基于DSP56371和nRF24E1的无线杜比耳机系统设计

xx大学本科生毕业设计（论文） 基于DSP56371和nRF24E1的无线杜比耳机系统设计xx大学 xx学院 05电子信息工程 xx2009年4月目 录前 言5第一章 绪论6第1.1节 扬声器与耳机的区别6第1.2节 系统方案的总体设计思想7第二章 杜比耳机系统（DSP56371）8第2.1节 杜比耳机技术82.1.1. 杜比耳机概述82.1.2. 杜比耳机的主要功能、特点82.1.3. 杜比耳机如何工作92.1.4. 杜比耳机的应用领域102.1.5. 无线杜比耳机的发展前景10第2.2节 DSP56371芯片概述11第2.3节 DSP56371硬件结构122.3.1. DSP56371芯片引脚122.3.2. DSP56371内部模块14第2.4节 DSP56371软件体系结构15第2.5节 DSP音效后处理（Post Processing Phase）162.5.1. 音效后处理概念162.5.2. 音效后处理控制流程17第三章 RF射频无线通信部分（nRF24E1）18第3.1节 无线通信技术介绍183.1.1. 几种无线通信方式的简介183.1.2. 短距离无线通信的比较19第3.2节 nRF24E1概述203.2.1. nRF24E1介绍203.2.2. nRF24E1引脚功能203.2.3. nRF24E1内部结构21第3.3节 nRF24E1无线模块的硬件组成223.3.1. 微处理器223.3.2. PWM(Pulse Width Modulation)和SPI(Serial Peripheral Interface)接口233.3.3. RTC唤醒定时器、WTD和RC振荡器233.3.4. A/D转换器233.3.5. 无线收发器23第3.4节 nRF24E1设计原理及其通信协议23第四章 软硬件系统设计25第4.1节 系统硬件电路总体方案设计25第4.2节 无线部分子系统的硬件软件设计部分254.2.1. nRF2401子系统设计硬件部分264.2.2. 无线收发程序流程294.2.3. nRF24E1软件程序部分设计31第4.3节 DSP子系统的相关设计32第五章 系统设计总结33参考文献34致 谢35附录36附录1： nRF24E1的应用电路图36基于DSP56371和nRF24E1的无线杜比耳机系统设计苏州大学 应用技术学院 05电子信息工程 黄笑霄2009年4月【摘要】：本文主要介绍了一种无线杜比耳机系统，这种耳机系统是基于芯片DSP56371和无线模块nRF24E1。其主要功能是通过一副普通耳机输出精确模拟5.1声道环绕声扬声器系统所产生的效果，并且能用无线耳机的形式体现出来，为音乐、电影、游戏带来生动的环绕声效果。系统设计的主要内容是：DSP杜比耳机系统和nRF24E1无线发射接收系统设计。无线设计是采用飞思卡尔的DSP56371音频信号处理器件和挪威Nordic公司的nRF24E1无线数字音频模块，采用2.4GHz无线音频收发器，从而不需要耳机连接线。该参考设计可单独作为游戏机和DVD播放器的附件，也能集成到目前的消费类电子产品如电视，DVD接受机，音/视频接收器和汽车娱乐产品。本文提供了DSP56371的主要性能，框图以及Nordic公司的nRF24E1模块的主要性能和框图。【关键词】：杜比耳机技术、无线通信、射频、飞思卡尔、DSP56371、nRF24E1、ISM频段Abstract : This paper introduces a system of wireless Dolby Headphone, the headphone system is based on the DSP56371 chip and wireless module nRF24E1. Its main function is through an ordinary headphone accurately output the effect of simulating 5.1-channel surround sound speaker system, and can be reflected in the form of wireless headsets, for music, movies, games a vivid