摘 要:研究支持IIS總線數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的音頻芯片UDA1341TS及其在基于S3C2410X中的語音應(yīng)用。首先介紹S3C2410X中的IIS音頻總線接口，并針對S3C2410X中的IIS總線接口，研究了音頻芯片UDA1341TS的引腳功能和運(yùn)行機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，給出UDA1341TS在基于S3C2410X的觸摸式語音電子菜單系統(tǒng)中的軟硬件設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了播音、錄音、播放等功能。音頻芯片UDA1341TS功耗低，電壓小，非常適合于嵌入式系統(tǒng)中語音系統(tǒng)的開發(fā)。

關(guān)鍵詞:IIS; S3C2410X; UDA1341TS; 電子菜單

中圖分類號:TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)11-0151-03

Application of Chip UDA1341TS in Touching Audio Electronic Menu System

SHI Wen-juan， XU Hua

(Department of Physics and Electronics，Yancheng Teachers University，Yancheng 224002， China)

Abstract: The audio chip UDA1341TS supported IIS(Inter-IC Sound)bus data structure and the audio application based on the microcontroller S3C2410X is studied. The IIS bus interface in S3C2410X， the pin function and running mechanism of UDA1341TS are introduced. On this condition，the software and hardware design scheme of the application of UDA1341TS are put forward in touching audio electronic menu which was based on S3C2410X. UDA1341TS has low power consumption and small voltage， the functions of broadcasting， record and playback were designed. It is suitable for developing audio system in embedded system.

Keywords: IIS; S3C2410X; UDA1341TS; electronic menu

0 引 言

近幾年，語音系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于嵌入式數(shù)字音頻產(chǎn)品，在MP3、手機(jī)等消費(fèi)類電子產(chǎn)品中，人們對于這些個人終端的要求早已不限于單純通話和簡單的文字處理，高質(zhì)量的音效是當(dāng)前發(fā)展的重要趨勢[1]。隨著嵌入式系統(tǒng)性能的提高，在ARM嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對各種音樂格式的解碼和播放已有可能[2]。在語音功能需求的驅(qū)動下，越來越多的廠商紛紛推出了具有各種功能和標(biāo)準(zhǔn)的語音處理接口協(xié)議。IIS(Integrate Interface of Sound) 總線是Philips公司提出的串行數(shù)字音頻總線協(xié)議。它是一種面向多媒體的音頻總線，專用于音頻設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，為數(shù)字立體聲提供序列的連接至標(biāo)準(zhǔn)編解碼器。IIS總線處理聲音數(shù)據(jù)。其他信號(如控制信號)必須單獨(dú)傳輸[3]。IIS總線一般具有4根信號線，包括串行數(shù)據(jù)輸入(IISDI)、串行數(shù)據(jù)輸出(IISDO)、左/右聲道選擇(IISLRCK)和串行數(shù)據(jù)時鐘(IISCLK)，產(chǎn)生IISL2RCK和IISCLK的是主設(shè)備[4]。

整個音頻系統(tǒng)的硬件部分主要是CPU和CODEC的連接與實(shí)現(xiàn)。Philips公司生產(chǎn)了一種支持IIS總線數(shù)據(jù)格式的音頻編解碼芯片UDA1341TS，采用位元流轉(zhuǎn)換技術(shù)進(jìn)行信號處理，完成聲音信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換，具有可編程增益放大器和數(shù)字自動增益控制器[5]，由于其功能強(qiáng)大、低功耗、低電壓及具有DSP語音功能等特征，目前已廣泛應(yīng)用于各種嵌入式語音系統(tǒng)中[6]。同時作者有關(guān)于觸摸式語音菜單系統(tǒng)的實(shí)用新型專利授權(quán)正在審核當(dāng)中。本文首先簡單介紹了S3C2410X中的IIS總線接口，并在此基礎(chǔ)上介紹了UDA1341TS語音芯片在觸摸式語音電子菜單系統(tǒng)[7]中的軟硬件接口實(shí)現(xiàn)方法。

1 S3C2410X中的IIS總線接口

S3C2410X提供的IIS總線接口可以作為一個編碼解碼接口與外部8/16位的立體聲音解頻碼IC相連從而實(shí)現(xiàn)一個微唱片和便攜式應(yīng)用[8]。它支持IIS和MSBjustified數(shù)據(jù)格式。IIS總線接口為FIFO隊(duì)列的訪問提供DMA傳輸模式來取代中斷，它可以同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，也可以只發(fā)送或接收數(shù)據(jù)[9]。

