Mạch DE2 có thể được sử dụng để thực thi những phân loại rộng của những dự án thiết kế.
Ứng dụng TV box
Hình 1.4.3 Ứng Dụng TV Box
¾ Giải mã TV chất lượng cao
¾ Chất lượng CD âm thanh 24 bit
¾ Màn hình VGA
¾ Đúng tiêu chuẩn cho ứng dụng cho video
¾ Tất cả mã nguồn driver phần mềm cho Nios® II
USB Mouse Paintbrush
Hình 1.4.4 USB Chuột Paintbrush
¾ Phần mềm USB máy chủ và thiết bị cho Nios II
¾ Cung cấp ví dụ của bộ đệm video SRAM Karaoke Machine và SD music player
Hình 1.4.5 Karaoke Machine và SD Music Player
¾ CD chất lượng âm thanh 24 bit
¾ Đúng tiêu chuẩn cho ứng dụng audio
Chương II
Audio Codec W8731/L II.1 Giới Thiệu Về AUDIO CODEC W8731/L
WM8731 là một audio CODEC công suất thấp được thiết kế đặc biệt cho sản phẩm audio linh động. Nó tiện lợi và tiêu thụ điện áp thấp phù hợp cho ý tưởng tạo ra những sản phẩm MP3 Player và Mini-disc Player.
CODEC bao gồm những đường và ngõ vào microphone tới ADC on-board, đường và ngõ ra headphone từ DAC on board, một máy tạo dao động, định cấu hình giao diện digital audio và lựa chọn giao diện điều khiển 2 hay 3 dây MPU. Nó hoàn toàn tương thích là một ý tưởng kết hợp cho một phần của bộ vi xử lý, mạch điều khiển, và DSP chuẩn công nghiệp.
CODEC bao gồm 3 loại tín hiệu vào – mono microphone và stereo line. Line tín hiệu vào có thể điều chỉnh cấp độ âm thanh từ +12dB tới -34dB và mute. Tín hiệu vào microphone có thể điều chỉnh từ -6dB đến 34dB. Tất cả quy định bộ lọc tín hiệu vào được chứa vào trong thiết bị không có thành phần bên ngoài quy định.
Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số trên âm thanh nổi on-board là chất lượng cao dùng nhiều bit bậc cao trên việc mẫu cấu trúc phân phối thực thi tốt nhất mà tiêu thụ năng lượng thấp. Tín hiệu ngõ ra từ ADC có sẵn trên giao diện audio tín hiệu số. ADC bao gồm một tín hiệu số tùy chọn cao qua bộ lọc tới
ADC bao gồm một tùy chọn số dùng gỡ bỏ phần không cần thiết từ tín hiệu audio.
Bộ chuyển đổi tín hiệu số sang tương tự on-board chấp nhận tín hiệu số audio từ giao diện tín hiệu số audio. Bộ lọc tín hiệu số ở 32 kHz, 44.1 kHz, 48 kHz có thể áp dụng dữ liệu tín hiệu số dưới dạng phần mềm điều khiển. DAC tận dụng kiểu cấu trúc oversampling đa tầng - khá cao- có chất lượng tốt để thực hiện công việc với hiệu suất tốt nhất mà lại tiêu thụ ít năng lượng
Tín hiệu ra DAC, microphone (SIDETONE) và Line ngõ vào (BYPASS) được cung cấp sẵn cả 2 mức line và một bộ khuếch đại âm thanh headphone. Âm lượng tín hiệu ra headphone có thể điều chỉnh trong tín hiệu tương tự ở mức +6dB đến -73dB và có thể mute.
Thiết kế WM8731/L phải chú ý nhiều đến tiêu thụ điện năng mà không ảnh hưởng đến hiệu suất. Nó bao gồm việc khéo léo trong lựa chọn tắt điện năng của mạch dưới dạng phần mềm điều khiển, làm như thế để bảo tồn điện năng. Cách lưu năng lượng khác là định dạng trong phần mềm điều khiển bao gồm chế độ standby và tắt nguồn. Kỹ thuật đặc biệt cho phép audio có thể bị mute và thiết bị đặt trong tình trang standby một cách an toàn, phần thiết bị được tắt nguồn và mức âm thanh được tự điều chỉnh. Vì thế chế độ standby và power off có thể được tận dụng trong phần mềm điều khiển, bất cứ khi nào đang ghi âm hay đang nghe mà không cần đến.
