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基于音频编解码器TLV320AIC23与FPGA/CPLD的数字化语音处理系统
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更新于2023-05-31
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提供了基于FPGA/CPLD的数字化音频处理系统的典型解决方案。该方案由语音芯片(TLV320AIC23)和处理器(FPGA/CPLD)两部分组成。语音芯片完成模拟语音信号与数字信号之间的相互转换,包括ADC和DAC;处理器则完成对经模数转换后的语音信号在数字域处理的过程。该方案可以充分发挥FPGA/CPLD所具有的灵活性好、实时性能高及并行处理能力强的特点。
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基于音频编解码器基于音频编解码器TLV320AIC23与与FPGA/CPLD的数字化语音的数字化语音
处理系统处理系统
提供了基于FPGA/CPLD的数字化音频处理系统的典型解决方案。该方案由语音芯片(TLV320AIC23)和处理
器(FPGA/CPLD)两部分组成。语音芯片完成模拟语音信号与数字信号之间的相互转换,包括ADC和DAC;处
理器则完成对经模数转换后的语音信号在数字域处理的过程。该方案可以充分发挥FPGA/CPLD所具有的灵活性
好、实时性能高及并行处理能力强的特点。
摘摘 要:要: 提供了基于
关键词:关键词: 语音处理 音频编解码器 FPGA SPI DSP-Mode
随着人们消费水平的提高和全社会信息化、数字化程度的加快,数字化音频处理被广泛应用于各个领域。需要语音系统完
成的功能越来越复杂,如语音加解密、语音识别、语音录放、数字音效处理等;同时,对语音质量的要求也越来越高,因此对
语音芯片和处理器提出了更高的性能要求。
TLV320AIC23是TI生产的集成模拟功能的高性能立体声音频编解码器
[2]
,而FPGA/CPLD有着强大的数字逻辑处理功能,并
凭借其灵活性好、实时性高等特点在业界的应用越来越广。本文设计并实现了基于TLV320AIC23与FPGA/CPLD的数字化语音
处理系统。
1 系统方案介绍系统方案介绍
图1所示数字化语音处理系统中,主要包括模拟语音信号采集、模数转换器(ADC)、接收模块(RX)、数字语音信号处
理、
1.1 语音芯片的选择语音芯片的选择
目前市场上的语音芯片种类繁多,各有特色。本系统从便携性、移动性、高性能和低功耗等方面综合考虑选用了
TLV320AIC23
[2]
。此款芯片采用低功耗设计,各个功能模块均有断开功能,录放模式下功率消耗小于23mW,并且具有TI特有
的MicroStar JuniorTM封装方式,占用的PCB面积仅为25mm
2
。另外这款芯片的ADC与DAC采用多位的∑-△技术,并且内部
集成高采样率的数字内插滤波器,传输字长可以是16、20、24、32位,支持8kHz-96kHz的采样率
[2]
。ADC的信噪比可达
90dB,DAC的信噪比可达100dB,从而可在小型低功耗设计中实现高保真录放音
[2]
。
1.2 处理器的可选方案处理器的可选方案
MCU:通常的MCU数据处理能力较低,接口资源有限。
DSP:DSP的数据处理能力强,工作频率高;与TLV320AIC23的控制和数据传输接口可以直接匹配,但需要占用DSP有限
的接口资源,且芯片成本相对较高。
FPGA/CPLD:接口设计灵活,具备用户自定义端口功能,并行处理能力强
[1]
。
本文要实现数字语音处理系统的通用平台,从可扩展性、设计灵活性和成本等方面综合考虑,FPGA/CPLD是比较理想的选
择。但是在基于FPGA/CPLD与TLV320AIC23的数字语音处理系统中,由于TLV320AIC23和FPGA/CPLD之间没有现成可用的
固定接口,因而接口部分是系统设计和实现过程中的重点和难点。
2 数字化语音处理系统中硬件电路设计数字化语音处理系统中硬件电路设计
2.1 语音芯片电路语音芯片电路
TLV320AIC23内置耳机输出放大器,支持MIC和LINEIN两种输入方式(二选一),且通过对相应寄存器设置可调节输入和
输出的增益。TLV320AIC23具有11个可编程控制寄存器,通过不同的设置,可以改变芯片的工作状态。控制接口具有SPI(三
线)和I
2
C(两线)两种工作方式,由MODE引脚选择:MODE=0为I
2
C模式,MODE=1为SPI模式。TLV320AIC23与数字系
统的数据传输接口支持4种数据格式:左对齐模式、右对齐模式,I
2
S模式和DSP模式
[2]
。
TLV320AIC23的硬件电路如图2所示。外围模拟电路包含了MIC、LINEIN的输入电路和LINEOUT、HEADPHONE的输出电
路,实现过程中两路输入是二选一的,两路输出并行。
2.2 FPGA/CPLD与与TLV320AIC23连接电路连接电路
根据TLV320AIC23使用规则,需要提供控制接口和数据通信接口
[2]
。控制接口选择SPI方式,即TLV320A-IC23需要通过
CS、SDIN、SCLK三线与FPGA/CPLD连接
[2]
。由FPGA/CPLD发送
工作电路中,TLV320AIC23外接12.288MHz晶振,内部ADC和DAC的采样率设置为32kHz,数据字长为16位
[2]
。
FPGA/CPLD以Altera公司器件EP1C3T144C8为例。系统连接结构如图3所示。
3 用用VHDL实现实现FPGA/CPLD和和TLV320AIC23的接口设计的接口设计
3.1 控制接口控制接口
(1)时序分析
SPI是一种同步串行接口,能实现全双工通信,一般需要四线支持,即片选信号
[2]
。
每一个控制字由16位数据构成:7位地址[15..9]和9位数据[8..0],按照高位(MSB)在前的顺序传输
[2]
。每一位数据在SCLK
的
(2)实现方案
FPGA/CPLD实现SPI的功能框图如图5所示。SPI实现模块包括两个部分,即信号生成模块和计数控制模块。信号生成模块
















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