surround sound effect. The main content of system design is: DSP Dolby Headphone System and nRF24E1 wireless transmitting the receiving system design. Wireless design uses the Freescales DSP56371 audio signal processing device and Norway Nordic companys nRF24E1 wireless digital audio module, they use 2.4GHz wireless audio transceiver, thereby avoiding the need for headphone cable. The reference design can stand alone as a game console and DVD player accessories, it can be integrated into the current consumer electronics products such as televisions, DVD receivers, audio / video receivers and automotive entertainment products. In this paper, the DSP56371 provides the main performance, as well as the Nordic companies diagram nRF24E1 module performance and the main block diagram.Key words: Dolby Headphone、wireless communication、RF、freescale、DSP56371、nRF24E1、ISM band前 言摆脱束缚，使用无线杜比耳机，再也没有恼人电线的牵绊,让你享受美妙的杜比坏饶效果！深夜睡不着，好多人在这个时候都想看电影解闷，又或者想听音乐给精神充电，但最怕会影响家人休息，这个时候耳机就大派用场。有了无线杜比耳机，不但可以省去耳机线长度不够、容易坏的问题，而且它有模拟5.1声道环绕声效果，让你置身于不一样的境界。音乐发烧的朋友们也再也不用担心耳机线经常断的问题了。无线耳机越来越受大家欢迎，原因是那种无拘无束的轻松感觉。无线耳机的音色虽然及不上有些专业的有线耳机，但这款无线耳机加强接收范围，就算隔住墙都收得一清二楚，加入的音效技术，令使用者好似置身现场一样。就目前的实际情况来看，无线耳机采用的技术主要分为射频、红外和蓝牙。与红外线产品比较，蓝牙与射频技术不受遮挡物和不同方位的限制，具有灵活、多便的使用功能。其中射频无线技术是现在的主流技术，产品比较丰富，而且性能也相当不错；蓝牙技术，则拥有低功耗、低辐射的特点，传输距离普遍都可达到10米以上，但是，与普通的射频技术相比，蓝牙技术很难满足快速开发和低成本的要求，蓝牙硬件设计、软件及其协议编程不但复杂而且昂贵。因此普通无线射频可实用、经济地实现无线通信。带有Dolby Digital（杜比数字技术）/Dolby Headphone（杜比耳机技术）标志的产品可以解码5.1声道杜比数字音轨，并采用杜比耳机技术来处理多声道。因为音轨已经用杜比数字5.1技术来编码，所以每个声道都是独立的。杜比耳机技术让听者通过任何一副普通的耳机都可获得杜比数字5.1环绕声体验。本文研究的无线杜比耳机系统，可以应用在许多方面，比如手机上用无线耳机接听手机电话，省却了耳机电线，同时免除了存在争议的手机辐射问题。也可以接在mp3等其他音乐播放设备上，体验5.1声道环绕声效果，同时也避免了耳机线易断的烦恼。还可以用于智能系统中的无线通信，比如近几年盛行的足球机器人比赛，机器人之间为了配合而互相通信以及主机为了作全局指挥与机器人之间的通信就需要无线耳机。