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基于FPGA的通用数字化音频实验平台的研究

作　者: 赵羽
导　师: 蒋朝根
学　校: 西南交通大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 现场可编程门阵列 TLV320AIC23B 串行外围设备接口多通道缓冲串行接口 FIR
分类号: TN791
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 52次
引　用: 1次
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内容摘要

随着信息技术革命和计算机技术的飞速发展,可编程逻辑技术已发展成一门关键的科学技术,而FPGA在工业界也已被广泛的应用。目前,FPGA器件向着新工艺、高密度、低电压、高速度等方向迅速发展,不仅已成为标准逻辑器件的一个强有力的竞争对手,也在不断取代ASIC(专用集成电路)。本文应用FPGA作为主控制芯片,对数字化音频实验平台进行了研究。主要内容包括：●在尽量减小干扰和PCB板面积的基础上,给出了音频编解码芯片的外围工作电路原理图、PCB图,最后制成了PCB板。●根据TLV320AIC23B芯片数据手册寄存器使用部分的介绍,给出了要输入的11个寄存器的控制字,并且根据数据手册上的逻辑和时序要求,给出了配置芯片数据的SPI(串行外围设备接口)模块。通过时序仿真验证,在逻辑上符合要实现的功能。●在逻辑上实现了TLV320AIC23B芯片与FPGA之间的McBSP(多通道缓冲串行接口)数据传输模式。详细阐述了用于这种传输模式的每一个模块需要实现的功能以及实现的方法,给出了各个模块的时序仿真图和模块封装图。最后给出所有模块的顶层连接图,并通过了整体的时序仿真验证。●以SPI和McBSP两种接口方式为依托,设计了一个简单的FIR滤波程序,体现了FPGA的并行处理能力。●应用Nios II内核建立FPGA与TLV320AIC23B之间的数据通信和滤波处理,给出了顶层内核和模块连接图。应用API(应用程序接口)函数访问硬件设备,以实现大容量数据的存储。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-10
第1章绪论  10-16
  1.1 课题的研究意义和现状分析  10
  1.2 FPGA技术的发展现状  10-12
    1.2.1 器件工艺的发展方向  10-11
    1.2.2 开发软件和工具的发展方向  11-12
  1.3 SOPC的基本概念  12
    1.3.1 SOC  12
    1.3.2 SOPC  12
  1.4 本文总体结构设计及研究内容  12-15
    1.4.1 掌握FPGA常用开发工具  13-14
    1.4.2 制作音频采集电路板  14
    1.4.3 用FPGA对音频编解码芯片(TLV320AIC23B)进行控制  14
    1.4.4 对采集数据的FIR滤波处理  14
    1.4.5 进行仿真和调试  14-15
  1.5 本文结构  15-16
第2章音频系统的组成和相关芯片介绍  16-23
  2.1 音频处理系统结构分析  16
  2.2 处理器芯片选择  16-17
  2.3 FPGA体系结构  17-18
  2.4 Cyclone和Cyclone Ⅱ系列器件介绍  18-19
    2.4.1 Cyclone系列器件  18
    2.4.2 Cyclone Ⅱ系列器件  18-19
  2.5 音频芯片选型  19-22
    2.5.1 过采样DAC(数模转换)  19-20
    2.5.2 音频芯片遴选  20-22
  2.6 本章小结  22-23
第3章音频处理系统硬件设计  23-33
  3.1 音频接口模块的硬件总体设计  23
  3.2 音频编解码器的内部结构和管脚  23-26
  3.3 TLV320AIC23B部分的电路板  26-31
    3.3.1 TLV320AIC23B芯片的外围电路  26-28
    3.3.2 TLV320AIC23B芯片电源电路设计  28-29
    3.3.3 TLV320AIC23B部分电路板设计注意事项  29-30
    3.3.4 TLV320AIC23B部分PCB板和实物图  30-31
  3.4 FPGA部分的电路板  31-32
  3.5 本章小结  32-33
第4章 FPGA系统设计  33-61
  4.1 FPGA系统设计流程、设计语言、仿真工具的介绍  33-36
    4.1.1 FPGA的基本开发流程  33-35
    4.1.2 Verilog HDL硬件描述语言  35
    4.1.3 Quartus Ⅱ仿真器  35-36
  4.2 数据配置和数据通信的设计  36-52
    4.2.1 配置接口(SPI接口)设计  36-41
      4.2.1.1 SPI接口时序分析  37-38
      4.2.1.2 实现方案  38-41
    4.2.2 数据通信接口设计  41-52
      4.2.2.1 数据接口时序分析  41-43
      4.2.2.2 实现方案  43-52
  4.3 FIR低通滤波处理程序设计  52-60
  4.4 本章小结  60-61
第5章 SOPC系统的建立  61-71
  5.1 SOPC系统特点与开发流程  61-63
  5.2 SOPC Builder硬件开发环境功能介绍  63-64
  5.3 SOPC Builder硬件系统的生成  64-66
  5.4 SOPC Builder软件系统开发  66-67
  5.5 SOPC Builder软件的编写  67-70
  5.6 本章小结  70-71
总结  71-72
致谢  72-73
参考文献  73-76
附录Ⅰ (TLV320AIC23B的控制寄存器介绍)  76-82
附录Ⅱ (nios_6内部C语言参考程序)  82-85
攻读硕士学位期间发表的论文  85

基于FPGA的通用数字化音频实验平台的研究

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