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(多图) 处理器与音视频外设之间的连接

来源:电子产品世界/作者:美国模拟器件(ADI)公司 David Katz?? 2007年07月11日 ?? 收藏0

  数字信号处理器以需要大量I/O负载的应用为目标,通常为开发人员提供各种集成接口—某些是标准接口,另外一些则是专用接口。例如,美国模拟器件公司(ADI)的Blackfin系列处理器是会聚处理器,这意味着它们在一个芯片上集成了DSP与MCU功能,这些处理器拥有与音频应用相关的两种主要类型的串行接口。该处理器的低比特速率双线接口(TWI)与串行外设接口(SPI)模块是用于音频器件控制与配置的。这些外设接口的前向通道通常用于配置或控制音频转换器,而反向通道则主要负责传输转换器的反馈信息或状态信息。该处理器的高比特速率串行端口外围电路,通常用于执行音频数据传输。

  Blackfin处理器的双线接口与恩智浦半导体公司的双向I2C总线相兼容,并在多个器件之间提供一种非常简明的交换控制信息与数据信息的方式。它支持主从操作,传输速率高达400 kbps。I2C总线的串行数据(SDA)与串行时钟(SCL)线(参见图1)包含多个主接口,因此它可以连接一个以上可以对数据转换进行初始化的集成电路。串行数据流与串行时钟数据流之间的相位差决定在指定时间点的操作模式是主操作还是从操作。虽然我们不可能在这里列出世界上所有的I2C器件,但却可以说:使用包含I2C端口的数据处理器时,不管结构如何,都可以拥有多种不同的互连方案。

I2c信号实例

图1 I2c信号实例

  Blackfin处理器全双工串行外设接口(SPI),运行速率最高可达33Mbps(远远超过绝大多数A/D与D/A转换器的控制要求), 该接口与摩托罗拉串行外设接口标准兼容。SPI是摩托罗拉公司发明的,又称作Microwire,是美国国家半导体公司的注册商标。SPI的扩展包括排队串行外设接口(QSPI)以及Microwire PLUS,二者都已经面市。SPI是一个3针数据通信接口组成(参见图2),支持主从环境以及多主机环境。SPI接口包括:MOSI(主出从入)接口、MISO (主入从出)接口以及串行时钟(SCK)接口。Blackfin处理器的1个SPI选择输入针脚,允许其他SPI器件选择Blackfin处理器;Blackfin处理器的7个选择输出引脚,允许该处理器选择其他SPI器件。虽然开发人员一般使用 SPI作为处理器与周边电路之间的同步串行通信接口,但SPI也可以用于内部处理器通信。至于I2C,由于SPI已经在业界广泛使用,与SPI兼容的器件随处可见。

SPI信号实例

图2 SPI信号实例

  Blackfin处理器的全双工同步串行端口(SPORT)工作在较高数据速率,支持同时发送与接收。与音频应用相关的SPORT特性包括:两套独立的发送与接收引脚(原始数据、二次数据、时钟与帧同步),8通道I2S立体声音频(恩智浦半导体公司数字音频“Integrated Interchip Sound”总线协议),最大字长32比特,分辨率超过绝大多数高精度音频应用。

  I2S是众所周知的串行总线立体声音频传输标准,广泛用于系统单元(如模数转换器以及数模转换器)之间的互连。I2S接口还用于高端CD与DVD播放器、以及PC声卡。I2S总线设计通常包括以下三条串行线路:1条包括两个时分多址数据通道的线路,1条字选择线路以及1条时钟线路。在I2S标准(参见图3)下,任何器件都可以通过提供必要的时钟信号而成为系统主器件,I2S从器件通常驱动来自外部时钟输入的内部时钟信号。I2S设计能够单独处理来自时钟信号的音频数据,而且通过分离数据信号与时钟信号,可以减轻与时间相关的误差(可能引起抖动),而不再需要防抖动器件。

I2S音频信号实例

图3 I2S音频信号实例

  音频输入,音频输出

  为了将音频源与数字信号处理器相连,在图4中,麦克风的模拟输出通过模数(A/D)转换器转换为数字信号,在这种情况下,麦克风承担相当直接的接口任务。从控制的角度看,DSP作为主机工作,它选择A/D转换器作为SPI从属外围电路。接着,利用4个SPORT引脚中的3个引脚,向Blackfin处理器传输数据。图5给出相反的例子,处理器与数模(D/A)转换器的连接,这也同样容易。在这种情况下,处理器仍将作为SPI接口主机配置与控制转换器,数据通过I2S SPORT接口流向数模转换器。然后,向讲话者反馈模拟输出。

音频A/D转换器与嵌入式处理器的连接

图4 音频A/D转换器与嵌入式处理器的连接

音频D/A转换器与嵌入式处理器的连接

图5 音频D/A转换器与嵌入式处理器的连接

  音频接口技巧

  下面的几个提示将使已经容易的应用变得更加容易。在处理器的双线接口(TWI),一定要记住按照I2C规范在SCL与SDA上各加上一个上拉电阻,因为这些引脚不能由高电平驱动(所有的时钟与同步信号都要使用正确的终止)。在SPI端口,要检查每个MISO引脚与MISO引脚的连接(因为这两个信号名称非常相似,信号的名称与功能容易混淆)。

  简化开发的一个好办法是利用供应商提供的器件驱动程序套件,供应商的硬件平台开发工具可以用于评估与开发嵌入式处理方案。例如,ADI公司的Visual DSP++工具套件,包括SPI、SPORT、TWI与其他接口的外围驱动程序。用户可以通过标准应用编程接口(API),配置与控制这些接口。Blackfin EZ-KIT评估板与相关的EZ-Extender扩展卡,这些转换器附带了大量代码范例,可以为设计人员提供有益的框架,使其迅速掌握音频器件如何同Blackfin处理器进行接口。


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