选用的两块芯片：DSP56371是24位数字信号处理器（DSP），是DSP56300系列可编程的CMOS数字信号处理器的成员之一，具有 Dolby Digital 5.1、杜比虚拟扬声器和杜比耳机技术的功能,及对数字音频压缩和解压、声场加工、声学均衡和其它数字音频的算法，利用DSP56371提高耳机输出的音效质量；nRF24E1无线射频模块是集成有2.4GHz无线收发器、增强型8051、ADC和其它外设的一款高集成度无线收发芯片，它体积小，功耗低、所需外围元件少,并有很大的价格优势,可代替一些场合的蓝牙应用需求。文中介绍了DSP56371芯片的芯片结构、内部模块、软件体系结构、DH相关的控制模式以及RF24E1无线收发芯片的主要特点、内部结构和引脚功能，最后给出了nRF24E1的无线数据包格式和典型应用电路。这样的设计降低了设计的难度，容易达到需要的效果，也能降低无线部分的成本。基于本文介绍的无线杜比耳机系统所设计出来的产品不但具有DSP56371音频处理的功能，使立体声耳机虚拟出5.1声道的效果，音质绝对可以跟大多数有线耳机相媲美，而且拥有灵活、方便、不受耳机线约束的无线功能。无线杜比耳机是有很宽广的市场前景的，研究这个题目也非常有意义。第一章 绪论第1.1节 扬声器与耳机的区别一副普通耳机只有两个耳塞，所以只有两个声道的效果，而扬声器可以通过增加设备数量，形成5.1声道的音效效果。而 5.1声道就是使用5个喇叭和1个超低音扬声器来实现一种身临其境的音乐播放方式，在5.1声道系统里采用左(L)、中(C)、右(R)、左后(LS)、右后(RS)五个方向输出声音，使人产生犹如身临音乐厅的感觉。五个声道相互独立，其中“.1”声道，则是一个专门设计的超低音声道。正是因为前后左右都有喇叭，所以就会产生被音乐包围的真实感。下文介绍了扬声器与耳机的区别。当某一立体声系统每个扬声器传出的声音到达你的内耳时，它包含了一整套空间信息，分别由房间的建筑声学条件及你头部和外耳的生理特征共同作用产生。这些信息使你的大脑能够将声音定位，并将其体现为一个声场概念，它仿佛能将表演者排列在你的面前，就像在音乐会上一样。（参见图1-1）图 1-1 两声道立体声重放而耳机则是将声音直接送入你的耳朵，全无任何像扬声器回放产生的那种空间信息。其结果是在你的两耳之间形成一条不自然的直线型的声场。（参见图1-2）图 1-2 传统的耳机收听左右声直接出现在你身边，而中间声则会出现在你的头部内。这种“脑内”效果是非真实的，并且会导致听者的疲劳。要通过耳机来刻画令人信服的双声道立体 声已经具有极大的难度对于通常需要使用五只扬声器来还原节目的环绕声而言，那更是一种挑战。多重扬声器家庭影院系统不仅像立体声系统那样将立体声像排列在你面前，而且还将你融入音响氛围之中，使你在欣赏电影电视时有“身临其境” 的震撼感觉（参见图1-3）。图 1-3 多声道环绕声重放第1.2节 系统方案的总体设计思想本文设计的基于DSP56371和nRF24E1的总体系统框图如下图所示： 无线耳机接收部分模拟信号输入无线耳机发送部分主机（MP3播放器、PC等）DSP56371音频解码音效处理nRF24E1无线模块ADC模数转换nRF24E1无线数据发送nRF24E1无线数据接收耳机DAC数模转换图 1-4 基于DSP56371和nRF24E1的总体系统框图系统方案的总体设计思想是：将无线耳机发送部分集成，设计在一个小的盒子里(盒子中要包括ADC模数转换器，DSP56371，nRF24E1)，通过数据线与主机(MP3播放器、PC或者其他音乐播放设备)音频输出口相连，在盒子内部经过AD采样、DSP音频处理，最后所得的数据由nRF24E1进行无线传输。耳机接收部分(包括普通双声道耳机，DAC数模转换器，nRF24E1)通过系统设定的通信协议，由nRF24E1接收发送部分传输过来的数据，再经过数模转换，由普通双声道耳机输出模拟5.1声道的环绕声效果。系统设计的主要内容是杜比耳机部分设计(DSP56371)以及无线通信部分设计(nRF24E1)。第二章 杜比耳机系统（DSP56371）第2.1节 杜比耳机技术2.1.1. 杜比耳机概述杜比耳机（Dolby Headphone）并不是一个耳机，而是一种信号处理系统，通常安装在声音播放系统中，比如音响设备，或者飞机上的声音系统。使用杜比耳机技术后，立体声耳机能够产生逼真的模拟五只扬声器回放系统所产生的音响效果。我们知道非标准环绕声系统是在双声道立体声的基础上，不增加声道和音箱，把声场信号通过电路处理后播出，使聆听者感到声音来自多个方位，产生仿真的立体声场，杜比耳机就是一种使用了非标准环绕声技术。