基于Kinetis微控制器和16位/24位MAX5556的立体声音频接口设计.doc
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1、基于Kinetis微控制器和16位24位MAX5556的立体声音频接口设计本文给出基于KineTIs MK60N512微控制器和16位24位音频数模转换器MAX5556的立体声音频接口设计。MK60N512由I2S总线向MAX55 56传输音频数据,输出音频信号经有源滤波器进行滤波,保证音频质量的同时提高其带负载能力。由MK60N512内部高性能可编程的增强型DMA向I2S模块传送音频数据,减轻微控制器内核的负担。引言MK60N512是飞思卡尔公司KineTIs系列微控制器集成度最高的芯片,它基于ARM CortexM4内核,具有功耗低、性能高、成本低的特点,旨在为嵌入式音频、汽车电子和电源管
2、理等提供灵活的解决方案。MAX5556是美信公司一款低功耗、立体声音频数模转换器(DAC),支持标准I2S总线协议,采样精度最高可达24位,采样率为250 kHz。采用-调制技术,能够对量化噪声进行有效整形,减小量化噪声。音频处理系统中,采用DMA实现音频数据在微控制器内的传输,能减少内核的参与,降低内核负担。系统的数据传输通道如图1所示,音频信号暂存在缓存区中,由DMA传输到I2S总线模块的发送电路。为了保持音频信号的连续性,采用乒乓RAM设计缓存。图中AB表示乒乓RAM的编号。1 MK60N512 I2S总线和eDMA介绍11 I2S总线模块MK60N512的I2S总线模块有3种基本操作模
3、式:普通模式、网络模式和门控时钟模式,针对音频上的应用,I2S总线模块还支持两种衍生模式:I2S总线模式和AC97模式。I2S总线模块的结构如图2所示,由发送电路、接收电路、串行时钟和帧同步时钟产生电路组成。STCK、SRCK分别为串行发送、接收时钟端口,STFS、SRFS为串行发送、接收帧同步端口,STXD、SRXD为串行发送和接收数据端口。在同步模式下,STCK端口被发送和接收单元共同使用。发送电路和接收电路均有两个FIFO,宽度为32位,深度为15。对发送数据寄存器TX0TX1和接收数据寄存器RX0RX1的写入与读取可以访问这些FIFO。发送逻辑将TX FIFO中的数据转移出来,装入发送
4、串行移位器TXSR,然后从STXD端口串行发送;接收逻辑将数据从输入的数据帧中转移出来后,将它们放入接收RXFIFO的入口。当TX FIFO中空缺数目或RX FIFO数据达到设定的数目时,会触发中断或者DMA传输。12 eDMAMK60N512的eDMA高度可编程,数据传输高度优化而几乎不需要CPU内核干预。与普通的DMA不同,eDMA的传输由主循环(Major Loop)和辅循环(MinorLoop)组成。主循环由外设自动触发,每次主循环结束后源地址、目的地址都会按照TCDn_SOFF、TCDn_DOFF寄存器中的值自动偏移而不需要CPU去修改。除了所有传输结束后产生中断申请外,eDMA还支
5、持半中断,即主循环完成总循环次数一半时产生中断申请,这特别适合乒乓RAM设计。2 MAX5556介绍21 引脚定义和内部结构MAX5556内部结构如图3所示,MCLK为主时钟,LRCLK为左右声道选择时钟,SCLK为外部串行时钟,SDATA为串行音频输入,OUTLOUTR为左右声道输出。串行接口模块获取音频数据后,由内置数字插值器、滤波器对其进行滤波,以去除基带音频信号携带的谐波噪声;音频数据经-调制器调制后由DAC转换,输出的模拟信号经由内部的模拟低通滤波器进行滤波,衰减高频量化噪声;内置输出缓存器能驱动大于3 k的负载电阻和高达100 pF的负载电容;最终模拟音频信号从OUTLOUTR输出
6、。22 工作模式MAX5556支持外部串行时钟模式和内部串行时钟模式。在一个LRCLK周期内,若检测到有效的SCLK,则进入外部串行时钟模式,SCLK作为采样时钟;如果检测不到有效的SCLK,则进入内部串行时钟模式,采样时钟由内部生成。内部采样时钟的频率根据检测到的MCLK与LRCLK的比值确定,若MCLK与LRCLK的比值为384,则内部采样时钟频率为48fLRCLK;若MCLK与LRCLK的比值为256或512,则内部采样时钟频率为32 fLRCLK。23 数据格式MAX5556支持左对齐16位或者24位数据格式。当其工作在外部串行时钟模式,或工作在内部串行时钟模式,且同时MCLK与LRC
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