探索Audio PICtail? Plus Daughter Board：低成本音頻開發(fā)利器

在電子工程師的日常工作中，尋找一款合適的音頻開發(fā)工具至關重要。今天，我們就來深入了解一下Microchip Technology的Audio PICtail? Plus Daughter Board，看看它能為我們帶來怎樣的驚喜。

文件下載：AC164129.pdf

一、文檔使用指南

1.1 文檔更新與獲取

所有文檔都會隨著時間推移而變得陳舊，這份手冊也不例外。Microchip的工具和文檔在不斷發(fā)展以滿足客戶需求，所以實際的對話框和工具描述可能與文檔有所不同。大家可以訪問Microchip的網(wǎng)站（www.microchip.com）獲取最新文檔。文檔通過“DS”編號識別，編號格式為“DSXXXXXA”，其中“XXXXX”是文檔編號，“A”是文檔的修訂級別。

1.2 文檔布局

• 第1章 簡介：介紹Audio PICtail Plus Daughter Board并概述其特性。
• 第2章 硬件：提供功能概述并識別主要硬件組件。
• 第3章 PWM語音回環(huán)演示：描述一個簡單的回環(huán)程序，展示如何在不使用編解碼器的情況下進行語音捕獲和回放。
• 附錄A 圖紙和原理圖：提供詳細的技術圖紙和原理圖。

1.3 文檔約定

手冊使用了多種文檔約定，如Arial字體中，斜體字符表示參考書籍，強調文本用于突出關鍵內(nèi)容；Courier New字體中，普通字體表示示例源代碼、文件名等。這些約定有助于我們更準確地理解文檔內(nèi)容。

1.4 保修注冊

請及時填寫隨附的保修注冊卡并郵寄，這樣可以獲得新產(chǎn)品更新。臨時軟件版本可在Microchip網(wǎng)站獲取。

1.5 推薦閱讀

除了本用戶指南，還有一些其他有用的文檔，如PIC24H系列概述、PIC24H系列參考手冊、dsPIC33F系列參考手冊等，這些文檔能為我們提供更詳細的信息。

1.6 網(wǎng)站支持

Microchip通過網(wǎng)站（www.microchip.com）提供在線支持，包括產(chǎn)品支持、技術支持和業(yè)務信息等。

1.7 客戶變更通知服務

Microchip的客戶通知服務可讓用戶及時了解產(chǎn)品的變更、更新等信息。用戶可訪問網(wǎng)站注冊，涵蓋編譯器、仿真器、在線調試器等多個產(chǎn)品組類別。

1.8 客戶支持

用戶可通過經(jīng)銷商、代表、本地銷售辦公室、現(xiàn)場應用工程師或技術支持等渠道獲得幫助。技術支持可通過網(wǎng)站（http://support.microchip.com）獲取。

二、Audio PICtail Plus Daughter Board簡介

2.1 概述

Audio PICtail Plus Daughter Board是一款低成本的語音采樣和回放接口板，它可插入Explorer 16開發(fā)板的擴展槽，在外部音頻設備與Explorer 16板上的dsPIC33F或PIC24H設備之間進行接口。音頻輸入信號被路由到dsPIC33F或PIC24H設備的模數(shù)轉換器（ADC）模塊進行軟件處理，輸出信號可由dsPIC33F或PIC24H的輸出比較PWM模塊生成脈寬調制數(shù)字波形，部分dsPIC33F設備還可通過數(shù)模轉換模塊生成差分信號。輸出信號經(jīng)過低通濾波器或差分放大器轉換為模擬信號，再進行適當放大以驅動不同的輸出設備。

2.2 板卡設置

將Audio PICtail Plus Daughter Board插入Explorer 16開發(fā)板，連接麥克風和揚聲器，插入電源和MPLAB ICD 2。加載演示軟件后，麥克風輸入的語音會回環(huán)到揚聲器，實現(xiàn)無編解碼器的語音質量音頻演示。

2.3 參考文檔

除了前言中推薦的閱讀材料，還推薦參考National Semiconductor、Wolfson Microelectronics和Atmel Corporation的相關數(shù)據(jù)手冊。

三、硬件功能與組件

3.1 功能概述

3.1.1 語音采樣

音頻輸入信號可來自線路輸入或電容式麥克風，通過跳線（J8）選擇。信號經(jīng)非反相交流放大器放大，再通過抗混疊低通濾波器路由到dsPIC33F或PIC24H設備的ADC模塊。放大器增益可變，輸出偏置為1.65V。

3.1.2 語音回放

主流語音回放接口處理來自dsPIC33F或PIC24H設備輸出比較PWM模塊的脈寬調制數(shù)字信號。低通濾波器對PWM信號進行解調，輸出信號同時饋送到線路輸出和耳機放大器。線路輸出放大器驅動外部音頻設備，增益可調；耳機放大器驅動耳機，采用數(shù)字音量控制。

3.1.3 編解碼器

僅dsPIC33F設備支持可選編解碼器。編解碼器與運行在dsPIC33F上的應用程序交互，通過I2C模塊交換命令信息，實現(xiàn)音頻信號的數(shù)字轉換和處理。

3.1.4 DAC差分放大器

該放大器允許Audio PICtail Plus Daughter Board與dsPIC33F設備的DAC模塊接口，將差分模擬信號轉換為單端音頻信號，增益為0 dB。

