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介紹dsPIc數字信號控制器以廈ISD4002語(yǔ)音芯片的功能特點(diǎn)；特別介紹dsPIC的SPl庫函數的功能及使用，并給出一種簡(jiǎn)單的語(yǔ)音錄放電路。具有低成本、易使用等特點(diǎn)，有較高的實(shí)用價(jià)值。 1 dsPlC系列的簡(jiǎn)單介紹 dsPIC系列是Microchip公司推出的新型16位高性能數字信號控制器。它結合了單片機的控制優(yōu)點(diǎn)及數字信號處理器(DSP)的高速運算特性，為嵌入式系統提供了單一芯片解決方案。它繼承了PlC單片機系列的哈佛總線(xiàn)結構和精簡(jiǎn)指令集(RISC)技術(shù)，以及尋址方式簡(jiǎn)單、運行速度快、功耗低、驅動(dòng)能力強等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)集成了主板級的DSP功能，能夠提供強大的數字信號處理能力；此外，還提供了如UART、CAN、SPI等豐富的外圍接口，可以方便地與其他設備進(jìn)行通信互聯(lián)。本文介紹使用dsPIC數字信號控制器的SPI接口與ISD語(yǔ)音芯片進(jìn)行通信控制，使用的芯片型號為dsPIc30F6014。 2 ISD系列語(yǔ)音錄放芯片 ISD系列語(yǔ)音芯片是美國ISD公司推出的產(chǎn)品。該系列芯片采用多電平直接模擬存儲(Chip Corder)專(zhuān)利技術(shù)，聲音不需要A/D轉換和壓縮，每個(gè)采樣直接存儲在片內的閃爍存儲器中，避免了A/D轉換的誤差；能夠真實(shí)、自然地還原語(yǔ)音、音樂(lè )及效果聲；避免了一般固體錄音電路量化和壓縮造成的量化噪聲和金屬聲。ISD4000系列采用CM0s技術(shù)，內含晶體振蕩器、防混疊濾波器、平滑濾波器、自動(dòng)靜噪、音頻功率放大器及高密度多電平閃爍存儲陣列等，只需要很少的外圍器件即可構成一個(gè)完整的語(yǔ)音錄放系統。它的操作命令通過(guò)串行通信接口(SPI)或Microwire送入；采樣頻率可為4.O Hz、5.3 Hz、* Hz、8.O Hz，頻率越低，錄放時(shí)間越長(cháng)，但音質(zhì)會(huì )有所下降；片內信息存于閃爍存儲器中，可在斷電情況下保存100年(典型值)，反復錄音10萬(wàn)次；器件工作電壓3 v，工作電流25～30 mA，音質(zhì)好，適用于移動(dòng)電話(huà)及其他便攜式電子產(chǎn)品。本設計使用的芯片型號為ISD4002，單片錄放時(shí)間為120 s。 3 SPI接口介紹 SPI是由美國摩托羅拉公司推出的一種同步串行傳輸規范，常作為單片機外設芯片串行擴展接口。SPI有4個(gè)引腳：SS(從器件選擇線(xiàn))、SDO(串行數據輸出線(xiàn))、SDI(串行數據輸入線(xiàn))和SCK(同步串行時(shí)鐘線(xiàn))。SPI可以用全雙工通信方式同時(shí)發(fā)送和接收8(16)位數據，過(guò)程如下：主機啟動(dòng)發(fā)送過(guò)程，送出時(shí)鐘脈沖信號，主移位寄存器的數據通過(guò)SDO移入到從移位寄存器，同時(shí)從移位寄存器中的數據通過(guò)SDI移人到主移位寄存器中。8(16)個(gè)時(shí)鐘脈沖過(guò)后，時(shí)鐘停頓，主移位寄存器中的8(16)位數據全部移人到從移位寄存器中，隨即又被自動(dòng)裝入從接收緩沖器中，從機接收緩沖器滿(mǎn)標志位(BF)和中斷標志位(SSPIF)置“1”。同理，從移位寄存器中的8位數據全部移入到主寄存器中，隨即又被自動(dòng)裝入到主接收緩沖器中．主接收緩沖器滿(mǎn)標志位(BF)和中斷標志位(SSPIF)置“1”。主CPU檢測到主接收緩沖器的滿(mǎn)標志位或者中斷標志位置1后，就可以讀取接收緩沖器中的數據。同樣，從CPU檢測到從接收緩沖器滿(mǎn)標志位或中斷標志位置1后，就可以讀取接收緩沖器中的數據，這樣就完成了一次相互通信過(guò)程。