基于Kinetis MK60N512和MAX5556的立体声音频接口设计

基于Kinetis MK60N512和MAX5556的立体声音频接口设计

1 MK60N512 I2S总线和eDMA介绍

1．1 I2S总线模块

1．2 eDMA

2 MAX5556介绍

2．1 引脚定义和内部结构

2．2 工作模式

MAX5556支持外部串行时钟模式和内部串行时钟模式。在一个LRCLK周期内，若检测到有效的SCLK，则进入外部串行时钟模式，SCLK作为采样时钟；如果检测不到有效的SCLK，则进入内部串行时钟模式，采样时钟由内部生成。内部采样时钟的频率根据检测到的MCLK与LRCLK的比值确定，若MCLK与LRCLK的比值为384，则内部采样时钟频率为48×fLRCLK；若MCLK与LRCLK的比值为256或512，则内部采样时钟频率为32× fLRCLK。

2．3 数据格式

MAX5556支持左对齐16位或者24位数据格式。当其工作在外部串行时钟模式，或工作在内部串行时钟模式，且同时MCLK与LRCLK的比值为384时，有效数据为24位。如果数据不足24位，低位补零；超过24位的数据会被忽略。当工作在内部串行时钟模式，且MCLK与LRCLK的比值为256或512时，有效数据为16位。MAX5556数据格式如图4所示。每次LRCLK沿变化后的第二个SCLK上升沿时，SDATA上数据开始有效，出现最高有效位（MSB）；24个或者16个时钟周期后出现最低位有效位（LSB）。LRCLK为0时，数据进入左声道DAC；LRCLK为1时，数据进入右声道DAC。

MK60N512通过I2S总线将音频数据传输给MAX5556进行数模转换，输出模拟音频信号由滤波电路进行滤波，同时提高带负载能力。I2S总线模块工作在I2S总线主模式下，发送电路的STCK、STFS和STXD端口对应的引脚分别为BCLK、TX_FS和TXD，I2S总线模块的主时钟通过MCLK引脚输出。硬件电路如图5所示。由于MK60N512工作在3．3 V电压下，而MAX5556工作电压为5 V，为了提高数据传输的稳定性，接口均采用上拉方式。

LM358在5 V单电源供电时有效输出为1．5～3．5 V，而MAX5556的输出可以达到0～5 V，因而在输入端使用R1和R2对原始信号进行衰减，防止输出信号出现削顶失真。

4．1 “乒乓RAM”设计

MK60N512的I2S总线模块在I2S总线模式下支持双声道，音频数据在FIFO中交错存放，因此在缓存中的音频数据也需要交错存放。数据缓存如图6所示，其中L／R表示音频左／右声道。每个音频数据占用4个字节空间，缓存BUFF_A、BUFF_B在物理地址上是连续的，它们大小均为512字节，共存储256个音频数据。当DMA从缓区BUFF_A中读取数据时，CPU向缓存区BUFF_B中存储下一组音频信号；当DMA将BUFF_A中的数据全部传输结束后，将DMA通道源地址切换到BUFF_B，同时CPU向BUFF_A存储数据，如此反复。

4．2 I2S总线模块的配置

配置I2S总线模块工作在I2S总线主模式下，默认一帧数据长度是32位，而且为左对齐模式；使用帧同步TX_FS作为声道选择时钟，且同步帧长度为一个字。由于MAX5556的SCLK信号由MK60N512提供，MAX5556工作在外部串行时钟模式，有效数据位是24位，因而配置发送数据位为24位。按照MAX5556的数据格式，数据需要在SCLK下降沿输出从TXD数据，且需要发送早期帧同步，让数据延迟一个采样时钟，还需要根据音频采样频率设置帧频率。

使能TX FIFO和其DMA请求，当FIFO中空缺数达到8时，启动一次DMA主循环。图7为音频数据在TXFIFO移动过程。图7（a）中FIFO为满，随着发送移位逻辑从FIFO从取出一个数据后，FIFO产生一个空缺，如图7（b）所示。当发送8次数据后，FIFO空缺数达到8个，则触发DMA主传输，如图7（c）所示。

4．3 eDMA配置

当TX FIFO空缺数达到8时，触发DMA主循环，故每次主循环传输数据数目是32字节，每次主循环源地址偏移也是32字节，完成缓存区1 024字节数据传输需要32次主循环。第16次主循环结束，DMA已经将BUFF_A中所有数据传输完毕，DMA源地址指向BUFF_B，并产生“半中断”请求，CPU开始向BUFF_A中存储下一组512字节音频数据。

当BUFF_B中数据传输结束后，源地址恢复到BUFF_A起始地址，并产生中断请求，CPIJ响应中断并向BIJFFB中存储下一组512字节音频数据。可以看出，在传输过程中，CPU只需要响应两次中断请求，然后向缓存区写入音频数据。每次主循环结束后源地址偏移32字节，完整的传输结束后，源地址恢复到BUFF_A起始地址，这些操作都是通过eDMA模块自己完成的。

图8为TX_FS和TXD的波形图，通道1为TX_FS，通道2为TXD。左／右声道发送的音频数据均是0x555。图8（a）的发送帧频率为48 kHz，图8（b）的为44．1 kHz。从图8中可以看出，数据长度为24位，左对齐模式，而且数据与帧同步有一个采样时钟的延时，符合MAX5556的数据格式和时序。

结语

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