杜比耳机技术能够传递完整的声音信号，从声源发声到最后声信号的衰减，以及该过程中的每次声反射。它采用很先进的房间建模技术使声场得到精确的再现，这样你听到的就是制作者所预期的环绕声效果。杜比耳机技术可以应用于几乎任何带耳机输出的设备中，比如便携式DVD影碟机、PC、数字电视、无线产品，和能处理立体声或多声道音频并且带耳机输出的任何其它设备。使用杜比耳机收听节目时，那些原来在您前方呈现的声音将会在前方呈现，那些原先呈现在您周围的声音也将会在您周围出现。这些声音再也不会集中在您的大脑中央了。 杜比耳机技术使你能用传统的立体声耳机来欣赏多声道节目，例如杜比数字（Dolby Digital）或者杜比环绕声（Dolby Surround）编码的电影节目，你能感受到震撼、真实的环绕声效。你也同样可以在收听CD及MP3这类立体声节目时获得更为自然的声音效果。对任何类 型的节目，你都能欣赏很长的时间而没有疲劳感。2.1.2. 杜比耳机的主要功能、特点主要功能：能通过一副普通耳机精确模拟5.1声道环绕声扬声器系统所产生的效果。能为音乐、电影、游戏带来生动的环绕声效果。杜比耳机技术已包含在杜比PC娱乐体验（Dolby PCEE)技术认证的杜比标准听音室认证（Dolby Sound Room)，杜比家庭影院认证（Dolby Home Theater)和杜比专业工作室认证（Dolby Master Studio)，三大PC认证之中。消费电子领域，一些顶级AV设备都运用这一先进技术。 特点：用任一副普通的耳机即可实现5.1声道环绕音效；能够处理24bit/96KHz的音频信号，比如使用MLP Lossless TM技术的DVD-Audio，所产生的环绕声毫不逊色于录音棚音效；结合杜比定向逻辑II技术可以使立体声音乐与电影产生优美动听的环绕声。优点：可以单独享受环绕声而不会干扰他人；改善听觉舒适度，减少“听觉疲劳”；让立体声内容听起来就像5.1声道环绕声 （如果结合杜比定向逻辑II技术）。2.1.3. 杜比耳机如何工作当你在收听立体声或多声道家庭影院系统时，你的双耳会同时接收直接来自各扬声器的直达声和来自房间表面及家具的多重反射声（如图2-1 所示）。图 2-1 扬声器直达声和房间反射声混合示意这种直达声和反射声的混合情况对于该系统中的各个扬声器来说都是不同的，取决于它的位置以及你自己的位置。在到达你的双耳时，来自各个扬声器的声音均具有独特的特征，所有声道的特征合在一起，就能让你的大脑感受到诸如房间的大小和建声条件，扬声器位置以及原始信号中所包含的空间信息。 使用功能强大的数字信号处理技术，杜比耳机能为各声道的原始信号立体声节目上两个声道，环绕声节目上多达五个声道用电子方式添加特征，该特征来自 于在一个精心设计的优秀声学环境中正确摆放的一只对应位置的扬声器。换而言之，杜比耳机在一个虚拟的房间内创造出多达五个虚拟扬声器。 字串6处理器将所有这些包含各声道“特征”的多声道信号信合并在两个编码声道中，也就是说当这两个声道的信号通过传统立体声耳机送入你的双耳时将含有来自各个虚拟扬声器的直接和反射声音的特征总合（参见图2-2）。因此，听觉感受会更加自然得多，声音仿佛出现在“脑外”。图 2-2 用杜比耳机收听杜比耳机的两个不同技术标志有：一、Dolby Digital 二、Dolby Pro Logic II。杜比耳机技术是设计用来处理5.1声道信号的。它也可以处理立体声信号；但是，立体声信号必须首先被转化为5.1声道的信号。耳机产品可能带有这两种标志中的一种，具体采用哪种取决于生产商。带有Dolby Digital（杜比数字技术）/Dolby Headphone（杜比耳机技术）标志的产品可以解码5.1声道杜比数字音轨，并采用杜比耳机技术来处理多声道。因为音轨已经用杜比数字5.1技术来编码，所以每个声道都是独立的。 杜比耳机技术让听者通过任何一副普通的耳机都可获得杜比数字5.1环绕声体验。2.1.4. 杜比耳机的应用领域杜比耳机适用于任何立体声节目资源，从CD到MP3 文件，也适合于任何多声道节目资源，无论是杜比环绕声、杜比数字、PCM、MLP无损压缩还是MPEG编码。它可以内置于几乎所有的能提供一个立体声耳机 接口的视听产品中，包括数字有线电视和卫星电视机顶盒、VCR、DVD-VIDEO视频播放机、DVD-AUDIO 音频播放机、传统的和数字的电视接收机、个人台式电脑、手提电脑、便携式立体声设备、游戏机、A/V环绕解码器和接收器、汽车音响系统以及多媒体扬声器系统。