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TMS320VC5402 DSP與ISD4004語(yǔ)音錄放芯片
摘要:根據(jù)語(yǔ)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(duì)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(lèi)型的語(yǔ)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(yǔ)音錄放系統(tǒng)并不能很好地滿(mǎn)足這種要求,如磁帶錄音系統(tǒng)。ISD4004語(yǔ)音錄放芯片提供了SPI微控制器接口,使得語(yǔ)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(yǔ)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(guò)串行通信接口SPI送入。芯片采用多電平直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù),每個(gè)采樣值直接存儲(chǔ)在片內(nèi)內(nèi)爍存儲(chǔ)器中,因此能夠非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語(yǔ)音、音樂(lè)、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(zhǎng),但音質(zhì)有所下降。
TMS320VC5402是美國(guó)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(chǔ)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(hào)以及控制ISD4004的動(dòng)作信號(hào)。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(dòng)作。ISD4004工作于SPI工作模式。因此對(duì)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)始,置“0”時(shí)結(jié)束。
(9)所有指令都在SS上升沿開(kāi)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(duì)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(duì)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(lái)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(kāi)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(kāi)始,遇以語(yǔ)句EOM時(shí)自動(dòng)停止放音。
1.3 接口軟件設(shè)計(jì)
DSP對(duì)ISD的控制是通過(guò)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
stm XCR2,McBSP1_SPSA
stm #0001h,McBSP1_SPSD
stm SRGR1,McBSP1_SPSA
stm #00ffh,McBSP1_SPSD ;CLKGDV=0xFF,SPI的時(shí)鐘=DSP時(shí)鐘/256
stm SRGR2,McBSP1_SPSA
stm #2000h,McBSP1_SP
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