《嵌入式系统扩展》课件2.pptVIP

*************************************I2S音频接口I2S协议规范集成电路内部音频总线（I2S）是专为数字音频传输设计的串行总线，由飞利浦公司开发。I2S总线包含三根信号线：位时钟（BCLK）、字时钟（LRCK/WS）和数据线（SD）。BCLK提供位同步；LRCK区分左右声道，频率等于采样频率；SD传输音频数据，MSB先传输。标准I2S格式数据在LRCK跳变后延迟一个BCLK周期开始传输。主从模式配置I2S通信分为主设备和从设备。主设备生成时钟信号（BCLK和LRCK），从设备依据这些时钟接收或发送数据。在嵌入式系统中，MCU/DSP通常作为主设备，编解码器作为从设备。某些情况下，编解码器也可作为主设备提供时钟。主从模式通过寄存器配置设置，需确保主从设备配置匹配。DMA传输优化I2S数据传输对实时性要求高，中断处理方式可能导致数据丢失。DMA（直接内存访问）技术可在不占用CPU的情况下完成数据传输，是I2S传输的最佳方式。可配置DMA为循环模式，使用双缓冲或环形缓冲区，实现连续音频流传输。优化DMA配置可降低系统负载，提高音频质量。音频编解码器扩展参数典型值说明采样率8-192kHz常用44.1/48kHz，高质量96kHz位深度16/24/32位CD质量16位，专业音频24位信噪比90-120dB值越高，底噪越低THD+N0.001%-0.1%总谐波失真加噪声，越低越好动态范围90-120dB可表现的最大信号与噪声比WM8978芯片应用WM8978是一款流行的低功耗立体声音频编解码器，集成了ADC、DAC、耳机驱动和扬声器驱动等功能。芯片通过I2C接口配置，通过I2S传输音频数据。典型应用电路需要包括电源滤波、时钟配置和模拟输入/输出电路设计。初始化配置包括PLL设置、采样率配置、音量控制和信号路由等多个方面。音频参数配置音频编解码器的关键参数配置包括：采样率选择（影响音频带宽）、位深度设置（影响量化精度）、增益控制（调节录音/播放音量）、静音/去静音控制、通道选择（单声道/立体声）和时钟源配置等。这些参数通过编解码器内部寄存器设置，对音频质量和功耗有直接影响。音效处理许多高端音频编解码器集成了音效处理功能，如均衡器（EQ）、动态范围控制（DRC）、3D环绕音效和混响效果等。这些功能可通过寄存器配置启用和调整，提升音频体验。对于资源充足的系统，也可通过软件算法实现更复杂的音效处理。功放电路扩展功放分类音频功率放大器根据工作方式可分为：Class-A：线性度最好，效率低(≤25%)，发热严重Class-B：推挽输出，效率高(≤78%)，有交越失真Class-AB：A/B类结合，平衡线性度和效率(≤50-60%)Class-D：开关模式，效率极高(≤90%)，EMI问题Class-D功放应用Class-D功放在嵌入式系统中应用广泛：通过PWM将音频信号转换为高频方波经低通滤波还原为模拟信号典型芯片：PAM8403、TPA3116、MAX9744优点：高效率、低发热、小体积缺点：EMI辐射大，需滤波网络音频失真控制音频失真是影响音质的关键因素，主要包括：谐波失真（非线性导致的谐波产生）、互调失真（多频率信号相互调制）、相位失真（不同频率相位偏移不同）和瞬态失真（对快速信号响应不足）。失真控制措施包括：选择低失真器件、合理设计偏置电路、采用负反馈技术、控制功放工作在线性区域和使用去耦电容减少电源噪声。功放电路在设计时需特别注意热管理、电源稳定性和信号完整性。对于大功率应用，必须设计合理的散热系统；对于便携设备，则需优化功耗和效率。麦克风阵列扩展麦克风选型根据应用选择合适的麦克风类型：驻极体麦克风、动圈麦克风或MEMS麦克风波束形成算法通过多麦克风信号处理增强特定方向声音，抑制其他方向噪声声源定位应用利用声波到达时间差或相位差计算声源方向，用于智能交互和监控系统信号处理链包括前置放大、滤波、ADC采样、DSP处理和特征提取等环节麦克风阵列是由多个麦克风按特定几何排列组成的声学系统，广泛应用于语音识别、智能会议系统和声学监控等领域。与单麦克风相比，麦克风阵列通过空间滤波技术提供更好的降噪效果和方向性，显著提高语音识别准确率。常见的麦克风阵列拓扑结构包括线性阵列、环形阵列和平面阵列。线性阵列适合一维方向性应用；环形阵列提供360°全方位覆盖；平面阵列则可实现三维空间定位。波束形成是麦克风阵列的核心技术，包括延迟-求和法、MVDR和GSC等多种算法，需根据应用场景和计算资源选择。第八章：电源管理扩展80%功耗优