1”時(shí)開始，置“0”時(shí)結(jié)束。

（9）所有指令都在SS上升沿開始執(zhí)行。

1.2 ISD4004與DSP的SPI時(shí)序配合

根據(jù)ISD4004的時(shí)序要求，DSP設(shè)置串口為SPI工作模式，發(fā)送數(shù)據(jù)先于串行時(shí)鐘半個(gè)周期建立、數(shù)據(jù)在時(shí)鐘上升沿發(fā)送。由圖2可知，ISD接收命令字的方式是先地址后命令，且位序從低到高；而DSP發(fā)送數(shù)據(jù)方式是先高位后低位，故在DSP發(fā)送程序中須將待送地址和命令進(jìn)行高低位對調(diào)。

圖2 ISD控制命令字時(shí)序圖

串行時(shí)鐘（SCLK）由DSP主時(shí)鐘產(chǎn)生。在DSP運(yùn)行于10MHz時(shí)，設(shè)置時(shí)鐘分頻因子為255，得到約40kHz的串行傳輸時(shí)鐘，適應(yīng)ISD4004相對慢速的要求。DSP串口SPI方式數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序如圖3所示。

ISD4004的RAC管腳（行地址時(shí)鐘）用于指示錄放操作已經(jīng)接近一行的末發(fā)展。RAC在行末前25ms變低，在到達(dá)行末時(shí)變高，DSP將它作為中斷INT3的中斷源，指示錄放操作進(jìn)行到何處；INT管腳在遇到EOM標(biāo)志和OVF溢出時(shí)向DSP發(fā)中斷，DSP將它作中斷INT2的中斷源，用來指示是否到達(dá)一段信息的末尾。按下NUM鍵觸發(fā)INT1中斷開始錄音，按下STOP鍵觸發(fā)INT0中斷終止錄音。放音時(shí)按下NUM即開始，遇以語句EOM時(shí)自動停止放音。

1.3 接口軟件設(shè)計(jì)

DSP對ISD的控制是通過SPI接口實(shí)現(xiàn)的，因此DSP的McBSP必須設(shè)置為符合ISD控制命令時(shí)序要求的SPI工作模式。下程序段完成了McBSP的SPI模式設(shè)置（單幀數(shù)據(jù)為24bit，串行時(shí)鐘上升沿發(fā)送數(shù)據(jù)，時(shí)鐘頻率為40kHz）：

stm SPCR1,McBSP1_SPSA

stm #0000h,McBSP1_SPSD ;Reset接收

stm SPCR2,McBSP1_SPSA

stm #0000h,McBSP1_SPSD ;Reset發(fā)送

stm SPCR1,McBSP1_SPSA

stm #1800h,McBSP1_SPSD ;CLKSTP=11,數(shù)據(jù)提前半個(gè)周期

stm RCR1,McBSP1_SPSA

stm #0080h,McBSP1_SPSD ;RWDLEN1=100，每幀數(shù)據(jù)24bit

stm RCR2,McBSP1_SPSA

stm #0001h,McBSP1_SPSD ;RDATDLY=01

stm XCR1,McBSP1_SPSA

stm #0080h,McBSP1_SPSD ;XWDLEN1=100,發(fā)送數(shù)據(jù)每幀24bit