音频编解码芯片接口的FPGA应用

2011-09-21 11:20:18来源: 互联网

   介绍了音频解码芯片WM8731基于FPGA接口电路的设计,包括芯片配置模块与音频数据接口模块等,使得控制器只通过寄存器就可以方便地对其进行操作。整个设计以VHDL和Verilog HDL语言在Max+Plus Ⅱ里实现,并进行了验证。

  1 概 述

  WM873l是一款功能强大的低功耗立体声24位音频编解码芯片,其高性能耳机驱动器、低功耗设计、可控采样频率、可选择的滤波器使得WM8731芯片广泛使用于便携式MP3,CD,PDA的场合。其结构框图如图1所示。

  

WM873l结构框图

 

  WM8731包含2个线路输入和1路麦克风输入并可以进行音量调节;内置片上ADC(模拟数字转换器)及可选择的高通数字滤波器;采用高品质过采样率结构的DAC(数字模拟转换器);线路输出和耳机输出;内置晶体振荡器以及可配置的数字音频接口和2或3线可选的微处理器控制接口等。控制器可通过控制接口(Control Interface)对WM8731进行配置,然后通过数字音频接口(Digtal Audio Interface)读写数据音频信号。本文设计了一种基于FPGA的驱动模块,将WM8731的控制接口与数字音频接口转换为控制器通用的总线接口,使控制器可以像读写外部寄存器一样对WM8731芯片进行控制使用。

  2 WM8731芯片接口时序介绍

  2.1 控制接口时序

  WM8731的控制接口有4根引脚,分别为:MODE(控制接口选择线)、CSB(片选或地址选择线)、SDIN(数据输入线)和SCLK(时钟输入线)。它具有2线和3线两种模式。2线为MPU接口,3线为兼容SPI接口。对控制接口的配置选择可通过设置MODE脚的状态完成。选择MODE为0时为2线模式,1时为3线模式。本文采用2线模式对WM8731进行控制。其时序图如图2所示。

  

 

  2.2 数字音频接口时序

  WM8731的数字音频接口有5根引脚,分别为:BCLK(数字音频位时钟)、DACDAT(DAC数字音频数据输入)、DACIRC(DAC采样左/右声道信号)、ADC-DAT(ADC数字音频信号输出)、ADCLRC(ADC采样左/右声道信号)。

  数字音频接口可以工作在主模式和从模式下。地址为0000111的寄存器的第6位设置数据的主/从模式:“1”为主模式,“0”为从模式。ADCDAT、/DACDAI和ADCLRC/DACLRC与位时钟BCIK同步,在每个BCLK的下降沿进行一次传输。BCLK和ADCLRC/DACLRC在主模式时为输出信号,从模式下为输入信号。DAC-DAT始终为输入信号,ADCDAT始终为输出信号。

  数字输出支持4种音频数据模式:右对齐、左对齐、I2S和DSP模式。通过对寄存器的不同配置,可以设置传输的数据格式。寄存器配置值如下:

  寄存器地址0000111的1~0位设置音频格式:“11”时为DSF’格式,“10”为I2S格式,“01”为左对齐格式,“00'’为右对齐格式。

  3~2位设置字长:“11”时为32位,“10”为24位,“01”为20位,“00'’为16位。

  这四种音频格式都是高位(MSB)在前,16~32位。但32位数据不支持右对齐模式。

  本文采用主模式的左对齐数据格式,左对齐数据格式传输如图3:左对齐格式时,MSB在BCLK的第一个上升沿有效,紧接着是一个ADCLRC或DACLRC传输。

  

3 WM8731芯片驱动的FPGA设计

 

  3.1 驱动器的总体设计方案

  本文设计驱动器在使用时的框图如图4所示。双口RAM和驱动器一同连接在控制器的数据总线和地址总线上,控制器只需提供少量的控制线即可完成对音频编解码芯片wM8731的控制及数据交换功能。

  

 

  驱动器内部结构框图如图5所示。控制部分提供驱动器与控制器之间的接口(包含有数据总线信号、地址总线信号和控制信号),同时产生控制字转换单元和数字音频接口单元的控制信号;内部寄存器缓存控制字和状态字;控制字转化单元负责将控制字串行发送给WM8731,同时效验传送信号;数据音频接口单元完成WM8731与外部双口RAM的串并转换,实现对数字音频信号的发送和接收功能。

  

驱动器内部结构框图

 

  驱

 

  表l 状态寄存器控制字的对应定义

  

 

  3.2.2 控制字转换单元

  当START控制位置‘1’时,将控制字寄存器中的数据串行发送给WM8731,当传输出现错误时,将状态寄存器中的ACK位置1。如图6所示。

  

 

  3.2.3 数字音频接口单元

  当读入数字音频标志位C1为‘1’,接收WM873l芯片传来的数字音频数据并将其存入外部双口RAM中,当输出数字音频数据标志位C2为‘1’时,将双口RAM中的音频数据发送给wM8731。如图7所示。

  

3.3 系统仿真

 

  下面给出控制器通过该驱动模块对WM8731写控制字的时序仿真如图8所示。图中各引脚定义如表2所示。

  

 

  

 

  4 结 语

  利用FPGA对音频编解码芯片WM8731进行接口电路的设计,实现了控制接口与数字音频接口的统一控制,简化了对音频编解码芯片WM8731的使用步骤,具有扩展性好、使用简单方便、易于升级等优点,对其他芯片的接口设计也有一定的参考意义。

 

关键字:音频  解码  芯片  接口

编辑:eeleader 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2011/0921/article_2514.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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