TMS320C6713DSP在音乐喷泉控制系统中的应用

　

概要：为n，系统总的结构如图(1)所示。具体设计芯片及功能模块介绍TLV320AIC23(简称AIC23)是一个高性能的多媒体数字语音编解码器，它的内部ADC和DAC转换模块带有完整的数字滤波器。内部有11个16位寄存器，控制接口具有SPI和I2C工作方式。数据传输宽度可以是16位，20位，24位和32位，采样频率范围支持从8kHz到96kHz。在ADC采集达到96kHz时噪音为90-dBA，能够高保真的保存音频信号。在DAC转换达到96kHz时噪音为100-dBA，能够高品质的数字回放音频。图1 总体设计框图TMS320C6713是TI公司生产的一种高速数字信号处理器(DSP)，他采用先进的超长指令字(VLIW)结构，每时钟周期可以执行8条32b指令，最高时钟频率可以达到300MHz，指令周期最小3.3ns。该芯片具有丰富的片内存储器资源和多种片上外设，外部总的存储器地址空间最大512MB，数据宽度为32b，可以支持SBRAM，SDRAM，SRAM，FALSH和EPROM。TMS320C6713中有两个多通道缓冲串口(McBSP)，可以方便地利用这两个McBSP完成对AIC23的控制和通信。硬件连接TMS320C6713与TLV320AIC23的连接TMS320C6713的两个多通道缓冲

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引言

音乐喷泉是现代科技与艺术的综合，利用喷泉来表现音乐的美，令人赏心悦目。目前许多单位均推出了自己的音乐喷泉，取得了良好的效果。但纵观这些音控产品，有的利用音乐的时域变化来控制喷泉，有的将音乐分成几个频段来控制喷泉的花型，且多采用低频、中频和高频三个频段来控制。缺点是都没有在频域上很好地展现音乐，因此不能很好地体现音乐的内涵。本设计针对这些问题，提出了一种新的方法来控制喷泉的变化，通过喷泉水柱的喷射高低来实时地展现音乐的频谱。

总体设计

首先对音频信号进行放大、滤波、采样和A/D转换等预处理，经过DSP对音频信号进行傅立叶变换，可以得到音频信号的频谱，即各频率对应声音信号的强度，通过变频控制系统就可以将频谱图用喷泉的水柱表现出来，水柱的高低按线性比例反映音频信号的幅度。设每次对音频信号的采样个数为n，系统总的结构如图(1)所示。

具体设计

芯片及功能模块介绍
TLV320AIC23(简称AIC23)是一个高性能的多媒体数字语音编解码器，它的内部ADC和DAC转换模块带有完整的数字滤波器。内部有11个16位寄存器，控制接口具有SPI和I2C工作方式。数据传输宽度可以是16位，20位，24位和32位，采样频率范围支持从8kHz到96kHz。在ADC采集达到96kHz时噪音为90-dBA，能够高保真的保存音频信号。在DAC转换达到96kHz时噪音为100-dBA，能够高品质的数字回放音频。

图1 总体设计框图

TMS320C6713是TI公司生产的一种高速数字信号处理器(DSP)，他采用先进的超长指令字(VLIW)结构，每时钟周期可以执行8条32b指令，最高时钟频率可以达到300MHz，指令周期最小3.3ns。该芯片具有丰富的片内存储器资源和多种片上外设，外部总的存储器地址空间最大512MB，数据宽度为32b，可以支持SBRAM，SDRAM，SRAM，FALSH和EPROM。

TMS320C6713中有两个多通道缓冲串口(McBSP)，可以方便地利用这两个McBSP完成对AIC23的控制和通信。

硬件连接

TMS320C6713与TLV320AIC23的连接
TMS320C6713的两个多通道缓冲串口分别配置成I2C模式和SPI模式McBSP0作为数据的发送端口，McBSP1作为控制端口，对AIC23写控制字TMS320C6713与AIC23的硬件连接图如图2所示。

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当采用大小为8位时，那么声音的最大和最小的幅度比为256，则：20log(256)=48dB，当采用大小为16位时，那么声音的最大和最小的幅度比为65536，则：20log(65536)=96dB此时最大声强已经接近于人耳的极限。本设计中样本大小选用16位。

3)数据采集的实现

程序设计步骤如下：
a)初始化多通道缓冲串口0和1。
对多通道缓冲串口的初始化是通过配置其寄存器来完成的。串口0配置成方式，串口0各寄存器配置如下：串口配置控制寄存器SPCR=0xC30003；接口控制寄存器PCR=0x03；接收控制寄存器RCR=0x0140；发送控制寄存器XCR=0x0140。串口1配置成SPI方式，串口1各寄存器配置如下：串口配置控制寄存器SPCR=0xC51000；接口控制寄存器PCR=0xa0a；接收控制寄存器RCR=0；发送控制寄存器XCR=0x10040。

b)配置TLV320AIC23
AIC23内部有11个16位寄存器，这16位控制字中，B[15—9]为寄存器的地址，B[8—0]为要写入寄存器的数据。对本设计写入这11个寄存器的数值如下：左声道输入控制=0x17；右声道输入控制=0x17；左耳机通道控制=0x7f；右耳机通道控制=0x7f；模拟音频通道控制=0x1c；数字音频通道控制=0x1；启动控制=0；数字音频格式=0x4f；样本速率控制=0x3f；数字界面激活=0x01；初始化寄存器=0。

c)启动转换，进行A/D转换，将转换后的数据存储在DSP的内部存储器中，每次采用128点。

实例

图5为在DSP的软件环境CCS2.0下仿真输出的音频信号频谱波形，图6为音频信号的时域波形。每次采样数为128，采样频率设为44.1kHz，样本大小为16位。

图5 音频信号频谱图

图6 音频信号时域波形

结束语

本文给出了一种新的音乐喷泉的设计方案，提出了通过喷泉水柱的高低变化来展现音乐信号的频谱的方法，利用DSP和音频编解码芯片在音频信号处理中的优点，将二者很好地应用于音乐喷泉系统中。详细地阐述了TMS320C6713与音频codecAIC23接口的软件编程与硬件系统设计。这一方案在Code Composer Studio(CCS2.0)环境下运行仿真器进行软件硬件联合调试时取得了较好的效果，证实了设计的成功和方案的可用性。本方案不仅可以作为音乐喷泉的前端控制系统设计，如果加上一个LCD显示和一些控制电路，还可以作为便携式音频信号频谱分析仪的模型。
 

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变频控制系统设计
变频控制系统是由变频控制器、变频分配器和变频器构成。对于8路以下的控制系统变频控制系统可采用图3所示的控制方法。

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