你只需插入你最心爱的普通立体声耳机，安座其间，就能享用“房间里最佳听音座位”。下面是杜比耳机的几个标志：杜比耳机标志，如图2-3；杜比耳机立体声标志，如图2-4 图 2-3 杜比耳机标志 图 2-4杜比耳机立体声标志2.1.5. 无线杜比耳机的发展前景杜比5.1声道已广泛运用于各类传统影院和家庭影院中，一些比较知名的声音录制压缩格式，譬如杜比AC-3（Dolby Digital）、DTS等都是以5.1声音系统为技术蓝本的。其中“5.1”声道，则是一个专门设计的超低音声道，这一声道可以产生频响范围20120Hz的超低音。其实5.1声音系统来源于4.1环绕，不同之处在于它增加了一个中置单元。这个中置单元负责传送低于80Hz的声音信号，在欣赏影片时有利于加强人声，把对话集中在整个声场的中部，以增加整体效果。相信每一个真正体验过Dolby AC-3音效的朋友都会为5.1声道所折服。再加上拥有无线技术的杜比耳机，超前揭示消费电子产业的发展趋势，会吸引更多的音乐爱好者及电子产品消费者，它无论在功能还是技术上都呈现较多亮点。传统的双声道系统已经逐渐得慢慢淡出，目前5.1声道音效处理系统是比较完美的影音解决方案。千万不要以为5.1已经是环绕立体声的顶峰了，更强大的7.1系统已经出现了。它在5.1的基础上又增加了中左和中右两个发音点，以求达到更加完美的境界。由于成本比较高，没有广泛普及。耳机的发展方向将向两极划分，注重方便与快捷的人们会选择无线耳机，而发烧和专业用户则会投资更为昂贵的实际线材。在购买耳机时，无线杜比耳机将会成为人们的首选。随着科技的发展，当无线技术有了质的飞跃的时候，这里主要是指抗干扰技术，无线耳机才可能全面取代有线耳机。由于无线杜比耳机采用无线接口来代替有线电缆连接，具有很强的移植性，并且适用于多种场合，加上该技术功耗低、对人体危害小，而且应用简单、容易实现，所以易于推广。无线杜比耳机可以给使用者带来高品质耳机音效的享受，并且摆脱了有线耳机给使用者带来的烦恼，它不受遮挡物和不同方位的限制，具有灵活、多便的使用功能，绝对是属于一种时尚、实用型电子产品。第2.2节 DSP56371芯片概述20年来，飞思卡尔面向数字音频应用的Symphony系列24位DSP一直是业界领先的产品，在汽车、消费类和专业数字音频处理市场中占据了很大的市场份额。飞思卡尔Symphony DSP产品的设计面向需要较高音频处理性能的消费电子、专业音响和汽车应用，如Sony Blu-Ray Disc和HD-DVD播放器、家用A/V接收器、车载放大器、信息娱乐系统、专业的录音设备、乐器和放大器等。该产品系列目前包括DSP5636x和DSP5637x产品。下面的表格列出了Symphony 24位DSP产品在性能上的一些参数，见表2-1。表 2-1 Symphony 24位DSP产品概述 DSP型号参数362364366367371374时钟频率 (MHz)120100120150150/180150允许5V的 I/Ol/O 电压 (V)3.33.33.33.33.33.3内核电压 (V)3.33.33.31.81.251.25ROM (字节)42K8K80K80K128K28KRAM (字节)14K3K23K23K88K18K增强型串行音频接口112*2*21 OR 2*主机串行接口主机并行接口数组音频发送器外部存储接口*增强型滤波协处理器飞思卡尔(Motorola)的24位音频数字信号处理器DSP56371较前一代Symphony数字音频DSP产品在效能上提升了两倍，且提供更多的芯片内建存储器，简化生产厂商的设计流程及降低成本，进而研发出更小、更具成本效益的系统。该DSP56371设计目的是为了提供优良的性能完成最新的音频算法。DSP5637l是摩托罗拉56000核心及56300系列音频架构改革的最新成果，DSP56371适用于影/音(AV)接收器、家庭影院、环绕立体声解码器、迷你音响系统、数字电视音响系统以及汽车音响系统，还支持各种最新解码器，例如Dolby、THX、DTS，充份满足音频电子系统生产商的各种需求。DSP56371能执行延时管理、低音管理以及DTS96/24，仅需使用一半的DSP处理效能，生产商因此能加入更多消费者期待的功能。