這里設置dsPIC30F6014為主控制器，ISD4002為從器件，通過(guò)SPI口完成通信控制的過(guò)程。 4 dsPIC的SPI函數庫 dsPIC30F6014提供了2個(gè)SPI接口模塊，每個(gè)接口模塊包括三個(gè)特殊功能寄存器和四個(gè)引腳。SPIxBUF是數據緩沖寄存器。需要注意的是，接收緩沖SPIxRBF和發(fā)送緩沖SPIxTBF共享同一個(gè)地址，即它們都是地址映射到SPIxBUF的。也就是說(shuō)，當對接收或發(fā)送緩沖寄存器操作時(shí)，都只能對SPIxBUF進(jìn)行操作，而不能直接對SPIxRBF或SPIxTBF進(jìn)行操作。SPIxCON是控制寄存器，用來(lái)對sPI模塊的操作模式等進(jìn)行配置；SPIxSTAT是狀態(tài)寄存器，用來(lái)標示SPI模塊所處的狀態(tài)。其模塊框圖如圖1所示。 通過(guò)對控制寄存器的配置，可以將SPI模塊設置為8位或16位模式、主模式或從模式、幀同步等多種操作模式，還可以對時(shí)鐘邊沿、時(shí)鐘分頻倍數等進(jìn)行配置。這里使用了以dsPIC為主，ISD為從的主從模式。microchip提供的外圍接口庫可以方便地完成這些配置工作。 dsPIC Language Tools Libraries是MictoChip公司提供給開(kāi)發(fā)者的一套工具庫，其中主要含3個(gè)子庫．DSP庫，提供常用的DSP函數；外圍接口庫，提供對dsPIC系列所有外圍接口的驅動(dòng)函數，包括SPI接口；標準C及數學(xué)函數庫，可在Microchip的*****下載(www．microchip． com)。我們使用其中的外圍接口庫中的SPI庫函數即可。SPI庫中主要包括以下幾個(gè)函數： ①configIntSPIx SPI中斷配置函數。該函數可以對sPI接口的中斷使能位以及中斷優(yōu)先級進(jìn)行配置，返回值為空。 ②CloseSPlx關(guān)閉SPI接口。 ③DataRdySPlx SPl接口數據就緒。該函數用來(lái)判斷SPI接收緩沖區中是否有數據等待讀出。若返回值為1，表示緩沖區中數據已經(jīng)就緒，等待讀出；若返回值為0，則標示緩沖區為空。 ④ReadSPIx讀SPI接口緩沖區。 ⑤WriteSPIx向SPI接口發(fā)送緩沖區寫(xiě)數據。 ⑥OpenSPIx打開(kāi)SPI接口。該函數包含2個(gè)參數：configl和config2。configl中包含對SPI接口操作模式的配置信息，將寫(xiě)入控制寄存器；config2中包含SPI的狀態(tài)信息，將寫(xiě)入狀態(tài)寄存器。該函數在打開(kāi)SPI接口的同時(shí)完成對其的配置。 ⑦puasSPIx函數將一個(gè)字符串數據寫(xiě)入到發(fā)送緩沖區中。 ⑧getsSPIx函數將從接收緩沖區讀人指定長(cháng)度的字符串數據，并轉存到指定的空間。 除了這8個(gè)函數以外，該庫還提供了相應的宏指令完成同樣的功能，可以在程序中方便地使用。 5 lSD4002 ISD4002工作于SPI串行接口。SPI協(xié)議是一個(gè)同步串行數據傳輸協(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。對ISD4002而言，在時(shí)鐘上升沿鎖存MOSI引腳數據．存下降沿將數據送至MISO引腳．協(xié)議具體內容如下： ①所有串行數據傳輸開(kāi)始于SS下降沿； ②SS在傳輸期間必須保持為低電平，在兩條指令之間保持為高電平； ③數據在時(shí)鐘上升沿移入，在下降沿移出； ④SS變低，輸入指令和地址之后，ISD才會(huì )開(kāi)始錄放動(dòng)作； ⑤指令格式是10位地址碼加6位控制碼； ⑥ISD的任何操作(含快進(jìn))如果遇到EOM或OVF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使用讀指令會(huì )使中斷狀態(tài)為移出ISD的MISO引腳時(shí)，控制及地址數據也同步從MOSI移入； ⑧所有操作在運行位(RUN)置1時(shí)開(kāi)始，置0時(shí)結束； ⑨所有指令都在SS上升沿開(kāi)始執行。 