Thiết bị phục vụ cho tốc độ mẫu khác nhau bao gồm các chuẩn 8kHz, 32kHz, 44.1 kHz, 48 kHz, 88.2 kHz và 96 kHz. Ngoài ra, thiết bị có một ADC và DAC có thể hoạt động ở tốc độ mẫu khác nhau. Có 2 sự phối hợp duy nhất đặc trưng trong tốc độ mẫu được lập trình của WM8731/L. Chuẩn thông thường là tốc độ 256/384fs có thể được dùng, với khả năng thêm vào tốc độ lấy mẫu khác. Hơn nữa chế độ USB đặc biệt được bao gồm bên trong, nhờ đó tất cả tốc độ mẫu audio có thể được tạo ra từ xung clock USB 12.00MHZ. Theo cách đó, ví dụ, DAC có thể ghi vào DSP ở tốc độ 44.1kHz và chạy lại từ CODEC với tốc độ 8kHz mà không cần phụ thuộc vào tiến trình xử lý tín hiệu số bên ngoài. Bộ lọc kỹ thuật số sử dụng ghi và nghe lại khách quan cho mỗi tốc độ được sử dụng. Ngõ ra ký số hóa sẵn có trong một số định dạng dữ liệu audio chế độ I2S, DSP, MSB-First, left justified và MSB-First, right justified. Giao diện audio số có thể hoạt động cả 2 chế độ Master hoặc Slave.
Phần mềm điều khiển sử dụng giao diện MPU 2 hoặc 3- Wire.
Máy tạo dao động được bao gồm trên board của thiết bị. Thiết bị có thể tạo ra hệ thống master clock hoặc nó có thể chấp nhận một master clock bên ngoài từ hệ thống audio.
Hình 2.1.1 SơĐồ Khối Chức Năng WM8731/L
II.1.1 Đường Dẫn Line Input
WM8731/L cung cấp 2 line tín hiệu vào trái và phải (RLINEIN và LLINEIN). Những tín hiệu ngõ vào có trở kháng cao và có điện dung thấp. điều này phù hợp với nhận tín hiệu ở mức Line từ thiết bị hi-fi hay audio bên ngoài.
Cả hai Line ngõ vào có thể lập trình độc lập điều chỉnh mức độ âm thanh và ngõ vào ADC mute. Lược đồ được mô tả trong hình 2. Bộ lọc bị động RF và bộ lọc tích cực Anti-Alias thì kết hợp chặt chẽ với nhau trong Line ngõ vào. Điều này ngăn cản alias tần số cao vào trong băng tần audio hay làm giảm giá trị thực hiện.
Hình 2.1.2 Lược Đồ Line Ngõ Vào.
Kết quả thu được giữa Line ngõ vào và ADC là có thể điều chỉnh từ +12dB đến -34.5dB. ADC làm giảm ngõ vào AVDD từ 3.3V xuống 1V. Bất kỳ điện thế lớn hơn làm giảm xuống sẽ có thể làm tràn ADC và vì thế không chính xác. Chú ý việc làm giảm ngõ vào phải kiểm tra AVDD ngay lập tức. Tuy nhiên, bằng cách đặt bit INBOTH trong khi lập trình điều khiển âm thanh, cả 2 kênh được cập nhật đồng thời với giá trị tương tự. Line ngõ vào đến ADC có thể mute trong vùng tín hiệu tương tự dưới dạng điều khiển phần mềm. Chú ý Line ngõ vào Mute chỉ Mute ngõ vào đến ADC, điều này cho phép tín hiệu Line ngõ vào đi qua ngõ ra trong chế độ ByPass.