新产品通过更高的核心频率、更快的存储器访问时间、更大的芯片内建SRAM以及增加一组增强型滤波器协处理器(EFCOP)提升整体效能。其可取代的外部高速SRAM存储器能协助厂商研发更小、更简化的电路板。DSP56371主要功能和特点有： 1.25 V内核电压与3.3V外设I/O电压；兼容128kROM ；数据运算单元为2424位乘法累加器，一个56位桶式移位器。具有16位运算能力；支持程序控制与独立的代码和指令高速缓存；支持内部地址追查，OnCE硬件/软件调试 ；JTAG端口 ；6通道DMA控制器；双增强型串行音频接口(ESAI)；内置的振荡器电路；除了软件看门狗定时器外，还增加了硬件看门狗，以便在不通过MCU的情况下提供额外的安全保护；基于PLL的低抖动时钟；静态CMOS设计；Dolby ProLogic II，将立体声内容转换到多声道环绕声效果；杜比虚拟扬声器技术、可从一对立体声扬声器中模拟5.1声道音响系统 ；杜比耳机技术，可从任何耳机上模拟5.1声道环绕声系统；低音管理；延迟管理；音量管理等。第2.3节 DSP56371硬件结构2.3.1. DSP56371芯片引脚DSP56371共有80根引脚，其芯片引脚图如下所示：图2-5图 2-5 DSP56371芯片引脚分布从图2-5中可以看到，DSP56371的引脚是按一定的功能分布的，根据它引脚信号的独特用途可以画成如下形式：见图2-6图 2-6 DSP56371引脚划分示意图上图是有将引脚按其功能划分后的引脚信号细节图。芯片根据用途划分后可以分成如下几个部分：u GPIOu SPDIF TRANSMITTERu INTERRUPTSu PLL AND CLOCKu CORE POWERu OnCE/JTAGu SHIu TIMERu ESAIu ESAI_1u PERIPHERAL I/O POWER。每个部分都有专门的几个引脚组成：在DSP56371提供多达39个双向信号，可配置的GPIO信号作为或作为外设专用信号。所有这些信号在GPIO设定后复位。寄存器所有的技术编程功能非常类似这些GPIO接口。这边有6组信号，可单独或作为控制组： 端口C：12个GPIO信号（共用ESAI信号） 端口D组：2个GPIO信号（共用DAX信号） 端口E：12个GPIO信号（共用ESAI_1信号） 端口F：11个GPIO信号（专用的GPIO信号） 定时器：2个GPIO信号（共用定时器/事件计数器信号）ESAI（增强型串行音频接口）提供了一个全双工串行端口的串行通信与各种串口设备，包括行业标准的编解码器的SPDIF收发器，和其他数字信号处理器。 ESAI由一些独立的传输和接收部件组成，每个部件都有自己的时钟发生器。它既是56300家族外围ESSI设备的扩展又是56000家族外围SAI设备的扩展。ESAI之所以被称为同步时因为所有的连续的传输都是和时钟同步的。附加的同步信号被用来描绘命令结构。通常的运转模式是被用来通过周期的速率来传输数据，一个周期一条命令，网络模式也有意的类似于周期性的传输，但是它已经能支持一个周期传输32条指令。这种模式可以被用来建立分时复用的网络。与之形成对照的是，这种模式有意进行非周期性的传输，当数据需要被使用时它会高速的连续传输数据。在ESAI包括独立的发射和接收部分，每个部分有自己的时钟发生器。它是56300家庭ESSI和56000家庭SAI外设的集合。 ESAI以同步命名，因为所有的串行同步传输同步时钟。额外的同步信号被用来划定字帧。正常的运作模式是用来传输数据的定期利率，每一个词时期。该网络模式是相似的，它也打算定期转让；但是，它支持多达32个字（时段）每时期。这种模式可用于构建时分复用网络。 ESAI_1（增强型串行音频接口1）是DSP56371 第二ESAI外设。它的功能类似于ESAI外设。DAX（数字音频传输器）是一个串行音频接口模块，输出的数字音频数据是美国电化学协会/欧洲广播联盟的CP-340和IEC958格式。DAX的一些主要特点分列如下：操作框架基础DAX可以处理一帧（即连续两个副帧）的音频和非音频数据的时间。 双缓冲音频和非音频数据DAX数据路径是双缓冲，以便下一帧数据可以存储在DAX指数在不影响目前的框架内传播。直接内存访问，音频数据和非音频数据可以写入DAX指数使用的DMA。可编程时钟源，用户可以选择的DAX时钟源，而这选择配置了DAX是主机或者从机的模式。