 Hans Journal of Wireless Communications 无线通信, 2012, 2, 65-68 http://dx.doi.org/10.12677/hjwc.2012.24012 Published Online November 2012 (http://www.hanspub.org/journal/hjwc.html) Audio Acquisition and Wir eless Transmission for High-Performance Embedded Processors Lingyun Song, Yaxia Liu School of Information Engineering, Beijing Institute of Fashion Technology, Beijing Email: gxysly@bift.edu.cn, gxylyx@bift.edu.cn Received: Sep. 5th, 2012; revised: Sep. 16th, 2012; accepted: Sep. 25th, 2012 Abstract: This paper briefly describes a method based on TI’s TMS320VC5509A DSP, TLV320AIC23 audio codec chip and CC1110 wireless transceiver modules to act as the acquisition and wireless transmission of audio. This paper briefly introduces some main features and functions of the TMS320VC5509A, TLV320AIC23 and CC1110 wireless high-frequency module. Also, the circuits of the TMS320VC5509A, TLV320AIC23 and CC1110 for acquisition and wireless transmission of audio is designed. This paper aims at providing a reference method to solve the problem of audio’s acquisition and transmission. Keywords: DSP; Audio Collection; I2C; RS232; McBSP; CC1110 针对高性能嵌入式处理器的语音采集与无线传输 宋凌云，刘亚侠 北京服装学院信息工程学院，北京 Email: gxysly@bift.edu.cn, gxylyx@bift.edu.cn 收稿日期：2012 年9月5日；修回日期：2012年9月16 日；录用日期：2012 年9月25 日 摘 要：本文介绍了基于TI 的TMS320VC5509A DSP、TLV320AIC23 语音编解码芯片和CC1110 无线收发模块 等来实现无线语音的采集与传输。文中介绍了 TMS320VC5509A、TLV320AIC23、和 CC1110 无线收发模块主 要特点和功能，设计了接口电路，实现了对语音的采集和无线传输，为解决语音采集和传输问题提供了一种参 考方法。 关键词：数字信号处理器；音频采集；I2C；RS232；McBSP；CC1110 1. 引言 近年来，随着各种无线通信技术的迅猛发展，人 们的生活质量和工作效率得到了极大地提高。然而， 在日常生活中，享受无线通信技术带来的便利同时， 我们仍然被各式各样的电缆和处理器的处理速度所 约束，所以高性能嵌入式处理器无线通信技术领域有 着不可替代的作用。 本文采用 TI 公司的 TMS320VC5509A 作为核心 处理器，可大幅提升处理语音处理等涉及大数据量的 实时通信的场合，同时采用了TI 的CC1110 芯片，它 支持 ZigBee 协议，与目前流行的蓝牙、红外等无线 传输技术相比，ZigBee 具有较低的复杂度，更低的成 本和最少的功耗，再配合TI 的高性能立体声音编解 码芯片 TLV320 AIC23，设计了一个高性能低功耗无线 语音采集传输系统。通过该系统可实现语音的采集和 无线传输，实时性较高，效果理想，可以用于小范围 的广播，各类无线收发设备，教室教学系统，温度的 无线采集，工业自动控制等方面。 Copyright © 2012 Hanspub 65  针对高性能嵌入式处理器的语音采集与无线传输 2. 