基于SPI實(shí)現(xiàn)dsPlC與ISD語(yǔ)音芯片的通信設(shè)計(jì)
介紹dsPIc數(shù)字信號(hào)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(kù)函數(shù)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(shù)字信號(hào)控制器。它結(jié)合了單片機(jī)的控制優(yōu)點(diǎn)及數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的高速運(yùn)算特性,為嵌入式系統(tǒng)提供了單一芯片解決方案。它繼承了PlC單片機(jī)系列的哈佛總線結(jié)構(gòu)和精簡(jiǎn)指令集(RISC)技術(shù),以及尋址方式簡(jiǎn)單、運(yùn)行速度快、功耗低、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)集成了主板級(jí)的DSP功能,能夠提供強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)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(shè)備進(jìn)行通信互聯(lián)。本文介紹使用dsPIC數(shù)字信號(hào)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(hào)為dsPIc30F6014。
2 ISD系列語(yǔ)音錄放芯片
ISD系列語(yǔ)音芯片是美國(guó)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(chǔ)(Chip Corder)專利技術(shù),聲音不需要A/D轉(zhuǎn)換和壓縮,每個(gè)采樣直接存儲(chǔ)在片內(nèi)的閃爍存儲(chǔ)器中,避免了A/D轉(zhuǎn)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(nèi)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(chǔ)陣列等,只需要很少的外圍器件即可構(gòu)成一個(gè)完整的語(yǔ)音錄放系統(tǒng)。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、6.4 Hz、8.O Hz,頻率越低,錄放時(shí)間越長(zhǎng),但音質(zhì)會(huì)有所下降;片內(nèi)信息存于閃爍存儲(chǔ)器中,可在斷電情況下保存100年(典型值),反復(fù)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)電話及其他便攜式電子產(chǎn)品。本設(shè)計(jì)使用的芯片型號(hào)為ISD4002,單片錄放時(shí)間為120 s。
3 SPI接口介紹
SPI是由美國(guó)摩托羅拉公司推出的一種同步串行傳輸規(guī)范,常作為單片機(jī)外設(shè)芯片串行擴(kuò)展接口。SPI有4個(gè)引腳:SS(從器件選擇線)、SDO(串行數(shù)據(jù)輸出線)、SDI(串行數(shù)據(jù)輸入線)和SCK(同步串行時(shí)鐘線)。SPI可以用全雙工通信方式同時(shí)發(fā)送和接收8(16)位數(shù)據(jù),過(guò)程如下:主機(jī)啟動(dòng)發(fā)送過(guò)程,送出時(shí)鐘脈沖信號(hào),主移位寄存器的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(jī)接收緩沖器滿標(biāo)志位(BF)和中斷標(biāo)志位(SSPIF)置“1”。同理,從移位寄存器中的8位數(shù)據(jù)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.主接收緩沖器滿標(biāo)志位(BF)和中斷標(biāo)志位(SSPIF)置“1”。主CPU檢測(cè)到主接收緩沖器的滿標(biāo)志位或者中斷標(biāo)志位置1后,就可以讀取接收緩沖器中的數(shù)據(jù)。同樣,從CPU檢測(cè)到從接收緩沖器滿標(biāo)志位或中斷標(biāo)志位置1后,就可以讀取接收緩沖器中的數(shù)據(jù),這樣就完成了一次相互通信過(guò)程。這里設(shè)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(shù)庫(kù)
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(shù)據(jù)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(dāng)對(duì)接收或發(fā)送緩沖寄存器操作時(shí),都只能對(duì)SPIxBUF進(jìn)行操作,而不能直接對(duì)SPIxRBF或SPIxTBF進(jìn)行操作。SPIxCON是控制寄存器,用來(lái)對(duì)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(biāo)示SPI模塊所處的狀態(tài)。
通過(guò)對(duì)控制寄存器的配置,可以將SPI模塊設(shè)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(duì)時(shí)鐘邊沿、時(shí)鐘分頻倍數(shù)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(kù)可以方便地完成這些配置工作。