Register
address Bit Nhãn Mặc Định Phần Mô Tả
4:0 LINVOL[4:0] 10111 ( 0dB )
Left Channel Line Input Volume Control 11111 = +12dB . . 1.5dB steps down to 00000 = -34.5dB 0000000 Left Line In 7 LINMUTE
1 Left Channel Line Input Mute to ADC
1 = Enable Mute 0 = Disable Mute
8
LRINBOTH
0 Left to Right Channel Line Input
Volume and Mute Data Load Control 1 = Enable Simultaneous Load of LINVOL[4:0] and LINMUTE to RINVOL[4:0] and RINMUTE 0 = Disable Simultaneous Load 4:0 LINVOL[4:0] 10111 ( 0dB )
Right Channel Line Input Volume Control 11111 = +12dB . .1.5dB steps down to 00000 = -34.5dB 7 LINMUTE
1 Right Channel Line Input Mute to ADC 1 = Enable Mute 0 = Disable Mute 0000001 Right Line In 8 LRINBOTH
0 Right to Left Channel Line Input
Volume and Mute Data Load Control 1 = Enable Simultaneous Load of RINVOL[4:0] and RINMUTE to LINVOL[4:0] and LINMUTE 0 = Disable Simultaneous Load
Bảng 3 Điều Khiển Phần Mềm Line Ngõ Vào
Những tín hiệu Line ngõ vào thế hiệu dịch bên trong suốt quá trình máy khuếch đại hoạt động đến VMID. Bất cứ khi nào các Line ngõ vào bị mute thiết bị dịch chuyển vào chế độ Standby, các Line ngõ vào được giữ lại thế hiệu dịch đến VMID
dùng chống lại va đập của mạch. Việc làm giảm bất kỳ tạp âm nào mà có thể nghe được khi ngõ vào hoạt động trở lại.
II.1.2 Ngõ Vào Microphone
MICIN là một ngõ vào trở kháng cao và có điện dung thấp phù hợp kết nối diện rộng của Microphone chỉ dùng 1 kênh âm thanh có độ nhạy và động.
MICIN bao gồm lập trình điều chỉnh âm thanh và chức năng mute.
Điều khiển phần mềm cho MICIN được trình bày trong bảng 3. Chú ý Microphone chỉ Mute tín hiệu đến ADC. Điều này cho phép tín hiệu vào Microphone
Đi qua ngõ ra trong chế độ Sidetone.
Register address Bit Nhãn Mặc Định Phần Mô Tả
0 MICBOOST 0 Microphone Input Level Boot 1 = enable Boost 0= disable Boost 00000100 Analogue Audio path control
1 MUTEMIC 1 Line Input Mute to ADC 1= enable MUTE
0= disable Mute
Bảng 4 Điều Khiển Phần Mềm Ngõ Vào Microphone.
Ngõ vào Microphone bị thế hiệu dịch bên trong suốt quá trình máy khuếch đại hoạt động đến VMID. Khi nào Line ngõ vào bị mute ngõ vào MICIN bị giữ lại hiệu dịch đến VMID dùng chống lại tiếng ồn của mạch. Điều này làm giảm tạp âm mà có thể nghe thấy khi ngõ vào hoạt động trở lại.
II.1.3 MICROPHONE BIAS
Ngõ ra MICBIAS cung cấp một âm thanh thấp điện thế phù hợp với dòng điện hiệu dịch microphone và kết hợp với điện trở bên ngoài mạng lưới bias.
Chú ý rằng nguồn max hiện thời là 3mA. Giới hạn này là giá trị nhỏ nhất của điện trở bias bên ngoài mà có thể sử dụng an toàn. Chú ý ngõ ra MICBIAS không hoạt động trong chế độ standby.
WM8731/L sử dụng ADC đa tầng multi-bit oversampled sigma-delta.
Sử dụng phản hồi đa bit và tốc độ oversampling cao làm giảm tác động đột ngột và âm thanh tần số cao. ADC làm giảm ngõ vào AVDD từ 3.3V xuống 1.0. Bất kì điện thế cao hơn làm giảm xuông sẽ làm tràn ADC và vì thế không chính xác. Chú ý việc làm giảm ngõ vào phải kiểm tra AVDD ngay lập tức. Thiết bị phụ vụ cho một cặp ADC. Ngõ vào có thể được lựa chọn hoặc từ Line ngõ vào hoặc từ ngõ vào Microphone dưới dạng điều khiển phần mềm. 2 kênh không thề được chọn đồng thời.
