圖2：系統(tǒng)方框圖

隨著現(xiàn)代可編程SOC的出現(xiàn)，除了一些無源器件之外，實(shí)施完整的設(shè)計(jì)不再需要額外的外部元件。SOC可以發(fā)送命令并通過I2C端口從調(diào)FM radio芯片接收狀態(tài)信息。SOC通過已有的 USB接口與平板電腦相連。平板電腦上的前端應(yīng)用可以訪問FM radio信息，用于進(jìn)行頻道掃描和選擇。一旦FM radio接收到鎖定特定頻率的命令，它會(huì)在特定引腳上輸出模擬音頻。FM radio接收器的模擬輸出由SOC進(jìn)一步處理，得到的數(shù)字音頻會(huì)通過USB傳輸給平板電腦。FM radio芯片的工作電源由USB總線提供。大多數(shù)FM radio芯片需要的電流一般只有幾毫安，電壓甚至不到1.8V，USB總線完全能夠滿足這一需求，而且這種功耗對(duì)于便攜式設(shè)備來說完全可以接受。

在SOC中實(shí)施收音機(jī)配件需要以下資源：

●放大器
●模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)
●通信協(xié)議(I2C/SPI)
●USB接口
●濾波器模塊

通常來說，調(diào)頻收音機(jī)芯片輸出音頻信號(hào)的強(qiáng)度約為100mV的水平。放大器用來放大FM接收器的模擬音頻信號(hào)，隨后將信號(hào)提供給SOC中的ADC。如方框圖所示，模擬音頻輸出的強(qiáng)度在通過可編程增益放大器(PGA)之后得到了加強(qiáng)。這就能確保整個(gè)ADC的輸入范圍得到了利用，從而在FM radio芯片輸出端真實(shí)地復(fù)制音頻。此外，我們也可以采用輸入范圍較窄的 ADC對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化。但是，信號(hào)強(qiáng)度越低，就越容易受到系統(tǒng)噪聲的影響。

模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)以44.1 kHz的頻率采樣放大器的模擬輸出，并將其轉(zhuǎn)換為16位的數(shù)字信號(hào)。采樣率設(shè)為44.1 kHz是為了滿足Nyquist原理，該原理要求采樣頻率必須至少為最大工作頻率的2倍。

通信協(xié)議：如I2C或SPI等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，可用于連接SOC和FM接收器。如果使用I2C協(xié)議，則SOC將作為主機(jī)，無線電接收芯片作為從機(jī)，數(shù)據(jù)速率為100/400 kHz。改變頻道或掃描FM頻段的命令可由I2C主機(jī)通過I2C 總線發(fā)送給FM接收芯片。FM接收芯片能夠解碼預(yù)定義的命令，從而執(zhí)行各種任務(wù)。如果使用RDS協(xié)議，則接收的數(shù)字信息可由控制器通過I2C接口從 FM接收器讀取。我們也能讀取其它狀態(tài)信息（如FM radio接收器通過I2C接收到的信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)信息），并在平板電腦或PC上顯示出來。

直接存儲(chǔ)器存取(DMA)：在許多微控制器中，DMA都是一種強(qiáng)大的特性，有助于減輕存儲(chǔ)器不同位置之間的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，從而提高性能。DMA可用來將經(jīng)過轉(zhuǎn)換的數(shù)字信息從ADC傳輸?shù)酱鎯?chǔ)器或直接傳輸?shù)経SB，從而使CPU能夠處理其它關(guān)鍵任務(wù)。

USB：USB是主機(jī)平板電腦與SOC之間的接口。USB中斷端點(diǎn)可用來接收主機(jī)發(fā)送的各種命令，如頻道掃描、頻道加減等。請(qǐng)注意，如果命令數(shù)據(jù)比較小，那么USB設(shè)備上的控制端點(diǎn)也可用來傳輸命令。我們可以用控制端點(diǎn)來發(fā)送命令。命令可作為廠商定義的命令發(fā)送，然而在控制端點(diǎn)上，一個(gè)USB數(shù)據(jù)包最多包含8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)內(nèi)容。來自ADC的44.1 kHz數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通過同步USB傳輸模式發(fā)送給主機(jī)。同步傳輸在這里是最理想的方式，原因在于它的延遲性能有保障、分配了總線帶寬并且沒有錯(cuò)誤校正和握手過程，因此能保持交付時(shí)間的一致性。請(qǐng)注意，CRC字段可以檢查錯(cuò)誤，但并不予以校正。人耳無法聽出偶然的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤或傳輸丟失，除非是頻繁的停頓才會(huì)引起注意。由于沒有錯(cuò)誤校正，因此即便數(shù)據(jù)包有錯(cuò)誤也不會(huì)中斷數(shù)據(jù)傳輸。對(duì)于同步端點(diǎn)來說，微控制器支持的最大數(shù)據(jù)包為1023字節(jié)。

