如何用FPGA结合音频编解码芯片
1.概叙
wm873l是一款功能强大的低功耗立体声24位音频编解码芯片，其高性能耳机驱动器、低功耗设计、可控采样频率、可选择的滤波器使得wm8731芯片广泛使用于便携式mp3，cd，pda的场合。其结构框图如图1所示。
wm8731包含2个线路输入和1路麦克风输入并可以进行音量调节；内置片上adc(模拟数字转换器)及可选择的高通数字滤波器；采用高品质过采样率结构的dac(数字模拟转换器)；线路输出和耳机输出；内置晶体振荡器以及可配置的数字音频接口和2或3线可选的微处理器控制接口等。控制器可通过控制接口(control interface)对wm8731进行配置，然后通过数字音频接口(digtal audio interface)读写数据音频信号。本文设计了一种基于fpga的驱动模块，将wm8731的控制接口与数字音频接口转换为控制器通用的总线接口，使控制器可以像读写外部寄存器一样对wm8731芯片进行控制使用。
2 wm8731芯片接口时序介绍
2.1 控制接口时序
wm8731的控制接口有4根引脚，分别为：mode(控制接口选择线)、csb(片选或地址选择线)、sdin(数据输入线)和sclk(时钟输入线)。它具有2线和3线两种模式。2线为mpu接口，3线为兼容spi接口。对控制接口的配置选择可通过设置mode脚的状态完成。选择mode为0时为2线模式，1时为3线模式。本文采用2线模式对wm8731进行控制。其时序图如图2所示。
2.2 数字音频接口时序
wm8731的数字音频接口有5根引脚，分别为：bclk(数字音频位时钟)、dacdat(dac数字音频数据输入)、dacirc(dac采样左/右声道信号)、adc－dat(adc数字音频信号输出)、adclrc(adc采样左/右声道信号)。
数字音频接口可以工作在主模式和从模式下。地址为0000111的寄存器的第6位设置数据的主/从模式：“1”为主模式，“0”为从模式。adcdat、/dacdai和adclrc/daclrc与位时钟bcik同步，在每个bclk的下降沿进行一次传输。bclk和adclrc/daclrc在主模式时为输出信号，从模式下为输入信号。dac－dat始终为输入信号，adcdat始终为输出信号。
数字输出支持4种音频数据模式：右对齐、左对齐、i2s和dsp模式。通过对寄存器的不同配置，可以设置传输的数据格式。寄存器配置值如下：
寄存器地址0000111的1～0位设置音频格式：“11”时为dsf’格式，“10”为i2s格式，“01”为左对齐格式，“00’为右对齐格式。
3～2位设置字长：“11”时为32位，“10”为24位，“01”为20位，“00’为16位。
这四种音频格式都是高位(msb)在前，16～32位。但32位数据不支持右对齐模式。
本文采用主模式的左对齐数据格式，左对齐数据格式传输如图3：左对齐格式时，msb在bclk的第一个上升沿有效，紧接着是一个adclrc或daclrc传输。
3 wm8731芯片驱动的fpga设计
3.1 驱动器的总体设计方案
本文设计驱动器在使用时的框图如图4所示。双口ram和驱动器一同连接在控制器的数据总线和地址总线上，控制器只需提供少量的控制线即可完成对音频编解码芯片wm8731的控制及数据交换功能。
驱动器内部结构框图如图5所示。控制部分提供驱动器与控制器之间的接口(包含有数据总线信号、地址总线信号和控制信号)，同时产生控制字转换单元和数字音频接口单元的控制信号；内部寄存器缓存控制字和状态字；控制字转化单元负责将控制字串行发送给wm8731，同时效验传送信号；数据音频接口单元完成wm8731与外部双口ram的串并转换，实现对数字音频信号的发送和接收功能。
表l 状态寄存器控制字的对应定义
3.2.2
控制字转换单元