Register address Bit Nhãn Mặc Định Phần Mô Tả 00000100
Analogue Audio path control
2 INSEL 0 Microphone/Line Input Select To ADC
1= Microphone Input Select to ADC
0 = Line Input Select to ADC
Bảng 5 Điều Khiển Phần Mềm ADC
Dữ liệu số từ ADC được cấp cho tín hiệu xử lý đến bộ lọc ADC.
Bộ lọc ADC thực hiện xử lý tín hiệu 24 bit để chuyển đổi dữ liệu oversampled nhiều bit từ ADC đến tần số mẫu đúng thành ngõ ra trên giao diện audio số.
Bộ lọc số ADC chứa một tín hiệu số cao qua bộ lọc, có thể lựa chọn qua điều khiển phần mềm. Bộ lọc high-pass sẽ đáp ứng chi tiết trong trong đặc điểm của bộ lọc số. Khi bộ lọc high-pass được enable offset DC liên tục tính toán và trừ những tín hiệu vào. Bằng cách cài đặt HPOR tính toán cuối cùng giá trị offset dc được lưu trữ khi đó bộ lọc high-pass bị disable và sẽ tiếp tục trừ những tín ngõ vào. Nếu offset dc tahy đổi, việc lưu trữ và giá trị trừ sẽ không thay đổi trừ khi bộ lọc high-pass enable. Register
address Bit Nhãn Mặc Định Phần Mô Tả 0000101
Digital Audio
0 ADCHPD 0 ADC High Pass Filter Enable(Digital)
1= disable high pass filter 0 = enable High ass Filter path Control
4 HPOR 0 Store DC offset when high Pass Filter Disable
1= store offset 0 = clear offset
Bảng 6 Điều Khiển Phần Mềm ADC
Có vài kiểu bộ lọc khác nhau, đáp ứng tần số và đáp ứng pha. Những kiểu bộ lọc sẽ tự động cấu hình phụ thuộc vào chọn tốc độ mẫu.
II.1.5 Bộ Lọc DAC
Bộ lọc DAC thực hiện xử lý tín hiệu 24 bit để chuyển đổi dữ liệu audio số đến từ giao diện audio số ở tốc độ mẫu lý thuyết đến dữ liệu multi-Bit Oversample để xử lý bằng tín hiệu tương tự ADC.
Bộ lọc số DAC cá thể áp dụng dưới dạng điều khiển phần mềm. DAC có thể thực hiện mute mà dữ liệu audio dạng số mang đến mức độ mute. Việc thay đổi này chuyển đổi từng bước trong audio mà có thể cho kết quả khác nhau có thể nghe thấy trong ngõ ra audio.
Register
address Bit Nhãn Mặc Định Phần Mô Tả 0000101
Digital Audio path Control
2:1 DEEMP[1:0] 00 De-emphasis control(digital) 11= 48 kHz
10 = 44.1 kHz 01= 32 kHz 00 = disable
3 DACMU 1 DAC Soft Mute Control (digital)
1= enable soft Mute 0= disable soft mute
Bảng 7 Điều Khiển Phần Mềm DAC
DAC chuyển đổi dòng tín hiệu audio số đa tầng từ bộ lọc số DAC vào trong tín hiệu audio tương tự chất lượng cao.
II.1.6 Line Ngõ Ra.
WM8731/L cung cấp trở kháng thấp line ngõ ra là LLINEOUT và RLINEOUT, phù hợp với đặc tính load line của trở kháng 10K và điện dung 50pF. Line ngõ ra thường sử dụng có lựa chọn tổng hợp các ngõ ra từ các DAC or/and line ngõ vào trong chế độ bypass.
