基于DSP的廣播級(jí)數(shù)字音頻延時(shí)器

　　1.4 控制接口

　　可以通過(guò)兩種接口方式控制CS4224：SPI和I2C,通過(guò)引腳SPI/I2C進(jìn)行選擇。延時(shí)器采用SPI模式控制CS4224的工作方式。CS、CDIN和CCLK分別為片選、數(shù)據(jù)線和位時(shí)鐘,由M68HC05C8的內(nèi)置SPI接口控制。給定CS4224控制寄存器地址,單片機(jī)可以讀寫(xiě)控制寄存器的內(nèi)容。M68HC05C8通過(guò)端口PC6復(fù)位CS4224。

　　TMS320C32芯片本身提供的I/O線只有XF0和XF1,利用這兩根線分別作發(fā)送數(shù)據(jù)經(jīng)和接收數(shù)據(jù)線,構(gòu)成一個(gè)異步串行口,通過(guò)軟件模塊與M68HC05C8進(jìn)行雙機(jī)通信,由單片機(jī)控制TMS320C32的運(yùn)行。同時(shí),單片機(jī)通過(guò)端口PC0～5控制TMS320C32的復(fù)位端、工作方式選擇端MCBL/MP和引導(dǎo)模式選擇端INT0～3。

　　2 工作流程

　　2.1 音頻信號(hào)處理

　　立體聲音頻信號(hào)首先經(jīng)過(guò)輸入調(diào)理電路。輸入調(diào)理電路的主要作用是對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行緩沖和交流耦合,同時(shí)進(jìn)行電平偏移,產(chǎn)生CS4224所需的2.3V供模輸入電壓,并滿足CS4224滿量程輸入電壓有效值為2V的要求。

　　音頻信號(hào)送入CS4224后,進(jìn)入片內(nèi)一階高通濾波器, 濾除輸入信號(hào)中可能存在的直流偏置。為避免高通濾波器影響頻率響應(yīng),可以通過(guò)ADC控制寄存器HPD域禁止該功能。CS4224具有輸入電平監(jiān)測(cè)功能,通過(guò)狀態(tài)寄存器LV域指示峰值數(shù)字信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換以后左右聲道數(shù)字信號(hào)由內(nèi)部數(shù)字輸入濾波器濾波后,在數(shù)據(jù)移位時(shí)鐘SCLK作用下分時(shí)從SDOUT引腳串行送出,左右聲道時(shí)鐘LRCK指示是左聲道還是右聲道信號(hào),并開(kāi)始一個(gè)新的采樣周期。

　　從引腳SDIN輸入的數(shù)字音頻信號(hào),經(jīng)內(nèi)部數(shù)字輸出濾波器濾波后,再經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換,由片內(nèi)緩沖放大器提供有效值最大為2V的差模輸出電壓。音頻輸出電壓大小通過(guò)片內(nèi)衰減器調(diào)節(jié),模擬音量控制范圍113.5dB;并以0.5dB步長(zhǎng)步進(jìn)調(diào)整,由輸出衰減寄存器設(shè)置。音量調(diào)節(jié)過(guò)程采用淡入淡出方式,從當(dāng)前音量到新設(shè)置音量以0.5dB的斜率逐漸變化,變化速率通過(guò)DAC控制寄存器RMP域可設(shè)置為4、16或32倍采樣周期。如果通過(guò)DAC控制寄存器SOFT域禁止淡入淡出,音量變化通常發(fā)生在音量過(guò)零點(diǎn),以便減小信號(hào)失真。如果未檢測(cè)到過(guò)零點(diǎn),則在512和1024個(gè)采樣周期之間完成音量切換。CS4224同時(shí)具有輸出靜音功能,通過(guò)DAC控制寄存器MUT域設(shè)置,靜音的實(shí)現(xiàn)和音量控制一樣,也是以淡出方式進(jìn)行。

　　輸出調(diào)理電路采用兩個(gè)二階Butterworth濾波器,以便濾波除帶外噪聲。CS4224在采樣頻率附近為片外濾波器進(jìn)行了3dB預(yù)補(bǔ)償,可以在通帶范圍提供平坦的頻率響應(yīng)和線性相應(yīng)。輸出信號(hào)為差動(dòng)平衡信號(hào)。

　　SDOUT引腳的47kΩ下拉電阻將CS4224設(shè)置為主機(jī)工作方式,LRCK和SCLK作為輸出引腳。主時(shí)鐘從CS4224的XT1引腳輸入,頻率為24.576MHz,經(jīng)內(nèi)部8分頻,得到3.072MHz的串行數(shù)據(jù)移位時(shí)鐘SCLK,再經(jīng)64分頻,得到48kHz的左右聲道時(shí)鐘LRCK,也是采樣頻率。分頻關(guān)系通過(guò)時(shí)鐘輸出寄存器的MCK域來(lái)設(shè)置。

　　CS4224提供四種串行數(shù)據(jù)輸入和輸出格式,可以通過(guò)DSP端口模式寄存器的DDI和DDO域設(shè)置。延時(shí)器均采用格式1（FORMAT1）,數(shù)據(jù)為24位左對(duì)齊方式。數(shù)據(jù)輸入和輸出時(shí)序如圖2所示。

　　2.2 延時(shí)功能的實(shí)現(xiàn)