提高音質(zhì)

在移動(dòng)操作系統(tǒng)中，通常采用專用的媒體服務(wù)器或媒體引擎來播放音頻。如果用戶需要，該媒體引擎也可用來增強(qiáng)或修改音頻特性。在某些移動(dòng)處理器中，有專用的DSP硬件實(shí)現(xiàn)這一目的。使用媒體引擎或DSP會(huì)消耗額外的電量，降低性能，也可能對(duì)用戶體驗(yàn)造成不利影響。還有一種辦法是在SOC中處理音頻，然后通過USB將處理后的音頻流發(fā)送到主機(jī)（Host）平板電腦。平板電腦需要做的僅僅是播放音頻。利用SOC中的資源還能實(shí)現(xiàn)低音、高音等控制選項(xiàng)，使用戶可以更加精細(xì)地控制音質(zhì)。這一功能是通過賽普拉斯PSoC 3等器件中的數(shù)字濾波器模塊(DFB)實(shí)現(xiàn)的。DFB模塊接收數(shù)字輸入數(shù)據(jù)，并將處理后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行輸出。在本應(yīng)用中，數(shù)據(jù)流通過DMA進(jìn)入DFB，按照音質(zhì)要求加以過濾，再通過USB發(fā)送至終端進(jìn)行播放?？赏ㄟ^圖形用戶界面(GUI)控制音質(zhì)。GUI提供了一個(gè)類似于音樂播放器均衡器的界面。整個(gè)音頻范圍可被分為多個(gè)分立頻段。我們通過改變GUI上的控件位置，可以向 DFB加載新的調(diào)節(jié)系數(shù)，這些系數(shù)會(huì)改變每個(gè)頻段的增益，從而改變輸出音質(zhì)。

主機(jī)應(yīng)用

主機(jī)運(yùn)行一個(gè)用于控制音頻接收器的前端應(yīng)用。如果主機(jī)運(yùn)行的是Android操作系統(tǒng)，則可以用標(biāo)準(zhǔn)的Java和Android庫(kù)創(chuàng)建簡(jiǎn)單的GUI。如果是Windows平板電腦，則可以用C# GUI完成同樣的工作。用戶通過按鈕等控制對(duì)象能夠?qū)崿F(xiàn)頻道選擇、加減頻道等操作。

Windows操作系統(tǒng)中的DirectSound驅(qū)動(dòng)程序與USB的同步傳輸模式配合使用，可將音頻流傳輸?shù)綋P(yáng)聲器。這項(xiàng)功能在Windows 7操作系統(tǒng)中同樣適用。專為平板電腦設(shè)計(jì)的Windows 8 操作系統(tǒng)也支持GUI和音頻驅(qū)動(dòng)器，且無需任何變化。同步傳輸目前還無法支持Android平板電腦。Apple的iPad和少數(shù)其它iOS設(shè)備具有內(nèi)置的USB主機(jī)和同步傳輸模式，可用于音頻播放。

前端主機(jī)應(yīng)用或Windows Form應(yīng)用可根據(jù)用戶的如下請(qǐng)求生成事件：

●頻道掃描請(qǐng)求
●頻道上調(diào)請(qǐng)求
●頻道下調(diào)請(qǐng)求
●從接收器請(qǐng)求接收信號(hào)強(qiáng)度指示器 (RSSI)

對(duì)于Windows而言，可在Visual Studio中利用C#開發(fā)應(yīng)用。USB設(shè)備和端點(diǎn)可通過標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)或SOC制造商提供的定制庫(kù)來進(jìn)行訪問。庫(kù)提供了通過USB接口訪問SOC的方法和對(duì)象。我們可以創(chuàng)建Windows Form來發(fā)送命令并顯示狀態(tài)信息，如下所示。

2012-10-25 10:31:14 上傳

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