dsPIC Language Tools Libraries是MictoChip公司提供給開發(fā)者的一套工具庫(kù),其中主要含3個(gè)子庫(kù).DSP庫(kù),提供常用的DSP函數(shù);外圍接口庫(kù),提供對(duì)dsPIC系列所有外圍接口的驅(qū)動(dòng)函數(shù),包括SPI接口;標(biāo)準(zhǔn)C及數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù),我們使用其中的外圍接口庫(kù)中的SPI庫(kù)函數(shù)即可。SPI庫(kù)中主要包括以下幾個(gè)函數(shù):
①configIntSPIx SPI中斷配置函數(shù)。該函數(shù)可以對(duì)sPI接口的中斷使能位以及中斷優(yōu)先級(jí)進(jìn)行配置,返回值為空。
②CloseSPlx關(guān)閉SPI接口。
③DataRdySPlx SPl接口數(shù)據(jù)就緒。該函數(shù)用來(lái)判斷SPI接收緩沖區(qū)中是否有數(shù)據(jù)等待讀出。若返回值為1,表示緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)已經(jīng)就緒,等待讀出;若返回值為0,則標(biāo)示緩沖區(qū)為空。
④ReadSPIx讀SPI接口緩沖區(qū)。
⑤WriteSPIx向SPI接口發(fā)送緩沖區(qū)寫數(shù)據(jù)。
⑥OpenSPIx打開SPI接口。該函數(shù)包含2個(gè)參數(shù):configl和config2。configl中包含對(duì)SPI接口操作模式的配置信息,將寫入控制寄存器;config2中包含SPI的狀態(tài)信息,將寫入狀態(tài)寄存器。該函數(shù)在打開SPI接口的同時(shí)完成對(duì)其的配置。
⑦puasSPIx函數(shù)將一個(gè)字符串?dāng)?shù)據(jù)寫入到發(fā)送緩沖區(qū)中。
⑧getsSPIx函數(shù)將從接收緩沖區(qū)讀人指定長(zhǎng)度的字符串?dāng)?shù)據(jù),并轉(zhuǎn)存到指定的空間。
除了這8個(gè)函數(shù)以外,該庫(kù)還提供了相應(yīng)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(shù)據(jù)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(duì)ISD4002而言,在時(shí)鐘上升沿鎖存MOSI引腳數(shù)據(jù).存下降沿將數(shù)據(jù)送至MISO引腳.協(xié)議具體內(nèi)容如下:
①所有串行數(shù)據(jù)傳輸開始于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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)也同步從MOSI移入;
⑧所有操作在運(yùn)行位(RUN)置1時(shí)開始,置0時(shí)結(jié)束;
⑨所有指令都在SS上升沿開始執(zhí)行。
6 電路設(shè)計(jì)
本電路采用dsPICC30F6014數(shù)字信號(hào)控制器,通過(guò)3個(gè)按鍵開關(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(dāng)按下S1時(shí),開始錄音,再次按下S1時(shí)停止錄音。如此反復(fù)即可實(shí)現(xiàn)多段錄音。同理,按下S2時(shí)開始放音,再次按下S2是停止放音。如此反復(fù)順序播放多段錄音。按下S3關(guān)機(jī)。
(1)硬件電路設(shè)計(jì)
電路原理如圖4所示。整個(gè)電路由語(yǔ)音錄放電路、話筒輸入電路、按鍵開關(guān)電路及LCD顯示電路構(gòu)成。由于本設(shè)計(jì)輸出直接驅(qū)動(dòng)普通耳機(jī),經(jīng)實(shí)驗(yàn)不需外部功放電路,直接利用ISD4002內(nèi)部功放輸出即可。
ISD4002作為從機(jī),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(jī)交互的界面顯示。
(2)軟件設(shè)計(jì)
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(yīng)按鍵觸發(fā)的中斷,若有按鍵按下,則進(jìn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。在按鍵S1的中斷服務(wù)程序中,設(shè)置一個(gè)標(biāo)志變量,Sl每按下一次,標(biāo)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(shè)置一個(gè)標(biāo)志變量,控制開始放音及停止放音。S3的中斷服務(wù)程序中則發(fā)送Power-Down指令關(guān)機(jī)。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(qū)動(dòng)程序以及dsPIC的SPI函數(shù)庫(kù)等。
7 總 結(jié)
該電路易于實(shí)現(xiàn),功能簡(jiǎn)單實(shí)用,可擴(kuò)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(shè)計(jì)過(guò)程中有以下幾點(diǎn)事項(xiàng)需要注意:
①在SPI的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù),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(shù)據(jù)放在傳輸線上,因此,在使用dsPIC的SPI函數(shù)庫(kù)時(shí)需要注意SPI初始化。在本設(shè)計(jì)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。
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