同时支持主模式和从模式的数字音频网络如果用户选择一个分开的DSP内核时钟DAX将在主机模式。如果用户选择的外部时钟源，DAX指数将在从机模式。GPIO（通用输入输出）每2个DAX指数引脚可被配置为GPIO或具体的DAX引脚。每个管脚是独立于其他。然而，至少有两个引脚必须选中作为DAX指数引脚释放DAX复位的数据。 2.3.2. DSP56371内部模块1. 整个DSP模块可以分为两个区：（1）内存扩展区（2）外部扩展区。2. 内存扩展区由三部分组成：（1）程序RAM、ROM；（2）X数据RAM、ROM；（3）Y数据RAM、ROM。3. 图中除了这三部分构成的内存扩展区外其他都属于外部扩展区。数据通过通用输入输出引脚进入DSP芯片内部，经过各模块的处理及数据传输，完成数据处理的任务。24位DSP56300系列芯片内部模块图2-7如下所示图 2-7 DSP56371内部模块图第2.4节 DSP56371软件体系结构DSP56371之所以能完成音频数据的处理，达到5.1声道虚拟环绕效果，是因为它有着自己的软件体系结构。DSP56371的软件体系结构的数据流程图如下图2-8所示，它描述了DSP实现杜比5.1声道的整个软件数据流程：后处理阶段标准后处理阶段：专业逻辑低音管理延时管理音量管理可下载的后处理阶段：自定义混音 卢卡斯THX系统 SoundField环绕声传声器系统均衡器3D虚拟低音增强效果自定义的IPC/SubTxLs/RsTxL/RTx左/右声道左/右环绕中置/低音炮耳机混音接口解 码 器IEC61937标准PCM DolbyDigital自动检测AACDTSWMAPCML/RTx输入驱动输出缓冲输出驱动输入缓冲图2-8 软件体系结构的数据流程图整个数据流程如上图所示，IEC61937标准PCM格式的音频数据进入系统内部后，先由输入驱动进入输入缓冲，解码器自动检测输入的数据是什么格式，判断出是5种格式（PCM，Dolby Digital，AAC，DTS，WMA）中的哪一种，然后输出到输出缓冲模块里。输出缓冲模块此时可以将数据输入到芯片的后处理阶段模块里面，经过专业逻辑，低音管理，延时管理，音量管理等处理后再回送到输出缓冲模块里面，最后由输出驱动将数据输出，通过不同的外设从而实现了杜比5.1声道效果。其中，IEC61937的数据格式可以包含象MPEG2那种多声道, AC3 或DTS。当IEC61937的数据流可以在保持原有采样率的情况下被转换为S/PDIF信号，声道标识信息只占1bit (仅1)，代表数据在S/PDIF帧是数字音频还是其他数据 (DTS, AC3, MPEG audio etc.)。这个bit会说明标准数字音频设备不用尝试以他们的采样率回放这些数据。第2.5节 DSP音效后处理（Post Processing Phase）2.5.1. 音效后处理概念经过输入端口的输入数据被解码后，将进行音效后处理。DSP56371的PPP（Post Processing Phases后处理阶段）控制如下图2-9所示。音效后处理按照插槽的顺序执行。目前DSP56371中有25个插槽是有效的。部分插槽是为飞思卡尔所支持的PPP所预留的，例如Delay manager（延时管理）, Volume manager（音量管理）等等。其他则是被开发者使用的，比如插入客户定制的音效处理模块：3D 虚拟, 声场，均衡。系统允许运行时插入和激活。PPP以模块方式运行，通过统一的接口对输出缓冲的数据进行处理。第 16 页 共 37 页DolbyPro LogicTMSlot PPPBassmgrDelaymgr3DvirtuaVolmgr图 2-9 音效后处理顺序2.5.2. 音效后处理控制流程PPP控制流程如下图2-10所示。DSP56371内置了杜比耳机后处理模块，杜比耳机后处理（Dolby Headphone PPP）作为一个独立的PPP安插在系统后处理的插槽内，用户可以轻松的通过一些简单的软件设定来实现杜比耳机后处理技术。后处理控制在与SA、其他PPP或者主处理器的PPP通信上是必要的。 至少, 控制模块包括与给定的PPP状态和结构有关的信息。PPP后处理阶段像THX和3D虚拟化，依赖于缓冲区的位置，解码器，采样率和大部分通道，PDC为PPP的工作提供信息。