1.1 IIS總線特征

(1) 1通道基于DMA的IIS總線用于音頻接口;

(2) 每通道串行數(shù)據(jù)傳輸8/16位;

(3) 128 B FIFO用于發(fā)送/接收;

(4) 支持IIS格式和MSB驗(yàn)證數(shù)據(jù)格式。

1.2 數(shù)據(jù)傳輸模式

ARM芯片內(nèi)置的IIS總線接口可以讀取IIS總線上的數(shù)據(jù)，同時還可以為FIFO數(shù)據(jù)提供DMA傳輸，從而做到同時傳輸和接收數(shù)據(jù)。

S3C2410X的IIS接口有3種數(shù)據(jù)傳輸方式:

(1) 正常傳輸模式:正常傳輸模式基于FIFO寄存器，該模式CPU通過輪詢方式訪問FIFO寄存器，通過IISCON寄存器的第7位控制FIFO。如果FIFO已滿，IISCON的第7位被設(shè)置為“0”，表示不能繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù);反之FIFO的第7位被設(shè)置為“1”，表示可以繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。

(2) DMA模式:這種模式是一種外部設(shè)備控制方式，通過設(shè)置IISFCON寄存器可以使IIS接口工作在該模式下。它使用竊取總線控制權(quán)的方式使外部設(shè)備和RAM交換數(shù)據(jù)，從而提高系統(tǒng)的吞吐能力。在S3C2410X芯片中有4個通道的DMA控制器用于控制各種外部設(shè)備，其中IIS與其他串行外設(shè)共用2個橋聯(lián)DMA(BDMA)類型的通道。

(3) 傳輸/接收模式:在這種模式下，IIS數(shù)據(jù)通過雙通道DMA同時接收和發(fā)送音頻數(shù)據(jù)。

1.3 信號線

信號線共5根:

(1) 串行數(shù)據(jù)輸入(IISDI);

(2) 串行數(shù)據(jù)輸出(IISDO);

(3) 左/右聲道選擇(IISLRCK);

(4) 串行數(shù)據(jù)時鐘(IISCLK);

(5) 音頻系統(tǒng)主時鐘CODECLK。

2 支持IIS的語音控制芯片UDA1341TS的介紹

UDA1341TS是Philips公司的一款經(jīng)濟(jì)型音頻CODEC[10]，用于實(shí)現(xiàn)模擬音頻信號的采集(音頻AD) 和數(shù)字音頻信號的模擬輸出(DA)，并通過IIS 數(shù)字音頻接口，實(shí)現(xiàn)音頻信號的數(shù)字化處理。具有3 V的低電壓、低功耗、高保真，寬動態(tài)范圍和低失真的高品質(zhì)特性，大量應(yīng)用于家庭袖珍多媒體立體聲音響設(shè)備，筆記本電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)及計(jì)算機(jī)音頻信號處理設(shè)備中。其引腳圖如圖1所示，其引腳功能如表1所示。

2.1 UDA1341TS的主要特性

UDA1341TS主要特性如下:

(1) 低功耗;

(2) 3.0 V的電源電壓;

(3) 256，384，512倍采樣頻率的系統(tǒng)時鐘;

(4) 包含AGC的全部繼承的模擬前端;

(5) ADC增加了集成的模擬前端;

(6) ADC支持2 V(RMS值)輸入信號;

(7) 具有為簡單電壓過載的檢測器;

(8) 獨(dú)立的電源控制ADC和DAC;

(9) DAC不必須有后端濾波器;