其時(shí)序如圖2所示。 對于ISD4002，器件延時(shí)TPUD(8kHz采樣時(shí)，約為25 ms)后才能開(kāi)始操作；因此，用戶(hù)發(fā)完上電指令后，必須等待TPUD.才能發(fā)出一條操作指令。下面是典型的操作。 從00處發(fā)音，應遵循如下時(shí)序： 發(fā)POWERUP命令； 等待TPUD(上電延時(shí))； 發(fā)地址值為00的SFTPLAY命令； 發(fā)PLAY命令。 器件會(huì )從00地址開(kāi)始放音，當出現EOM時(shí)，立即中斷，停止放音。 如果從00處錄音，則按以下時(shí)序； 發(fā)POWER UP命令； 等待TPUD(上電延時(shí))； 發(fā)POWER UP命令 等待2倍TPUD； 發(fā)地址值為00的SETREC命令； 發(fā)REC命令。 器件便從00地址開(kāi)始錄音，一直到出現OVF(存儲器末尾)時(shí)，錄音停止。其工作時(shí)序如圖3所示。 6 電路設計 本電路采用dsPICC30F6014數字信號控制器，通過(guò)3個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)控制ISD4002錄放音芯片的動(dòng)作。S1、S2、S3分別接到控制器外部中斷INTl、INT2、INT3上。當按下S1時(shí)，開(kāi)始錄音，再次按下S1時(shí)停止錄音。如此反復即可實(shí)現多段錄音。同理，按下S2時(shí)開(kāi)始放音，再次按下S2是停止放音。如此反復順序播放多段錄音。按下S3關(guān)機。 (1)硬件電路設計 電路原理如圖4所示。整個(gè)電路由語(yǔ)音錄放電路、話(huà)筒輸入電路、按鍵開(kāi)關(guān)電路及LCD顯示電路構成。由于本設計輸出直接驅動(dòng)普通耳機，經(jīng)實(shí)驗不需外部功放電路，直接利用ISD4002內部功放輸出即可。ISD4002作為從機，其SPI接口的MOSI接控制器的SDO；MISO接控制器的SDI；SCLK接SCK；SS接控制器的SS即可。LCD用于人機交互的界面顯示。 (2)軟件設計 程序包括主程序以及幾個(gè)子程序。主程序中，在完成初始化的工作之后，進(jìn)入一個(gè)while循環(huán)，等待響應按鍵觸發(fā)的中斷，若有按鍵按下，則進(jìn)入相應的中斷服務(wù)程序。在按鍵S1的中斷服務(wù)程序中，設置一個(gè)標志變量，Sl每按下一次，標志變量取反，用來(lái)控制錄音及停止錄音。同理，S2的中斷服務(wù)程序中也設置一個(gè)標志變量，控制開(kāi)始放音及停止放音。S3的中斷服務(wù)程序中則發(fā)送Power-Down指令關(guān)機。程序清單中給出了主程序以及中斷服務(wù)程序，另外包括LCD驅動(dòng)程序以及dsPIC的SPI函數庫等。 7 總 結 該電路易于實(shí)現，功能簡(jiǎn)單實(shí)用，可擴展性較好；輸出聲音清晰、自然。如要增加錄音時(shí)間，可選用ISD4000系列的其他芯片，程序基本相同。另外，在設計過(guò)程中有以下幾點(diǎn)事項需要注意： ①在SPI的數據傳輸中，不同芯片所定義的傳輸順序可能不同，因此要注意是先傳高位還是先傳低位。ISD4002要求先傳高位數據，如果與主芯片所定義的順序相反，則只要把指令碼反過(guò)來(lái)傳即可。 ②由于ISD4002要求在時(shí)鐘前半個(gè)周期把數據放在傳輸線(xiàn)上，因此，在使用dsPIC的SPI函數庫時(shí)需要注意SPI初始化。在本設計中，使用的配置為SPl—CKE—ON&CLK_P0L_ACTIVE_HIGH。 以上兩點(diǎn)可能會(huì )幫助解決一些常見(jiàn)問(wèn)題。 |