当start控制位置‘1’时，将控制字寄存器中的数据串行发送给wm8731，当传输出现错误时，将状态寄存器中的ack位置1。如图6所示。
3.2.3
数字音频接口单元
当读入数字音频标志位c1为‘1’，接收wm873l芯片传来的数字音频数据并将其存入外部双口ram中，当输出数字音频数据标志位c2为‘1’时，将双口ram中的音频数据发送给wm8731。如图7所示。
3.3
系统仿真
下面给出控制器通过该驱动模块对wm8731写控制字的时序仿真如图8所示。图中各引脚定义如表2所示。
4
结 语
利用fpga对音频编解码芯片wm8731进行接口电路的设计，实现了控制接口与数字音频接口的统一控制，简化了对音频编解码芯片wm8731的使用步骤，具有扩展性好、使用简单方便、易于升级等优点，对其他芯片的接口设计也有一定的参考意义。
参观HDMI的“晋级”之路-科兰
德赛西威联合高通基于最新一代骁龙座舱平台发布智能座舱G9SH
TCL和三星Mini LED电视哪个更好
嘉化能源与三江化工及空气化工签署协议 将同投资氢能和液氢项目
对带led和lcd显示屏的电容式触摸按键应用优化方案推荐
如何用FPGA结合音频编解码芯片
MOSFET的阈值、ID-VGS特性及温度特性
2022高工储能年会观察：用户侧储能“突飞猛进”
小米MIUI9发布时间曝光：官方今日下午公布小米MIUI9发布时间
使用新型单芯片双ADC前端改进数据采集
2019节卡机器人挑战赛 Cobot和AGV在台球桌上碰撞出智慧的火花
智慧博物馆之博物馆RFID仓库管理解决方案详解
怎样提高LCR测试速度
助力新型工业化，曙光启动智慧工业战略
IMS系统私有化部署将成为企业数字化转型成败的关键
什么是DAG，DAG应该归类到区块链里面吗？
基于RL78/I1A的LED智能照明系统设计原理图和PCB设计
无线模块如何安装？
智微智能：与中软国际就开源鸿蒙相关业务签署合作开发协议
电子装配检测的自动化应用——TB6系列协作机器人
wm873l是一款功能强大的低功耗立体声24位音频编解码芯片，其高性能耳机驱动器、低功耗设计、可控采样频率、可选择的滤波器使得wm8731芯片广泛使用于便携式mp3，cd，pda的场合。其结构框图如图1所示。
wm8731包含2个线路输入和1路麦克风输入并可以进行音量调节；内置片上adc(模拟数字转换器)及可选择的高通数字滤波器；采用高品质过采样率结构的dac(数字模拟转换器)；线路输出和耳机输出；内置晶体振荡器以及可配置的数字音频接口和2或3线可选的微处理器控制接口等。控制器可通过控制接口(control interface)对wm8731进行配置，然后通过数字音频接口(digtal audio interface)读写数据音频信号。本文设计了一种基于fpga的驱动模块，将wm8731的控制接口与数字音频接口转换为控制器通用的总线接口，使控制器可以像读写外部寄存器一样对wm8731芯片进行控制使用。
2 wm8731芯片接口时序介绍
2.1 控制接口时序
wm8731的控制接口有4根引脚，分别为：mode(控制接口选择线)、csb(片选或地址选择线)、sdin(数据输入线)和sclk(时钟输入线)。它具有2线和3线两种模式。2线为mpu接口，3线为兼容spi接口。对控制接口的配置选择可通过设置mode脚的状态完成。选择mode为0时为2线模式，1时为3线模式。本文采用2线模式对wm8731进行控制。其时序图如图2所示。
2.2 数字音频接口时序
wm8731的数字音频接口有5根引脚，分别为：bclk(数字音频位时钟)、dacdat(dac数字音频数据输入)、dacirc(dac采样左/右声道信号)、adc－dat(adc数字音频信号输出)、adclrc(adc采样左/右声道信号)。