　　M68HC05C8軟件主要由初始化程序和主程序等組成。在初始化程序中,完成CS4224的復(fù)位和初始化、MS320C32復(fù)位和引導(dǎo)。主程序主要是按鍵和顯示處理程序,完成各種按鍵的分析處理、刷新光柱和數(shù)碼管顯示,并將有關(guān)信息送至CS4224和TMS320C32。

　　首先,M68HC05C8復(fù)位CS4224,通過(guò)SPI接口初始化ADC、DAC和DSP端口模式控制寄存器,設(shè)置音頻輸入輸出格式,使音頻輸出靜音。

　　接著,M68HC05C8通過(guò)端口PC0～3,令MCBL/MP引腳為高電平,然后在RESET引腳給出復(fù)位脈沖,MTS320C32進(jìn)入外部存儲(chǔ)器程序引導(dǎo),將FLASH存儲(chǔ)器中的程序裝入內(nèi)部RAM,并從目標(biāo)地址開(kāi)始執(zhí)行程序。

　　TMS320C32軟件由主程序、初始化程序和串行中服務(wù)程序等組成。初始化程序首先復(fù)位串口,并設(shè)置端口控制寄存器,令串口的所有引腳工作在串口方式,而非通用I/O口;設(shè)置串行口全局控制寄存器,數(shù)據(jù)長(zhǎng)度設(shè)為24位,開(kāi)放串口中斷,對(duì)串口信號(hào)進(jìn)行極性控制;使用外部時(shí)鐘CLRX/R,并設(shè)置為低電平有效,其余信號(hào)均為高電平有效,以便與CS4224接口線相適應(yīng),然后啟動(dòng)串口工作。

　　數(shù)據(jù)讀寫(xiě)操作均在TMS320C32串口接收中斷服務(wù)程序中進(jìn)行。24位音頻輸入數(shù)據(jù)從DR引腳全部左移進(jìn)入接收移位寄存器RSR后,TMS320C32將RSR內(nèi)容寫(xiě)入DRR接收寄存器,并產(chǎn)生串口接收中斷XINT。在串中接收中斷服務(wù)程序中,將DRR數(shù)據(jù)寫(xiě)入SRAM,同時(shí)從SRAM中讀入需要輸出的音頻數(shù)據(jù),寫(xiě)入發(fā)送寄存器DXR,等待下一個(gè)幀同步信號(hào)FSX有效后送入發(fā)送移位寄存器XSR,在移位脈沖CLKX作用下左移,從DX引腳輸出。

　　延時(shí)器有4種工作模式,即直通狀態(tài)（BYPASS）、緊急狀態(tài)（DUMP）、2秒模式（-2s）和咳嗽模式（COUGH）。直通狀態(tài)下,音頻輸入和輸出端通過(guò)繼電器直接連在一起,輸出不再通過(guò)延時(shí)器,延時(shí)器關(guān)機(jī)時(shí)也處于直通狀態(tài)。在延時(shí)狀態(tài)下,每按一次2秒模式鍵,刪除最新輸入延時(shí)器的2秒音頻數(shù)據(jù),避免剛讀錯(cuò)的內(nèi)容被播出。按住咳嗽按鈕鍵,刪除按住該鍵時(shí)輸入的音頻數(shù)據(jù),可讓主持人打噴嚏、咳嗽或作短暫停頓而不被發(fā)現(xiàn)。延時(shí)時(shí)間1～10秒可調(diào),可以通過(guò)按鍵設(shè)定。按下START鍵進(jìn)入延時(shí)狀態(tài),此時(shí)整個(gè)播出靜音或重放預(yù)先錄入的墊樂(lè),直到正式進(jìn)入延時(shí)狀態(tài)。按下EXIT鍵可退出延時(shí)狀態(tài)。在延時(shí)狀態(tài)時(shí),如遇到惡意電話等緊急情況,可迅速按動(dòng)DUMP鍵,此時(shí)設(shè)定延時(shí)時(shí)間內(nèi)的全部音頻數(shù)據(jù)被刪除,并切斷正常播出,播出處?kù)o音狀態(tài)。

　　用戶通過(guò)按鍵選擇延時(shí)器的工作模式,M68HC05C8根據(jù)工作模式控制CS4224音頻輸出處于靜音或正常輸出狀態(tài),并在TMS320C32串口中斷服務(wù)程序中改變讀出或?qū)懭胍纛l數(shù)據(jù)的SRAM地址。M68HC05C8根據(jù)延時(shí)時(shí)間和采樣頻率,計(jì)算出音頻數(shù)據(jù)的寫(xiě)入地址和讀出地址,通過(guò)接口線XF0/1進(jìn)行串口通信,將地址傳送給TMS320C32。當(dāng)讀出地址和寫(xiě)入地址相同時(shí),音頻輸入和輸出沒(méi)有延時(shí)。如果將寫(xiě)入地址減去某一增量后作為讀出地址,則讀出內(nèi)容為一段延時(shí)時(shí)間前的音頻輸入,從而達(dá)到延時(shí)功能。

　　綜上所述,廣播級(jí)數(shù)字音頻延時(shí)器采用DSP和MCU的主從式結(jié)構(gòu)以及高精度∑-ΔADC芯片,實(shí)現(xiàn)了靈活的工作模式控制,具有較高的音頻性能指標(biāo),可以滿足電臺(tái)直播節(jié)目安全播出的需要。