(10) 可通過L3總線管理其功能。

圖1 UDA1314TS引腳圖

表1 UDA1341TS引腳功能表

引腳符號功能引腳符號功能

1VSSA(ADC)ADC轉(zhuǎn)換地15L3DATAL3數(shù)據(jù)輸入

2VINL1線路左通道輸入16BCK位時鐘輸入

3VDDA(ADC)ADC電源17WS左右路選擇輸入

4VINR1線路右通道輸入18DATAO數(shù)據(jù)輸出

5VADCNADC負(fù)參考電壓19DATAI數(shù)據(jù)輸入

6VINL2話筒左通道輸入20TEST1測試端1

7VADCPADC左參考電壓21TEST2測試端2

8VINR2話筒右通道輸入22AGCSTATAGC狀態(tài)信號

9OVERFL濾波溢出23QMUTE快速靜音控制

10VDDD數(shù)字電路電源24VOUTRDAC右通道輸出

11VSSD數(shù)字地25VDDA(DAC)DAC電源

12SYSCLK系統(tǒng)時鐘26VOUTLDAC左通道輸出

13L3MODEL3模式輸入27VSSA(DAC)DAC地

14L3CLOCKL3時鐘28VrefADC和DAC參考

2.2 工作模式

雙通道立體聲模數(shù)轉(zhuǎn)換控制器有4種工作模式:

(1) ADC1輸入通道1 工作方式(為線路輸入)，輸入通道2關(guān)閉;

(2) ADC2輸入通道2 工作方式(麥克風(fēng)輸入)，輸入通道1關(guān)閉，具有PGA和AGC控制特性;

(3) ADC1+ADC2混合工作方式，具有PGA和AGC控制特性;

(4) ADC1-ADC2混合工作方式。

2.3 L3控制特性

由微處理器與UDA1341TS芯片L3接口，完成下列控制功能:

電源控制;

芯片復(fù)位;

數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換的增益開關(guān);

數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換的極性控制;

倍速錄音控制;

音量、高低音、靜音控制;

麥克風(fēng)靈敏度控制;

可編程增益放大器控制，數(shù)字AGC 自動增益控制。

由UDA1341TS的通道2組成可編程增益放大前置雙通道立體聲模數(shù)轉(zhuǎn)換控制電路，可編程的增益放大器(PGA)，PGA通過L3接口進(jìn)行設(shè)置，增益可設(shè)置為:-3 dB，0 dB，3 dB，9 dB，15 dB，21 dB或27 dB，通道2還具有數(shù)字自動增益控制AGC特性，數(shù)字式自動增益控制(AGC) 范圍為60.5 dB，控制步長為0.5 dB。輸入通道1有0或6 dB放大增益選擇，通過L3接口進(jìn)行控制，用這種方法輸入信號可達(dá)到1 V或2 V[7]。

3 UDA1341TS在基于S3C2410X的觸摸式語音菜單系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 硬件連接方案

語音驅(qū)動芯片UDA1341TS和微控制器S3C2410X的連接如圖2所示。

圖2 語音控制芯片與微控制器的連接示意圖

S3C2410X的IIS總線信號與UDA1341TS的IIS信號直接相連。L3接口的引腳L3CLOCK，L3MODE和L3DATA分別連接到S3C2410X的GPB1，GPB2和GPB3通用數(shù)據(jù)輸出引腳。UDA1341TS對外提供兩組音頻信號輸入接口，每組包括左右2個聲道。

由于IIS總線只處理音頻數(shù)據(jù)，因此UDA1341TS還內(nèi)置了用于傳輸控制信號的L3總線接口。L3接口相當(dāng)于混音器控制接口，可以控制輸入/輸出音頻信號的低音及音量大小等。L3接口接在S3C2410X的3個通用GPIO輸入/輸出引腳上，利用這3個I/O口模擬L3總線的全部時序和協(xié)議。這里一定要注意L3總線的時鐘不是連續(xù)時鐘，它只在數(shù)據(jù)線上有數(shù)據(jù)時才發(fā)出8個周期的時鐘信號，其他情況下時鐘線始終保持高電平。

3.2 軟件設(shè)計(jì)方案

該數(shù)字語音模塊IIS經(jīng)過正確的配置可以實(shí)現(xiàn)錄

音、放音及循環(huán)放音等功能。因?yàn)橐纛l數(shù)據(jù)傳輸較簡

單，本文主要介紹軟件設(shè)計(jì)的流程圖，流程圖如圖3所示。

圖3 程序設(shè)計(jì)流程圖

4 結(jié) 語

介紹了UDA1341TS在基于Samsung公司S3C2410X型微處理器的觸摸式語音電子菜單系統(tǒng)中的應(yīng)用。該系統(tǒng)已經(jīng)在基于S3C2410X的開發(fā)平臺上得到了實(shí)現(xiàn)，可以順利進(jìn)行音頻的采集和播放，并取得了良好的效果。

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