3.1.5 4-Mb串行閃存

板卡包含4-Mb串行閃存，用于存儲數(shù)據(jù)，通過SPI總線與dsPIC33F和PIC24H設備接口，可用于存儲語音樣本。

3.2 硬件組件

板卡包含多個關鍵硬件組件，如閃存寫保護跳線（J6）、閃存（U1）、ADC通道選擇跳線（J5）等。每個組件都有其特定的功能和作用，例如：

• 線路/麥克風輸入電話插孔（J1）：接受電容式麥克風或線路電平信號。
• 線路/麥克風輸入選擇跳線（J8）：決定放大器作為線路放大器還是麥克風放大器工作。
• 線路/麥克風前置放大器（U4:A）：增益可變，輸出偏置為1.65V。
• 抗混疊低通濾波器（U4:C）：采用二階Sallen - Key結構，截止頻率為3300 Hz。
• 麥克風增益控制（R29）：控制前置放大器的增益，但增益過高可能導致放大器輸出飽和和削波。
• ADC通道選擇跳線（J5）：選擇dsPIC33F或PIC24H設備上的模擬輸入通道。
• PWM低通濾波器（U3:A,B）：對PWM信號進行解調，輸入由濾波器輸入選擇跳線（J7）選擇。
• 濾波器輸入選擇跳線（J7）：可選擇不同的輸入信號。
• 輸出選擇跳線（J4）：決定線路輸出和耳機放大器的輸入信號來源。
• 線路輸出放大器（U4:B）：增益由電位器（R24）控制，輸出用于驅動外部音頻設備。
• 線路輸出增益控制電位器（R24）：控制線路輸出放大器的增益，過高增益可能導致輸出飽和。
• 線路輸出插孔（J9）：用于連接外部功率放大器或錄音設備。
• 耳機放大器（U5）：采用National Semiconductor LM4811，具有數(shù)字音量控制功能。
• 耳機放大器數(shù)字音量控制：通過CLK開關（S1）和VOL UP/DN開關（S2）控制音量。
• 耳機輸出插孔（J10）：可連接32 ohm耳機。
• DAC差分放大器（U3:C）：將差分信號轉換為單端信號，增益為0 dB。
• 編解碼器（U2）：采用Wolfson WM8510，與dsPIC33F設備的DCI模塊和I2C總線接口。
• 編解碼器振蕩器（Y1）：為編解碼器提供12 MHz主時鐘信號。
• 閃存（U1）：可用于存儲數(shù)據(jù)，寫保護由跳線（J6）控制。
• Explorer 16 PICtail連接器（J2）：連接到Explorer 16板，提供多種信號。
• 28 - 引腳啟動開發(fā)板連接器（J3）：允許連接到Microchip的28 - 引腳啟動開發(fā)板，但連接時該開發(fā)板必須工作在+3.3V。

四、PWM語音回環(huán)演示

4.1 語音回環(huán)演示概述

隨Audio PICtail Plus Daughter Board附帶的CD中包含語音回環(huán)演示應用程序。該應用程序使用板卡捕獲麥克風輸入信號，將其發(fā)送到dsPIC33F設備進行音頻處理，包括使用G.711 μ - 律編碼算法將16位數(shù)字信號壓縮為8位，再使用解碼算法將8位信號解壓縮回16位，最后輸出到OC PWM模塊轉換為脈寬調制信號，經(jīng)過PWM濾波器處理后輸出模擬音頻信號，通過揚聲器播放。

4.2 演示程序的軟件元素

4.2.1 ADC驅動

ADC驅動讀取指定12位ADC通道（AN0或AN3）的輸入信號，使用DMA通道0進行數(shù)據(jù)讀取，采用連續(xù)乒乓操作，用戶應用程序需分配緩沖區(qū)內(nèi)存。相關參數(shù)在ADCChannelDrv.h頭文件中設置。

4.2.2 輸出比較模塊驅動

輸出比較PWM（OCPWM）驅動使用輸出比較模塊將數(shù)字數(shù)據(jù)轉換為PWM信號，可選擇輸出比較通道1或通道2。使用DMA通道1將數(shù)據(jù)寫入OCxRS寄存器，采用連續(xù)乒乓操作，用戶應用程序需分配緩沖區(qū)。Timer 2模塊配置為最大PWM周期，驅動將輸入樣本值映射到時間周期并加載到OCxRS寄存器，使OC PWM信號的占空比與輸入數(shù)字樣本成比例。相關參數(shù)在OCPWMDrv.h頭文件中設置。

4.2.3 回環(huán)應用程序軟件

回環(huán)應用程序使用ADC和OCPWM驅動讀取和輸出語音信號，對麥克風信號進行G.711編碼/解碼操作后將其回環(huán)到耳機輸出。

4.3 運行演示

運行演示的基本步驟如下：

1. 將演示程序從CD復制到MPLAB項目文件夾。
2. 將Audio PICtail Plus Daughter Board插入Explorer 16開發(fā)板，設置Explorer 16板以使用MPLAB IDE運行。
3. 在MPLAB IDE中打開演示程序項目。
4. 構建應用程序并對dsPIC33F或PIC24H設備進行編程。
5. 運行程序。
6. 連接麥克風和揚聲器。
7. 應用程序運行時，對著麥克風說話，觀察揚聲器的回放效果。

五、圖紙和原理圖

附錄A提供了Audio PICtail Plus Daughter Board的詳細技術圖紙和原理圖，包括板卡布局、語音采樣接口、抗混疊低通濾波器、語音回放接口、編解碼器、閃存和板卡連接器等方面的原理圖，這些圖紙和原理圖為我們深入了解板卡的工作原理和進行硬件設計提供了重要的參考。

Audio PICtail Plus Daughter Board為電子工程師提供了一個低成本、功能豐富的音頻開發(fā)解決方案。通過對其功能、硬件組件和演示程序的了解，我們可以更好地利用這款板卡進行音頻相關的開發(fā)工作。大家在實際使用過程中，是否遇到過一些有趣的問題或者有獨特的應用經(jīng)驗呢？歡迎在評論區(qū)分享。