无线音频采集系统及其原理框图 在本设计中，系统以 TMS320VC5509A 为核心， 由音频编解码芯片TLV320AIC23，无线接收和发送模 块两部分组成。整个系统实现的原理框图如图l所示。 DSP 芯片选择以PGE 形式封装的 TMS320VC5509A， TMS320VC5509A 是TI 公司近年来推出的高性能、低 功耗的 DSP 芯片，最高主频可达 200 MHZ，其内核 电压仅为 1．6 V，IO 引脚电压 3.3 V，加以低功耗 IDLE 指令，非常适合低功耗的便携设备。TMS320C5509A 具有多种接口，可以通过 McBSP 接收和发送来自和 去往音频芯片的大数据量的语音数据，同时通过 EMIF 接口配置大容量的SDRAM 来提供的语音数据 缓冲[1]。 音频部分采用TI 的TLV320AIC23 语音编解码芯 片。TLV320AIC23 是TI 公司推出的一款高性能立体 声音频编解码器，内置耳机输出放大器，支持 mic 和 line in二选一的输入方式。输入和输出都具有可编程 的增益调节功能。TLV320AIC23 的模/数转换器(ADC) 和数/模转换器(DAC)集成在芯片内部，采用先进的 Σ 一△过采样技术，可以在 8 kHz 至96 kHz 的采样率下 提供 16 bit、20 bit、24 bit 和32 bit 的采样数据。ADC 和DAC 的输出信噪比分别可达 90 dB和100 dB。同 时。TLV320AIC23 还具有很低的功耗(回放模式为 23 mW，节电模式为 15 μw)。上述优点使得 TLV320 AIC23 成为一款非常理想的音频编解码器，与 TI 的 DSP 系列相配合更是相得益彰[2]。 无线收发部分采用 TI 公司的 CC1110 芯片， CC1110 内含高性能和低功耗的 8051 微控制器核心， 433 MHz、868/915 MHz(CC1110)、2.4 GHz(CC2510) 的RF 无线电收发机，具有优良的无线接收灵敏度和 强大的抗干扰能力，稳定性能好[3]。CC1110 无线收发 Figure 1. Block diagram of wireless audio acquisition 图1. 无线语音采集系统方框图 一体芯片和蓝牙一样，也是工作在 2.4 GHz 自由频段， 能够在全球无线市场畅通无阻，同时CC1110支持多 点间通信，CC1110 高频无线模块工作时的电流损耗 为16 mA 和18 mA，在接收和发射模式下，电流损耗 分别低于16.2 mA或16 mA，CC1110 休眠模式和转 换到主动模式的超短时间的特性，特别适合那些要求 电池寿命非常长的应用。 3. 音频采集和数据发送的具体实现 3.1. 语音采集与传输流程 语音模块由 TMS320VC5509A 和TLV320 AIC23 及相应外围电路组成，外设通过控制接口向 TLV320 AIC23 芯片内的可编程的寄存器传输配置命令，通过 向TLV320AIC23 控制接口发送命令修改TLV320AIC 23 片内控制寄存器内容来配置 TLV320AIC23 工作模 式，如 TLV320AIC23 采样率控制、音量控制、数字 音频接口格式控制、音频输入通道选择等操作。 TMS320VC5509A DSP 集成了 I2C[5]总线接口，在 本文设计中，DSP就是通过 I2C总线将初始化配置命 令发送到 TLV320 AIC23，配置完成后 TLV320AIC23 开始正常工作。语音信号的输入时，TLV 320AIC23 通过其中的 AD 转换采集输入的语音信号，每采集一 个信号后，将数据发送到 DSP的McBSP[4]接口上， DSP 可以读取到语音数据，每个数据为 16 bit无符号 整数，左右通道各有一个数值。而语音信号的输出时， DSP 可以将语音数据通过 McBSP 接口发送给 TLV320 AIC23，TLV320AIC23 的DA 器件将他们变成模拟信 号输出。 同时，DSP 的一个 McBSP 通道用 SPI 模式与 TLV 320AIC23 相连接。采用SPI 模式控制方便，传输效率 高，电路时序也比较简单，在音频芯片接口电路中可 以使用一下信号实现串行传输工作时序：1) BCLK-数 字音频接口时钟信号，TLV320AIC23 为主模式时，该 时钟由 TLV320AIC23 产生。当 TLV320AIC23 为从模 式时，该时钟由DSP 产生；2) LRCOUT-数字音频接 口ADC 方向的帧信号；3) DIN-数字音频接口 DAC 方向的数据输入；4) DOUT-数字音频接口 ADC 方向 的数据输出。BCLK 信号时钟决定着串行传输速率。 在LRCOUT 同步帧信号作用下，音频数据由DOUT 信号引脚从数字音频接口传向其他外设。