Các ngõ ra LLINEOUT và RLINEOUT chỉ có sẵn ở mức độ Line ngõ ra và không có điều chỉnh cấp độ trong vùng tín hiệu tương tự. Có giá trị gain cố định là 0dB. Mức độ cố định như vậy ở DAC làm giảm mức độ ngõ ra ở AVDD = 3.3V. Chú ý DAC làm giảm mức độ phải kiểm tra ngay lập tức với AVDD. Line ngõ ra bao gồm tín hiệu audio bậc thấp đi qua bộ lọc chuyển tiếp đến băng thành phần bên ngoài từ DAC sigma-delta. Vì thế không lọc thêm ra bên ngoài bị phụ thuộc vào phần lớn các ứng dụng.
Ngõ ra DAC, Line ngõ vào microphone được tổng hợp vào trong Line ngõ ra. Trong chế độ DAC chỉ có ngõ ra từ DAC được định tuyến đến line ngõ ra. Trong chế độ bypass Line ngõ vào tổng hợp vào trong Line ngõ ra. Trong chế độ Sidetone ngõ vào microphone được tổng hợp vào trong Line ngõ ra. Những đặc điểm này có thể dùng cho hoặc over-dubbing hoặc nếu DAC bị mute, như một tín hiệu tương tự bypass hay đặc tính của sidetone. Cho nên tránh bất kỳ xử lý tín hiệu số nào.
Line ngõ ra bị mute bằng cách mute DAC (tín hiệu tương tự) hay mute mềm (tín hiệu số) và disable đường dẫn BYPASS và SIDETONE. Bất cứ khi nào DAC bị
mute hoặc thiết bị bị đưa vào trong chế độ standby điện thế DC được duy trì ở ngõ ra để ngăn ngừa tạp âm tồn tại hiện thời.
Điều khiển phần mềm cho Line ngõ ra được trình bày trong bảng 7. Register
address Bit Nhãn Mặc Định Phần Mô Tả
3 BYPASS 1 Bypass Swich 1= enable Bypass 0 = disable Bypass 4 DACSEL 0 DAC Select
1= select DAC
0 = Don’t select DAC 0000100
5 SIDETONE 0 Side Tone Swich 1= enable Side Tone 0 = disable Side Tone
Bảng 8 Điều Khiển Phần Mềm Line Output.
II.1.7 HEADPHONE AMPLIFIER
WM8731/L có ngõ ra headphone âm thanh nổi có sẳn trên LHOUT và RHPOUT. Ngõ ra được thiết kế riêng cho headphone 16 hoặc 32 ohm với hiệu suất tối đa và tiêu thụ năng lượng tối thiểu. ngõ ra headphone bao gồm sự điều chỉnh âm lượng âm thanh cao và chức năng mute.
Âm lượng của LHPOUT và RHPOUT có thể được điều chỉnh độc lập dưới sự điều khiển của phần mềm sử dụng LHPVOL [6:0] hoặc RHPVO [6:0] bits tách biệt với sự điều khển thiết bị ngõ ra headphone. Sự điều chỉnh trong khoản 80dB từ +6dB đến -73dB.
Ngõ ra headphone có thể mute bởi mã chương trình thấp hơn 0110000 đến LHPVOL [6:0] bits. Bất cứ khi nào ngõ ra headphone mute hoặc thiết bị được đặt trong chế độ standby, điện thế DC được duy trì tại đường dẫn xuất ra để ngăn cản bất kì âm thanh nào có thể nghe thấy trong hiện tại.
Một mạch dò tìm giao zero được cung cấp tại ngõ vào đến headphone dưới sự điều kiển của bit LZCEN và RZCEN của sự điều khiển ngõ ra headphone. Khi sử dụng sự điều khiển này âm lượng chỉ được cập nhật khi tín hiệu vào đến cổng Gain thì đóng tới mức độ tín hiệu tương tự. Những âm thanh nhỏ và tiếng ồn như là trị số Gain được thay đổi hoặc im lặng. Chú ý rằng mạch này không có thời gian tạm ngưng chỉ khi
mức DC được chỉ ra tới ngõ vào cổng Gain của nhiều hơn khoảng 20mV, sau đó Gain