数字音频接口可以工作在主模式和从模式下。地址为0000111的寄存器的第6位设置数据的主/从模式：“1”为主模式，“0”为从模式。adcdat、/dacdai和adclrc/daclrc与位时钟bcik同步，在每个bclk的下降沿进行一次传输。bclk和adclrc/daclrc在主模式时为输出信号，从模式下为输入信号。dac－dat始终为输入信号，adcdat始终为输出信号。
数字输出支持4种音频数据模式：右对齐、左对齐、i2s和dsp模式。通过对寄存器的不同配置，可以设置传输的数据格式。寄存器配置值如下：
寄存器地址0000111的1～0位设置音频格式：“11”时为dsf’格式，“10”为i2s格式，“01”为左对齐格式，“00’为右对齐格式。
3～2位设置字长：“11”时为32位，“10”为24位，“01”为20位，“00’为16位。
这四种音频格式都是高位(msb)在前，16～32位。但32位数据不支持右对齐模式。
本文采用主模式的左对齐数据格式，左对齐数据格式传输如图3：左对齐格式时，msb在bclk的第一个上升沿有效，紧接着是一个adclrc或daclrc传输。
3 wm8731芯片驱动的fpga设计
3.1 驱动器的总体设计方案
本文设计驱动器在使用时的框图如图4所示。双口ram和驱动器一同连接在控制器的数据总线和地址总线上，控制器只需提供少量的控制线即可完成对音频编解码芯片wm8731的控制及数据交换功能。
驱动器内部结构框图如图5所示。控制部分提供驱动器与控制器之间的接口(包含有数据总线信号、地址总线信号和控制信号)，同时产生控制字转换单元和数字音频接口单元的控制信号；内部寄存器缓存控制字和状态字；控制字转化单元负责将控制字串行发送给wm8731，同时效验传送信号；数据音频接口单元完成wm8731与外部双口ram的串并转换，实现对数字音频信号的发送和接收功能。
表l 状态寄存器控制字的对应定义
3.2.2
控制字转换单元
当start控制位置‘1’时，将控制字寄存器中的数据串行发送给wm8731，当传输出现错误时，将状态寄存器中的ack位置1。如图6所示。
3.2.3
数字音频接口单元
当读入数字音频标志位c1为‘1’，接收wm873l芯片传来的数字音频数据并将其存入外部双口ram中，当输出数字音频数据标志位c2为‘1’时，将双口ram中的音频数据发送给wm8731。如图7所示。
3.3
系统仿真
下面给出控制器通过该驱动模块对wm8731写控制字的时序仿真如图8所示。图中各引脚定义如表2所示。
4
结 语
利用fpga对音频编解码芯片wm8731进行接口电路的设计，实现了控制接口与数字音频接口的统一控制，简化了对音频编解码芯片wm8731的使用步骤，具有扩展性好、使用简单方便、易于升级等优点，对其他芯片的接口设计也有一定的参考意义。
参观HDMI的“晋级”之路-科兰
德赛西威联合高通基于最新一代骁龙座舱平台发布智能座舱G9SH
TCL和三星Mini LED电视哪个更好
嘉化能源与三江化工及空气化工签署协议 将同投资氢能和液氢项目
对带led和lcd显示屏的电容式触摸按键应用优化方案推荐
如何用FPGA结合音频编解码芯片
MOSFET的阈值、ID-VGS特性及温度特性
2022高工储能年会观察：用户侧储能“突飞猛进”
小米MIUI9发布时间曝光：官方今日下午公布小米MIUI9发布时间
使用新型单芯片双ADC前端改进数据采集
2019节卡机器人挑战赛 Cobot和AGV在台球桌上碰撞出智慧的火花
智慧博物馆之博物馆RFID仓库管理解决方案详解
怎样提高LCR测试速度
助力新型工业化，曙光启动智慧工业战略
IMS系统私有化部署将成为企业数字化转型成败的关键
什么是DAG，DAG应该归类到区块链里面吗？
基于RL78/I1A的LED智能照明系统设计原理图和PCB设计
无线模块如何安装？
智微智能：与中软国际就开源鸿蒙相关业务签署合作开发协议
电子装配检测的自动化应用——TB6系列协作机器人