TLV320AIC23 Copyright © 2012 Hanspub 66  针对高性能嵌入式处理器的语音采集与无线传输 Copyright © 2012 Hanspub 67 与DSP 连接示意图见图 2，连接原理图，见图 3。 值得注意的是，在电路设计过程中，如果DSP 使用内部是时钟，可以在 X2/CLKIN 引脚外接晶体电 路；若使用外部时钟则该引脚接外部时钟输入。由于 TLV320AIC23 中A/D 采样率的限制，AIC23的输入 时钟并不是任意的，必须要在AIC23 支持的频率中选 择。 Figure 3. TMS320VC5509A and TLV320AIC23 connection diagram Figure 2. TMS320VC5509 and TLV320AIC23 connection diagram 图3. T MS 3 20V C5 509 A与TLV320AIC23 连接原理图 图2. T MS 3 20V C5 50 9 与TLV320AIC23 的连接示意图 Figure 4. CC1110 wireless module circuit diagram 图4. CC1110无线模块电路图  针对高性能嵌入式处理器的语音采集与无线传输 3.2. TMS320VC5509A与无线收发 CC1110 模块连接原理 本文设计实现中，TMS320VC5509A 与CC1110 分别扩展出的标准RS232 9 针串行通讯接口并可以通 过串口线相互连接。TMS320VC5509A DSP可以通过 标准 TL16C550 串口芯片、MAX232 电平转换芯片以 及驱动电路来扩展出标准RS232 9 针串口。而CC1110 通过多功能 IO 口扩展 UART口，再接 MAX232 电平 转换芯片扩展出 RS232 9针串口。CC1110无线模块 电路见图4。 3.3. 软件测试结果 无线接收端 ZigBee 模块通过串口连接 PC机的串 口，从 PC上的串口调试助手观察接收端ZigBee 模块 接收到的字符串或音频数据。接收端 ZigBee模块接 收到的音频数据通过串口发送到DSP 评估板，DSP 会将数字音频数据通过 DA转换成模拟量经耳机接口 放送，通过耳机收听接收到的音频。通过 DSP 开发板 的USB口与一台 PC 相连，在CCS 软件下播放一段 音频，在DSP 开发板与另一台PC 机相连的终端，通 过耳机可以听到这段音频，实验结果表明该系统可以 实现语音的无线传输。 4. 结束语 本文所设计的系统，充分利用了 TMS320VC5509A 丰富的片上外设，采用 DSP内多通道缓冲串口(Mc BSP)高速采集来自和去往 AIC23 的语音数据，实时性 比较高。DSP、CC1110 扩展出来的标准 RS232 串行 通讯接口连接方便简单，为嵌入式系统的无线数据传 输提供了一种比较实用且经济的解决方案，适合于小 范围内的广播，各类无线收发设备，教室教学系统等 实际无线应用。本设计为实现语音的采集和无线传 输，提供了一种参考方法。 5. 致谢 文章受到北京市属高等学校人才强教计划资助， 北京市优秀人才资助和数字媒体北京市重点实验室 的资助。 参考文献 (References) [1] Texas Instruments. TMS320VC5509A fixed-point digital signal processor, 2004. http://www.ti.com [2] Texas Instruments. TlV320AIC23 data manual, 2002. http://www.ti.com [3] Texas Instruments. True system-on-chip with low power RF transceiver and 8051, MCU (Rev. G), 2008. http://www.ti.com. [4] Texas Instruments. TMS320VC5501/5502/5503/5507/5509/5510 DSP multichannel buffered serial port (McBSP) reference guide, 2005. http://www.ti.com [5] Texas Instruments. TMS320VC5501/5502/5503/5507/5509 DSP inter-integrated circuit (I2C) module reference guide, 2005. http://www.ti.com [6] 黄翠翠. 基于DSP 的语音编解码系统的设计与实现[D]. 北京 化工大学, 2010. Copyright © 2012 Hanspub 68 |