Post-DecoderControl (PDC)Post-ProcessingControl (PPC1)Post-ProcessingControl (PPC2)Post-ProcessingControl (PPCn)DecoderFunctionPPP1PPP2PPPnFunctionEntry PointFunctionEntry PointFunctionEntry Point图 2-10 PPP控制流第 37 页 共 37 页第三章 RF射频无线通信部分（nRF24E1）第3.1节 无线通信技术介绍无线化是控制领域发展的趋势，尤其是工作于ISM频段的短距离无线通信得到了广泛的应用，各种短距离无线通信都有各自合适的使用范围。工业应用中，现阶段基本上都是以有线的方式进行连接，实现各种控制功能。各种总线技术，局域网技术等有线网络的使用的确给人们的生产和生活带来了便利，改变了我们的生活，对社会的发展起到了极大的推动作用。有线网络速度快，数据流量大，可靠性强，对于基本固定的设备来说无疑是比较理想的选择，的确在实际应用中也达到了比较满意的效果。但随着射频技术、集成电路技术的发展，无线通信功能的实现越来越容易，数据传输速度也越来越快，并且逐渐达到可以和有线网络相媲美的水平。而同时有线网络布线麻烦，线路故障难以检查，设备重新布局就要重新布线，且不能随意移动等缺点越发突出。在向往自由和希望随时随地进行通信的今天，人们把目光转向了无线通信方式，尤其是一些机动性要求较强的设备，或人们不方便随时到达现场的条件下。因此出现一些典型的无线应用，如：无线智能家居，无线抄表，无线点菜，无线数据采集，无线设备管理和监控，汽车仪表数据的无线读取等等。3.1.1. 几种无线通信方式的简介生产和生活中的控制应用往往是限定到一定地域范围内，比如：主机设备和周边设备的互联互通，智能家居房间内的电器控制，餐厅或饭店内的无线点菜系统，厂房内生产设备的管理和监控等0200米的范围内，本文着重探讨短距离无线通信实用技术，主要有：红外技术，蓝牙技术，802.11b无线局域网标准技术，微功率短距离无线通信技术，现简介如下：1. 红外技术红外通信技术采用人眼看不到的红外光传输信息，是使用最广泛的无线技术，它利用红外光的通断表示计算机中的0-1逻辑，通常有效作用半径2米，发射角一般不超过20度，传统速度可达4Mbit/s，1995年IrDA（InfraRed Data Association）将通信速率扩展到的高达16Mbit/s ，红外技术采用点到点的连接方式，具有方向性，数据传输干扰少，速度快，保密性强，价格便宜，因此广泛应用于各种遥控器，笔记本电脑，PDA，移动电话等移动设备，但红外技术只限于两台设备通讯，无法灵活构成网络，而且红外技术只是一种视距传输技术，传输数据时两个设备之间不能有阻挡物，有效距离小，且无法用于边移动边使用的设备。2. 蓝牙技术 蓝牙技术是一种短距离无线通信技术，它采用无线电射频技术实现设备之间的无线互连，有穿透能力，能够全方位传送，主要面对网络中各种数据和语音设备，通过无线方式将它们连成一个微微网（Piconet），多个微微网之间也可以形成分布式网络（Scatternet），从而方便，快速的实现各类设备之间的通信，蓝牙技术使用2.4GHz的ISM（Industry Science Medicine）频段，具有全球可操作性，最大传输率1MBit/s，当发射功率为1mW时，有效距离小于等于10米，适合于鼠标，键盘等短距离设备，当功率为100mW时，适合于移动电话，笔记本电脑等经常变动环境的设备。它采用跳频扩频FHSS（Frequency Hopping Spread Sprectrum）技术，具有非常可靠的数据和语音传输能力，蓝牙芯片尺寸小，功率低，其应用越来越广泛。但一个微微网同时连接的设备个数不能多8个，当多于8个时只能通过建立多个微微网，利用跨两个微微网的设备进行连接，会造成网速下降，蓝牙技术更强调设备之间的连接，而不是客户机与服务器之间的连接,并且蓝牙技术尚无国际标准，只有蓝牙利益集团制定的行业标准。3. 802.11b技术IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers ）802.11b技术标准是无线局域网的国际标准，使用2.4GHz的ISM频段，802.11b协议主要工作在OSI（Open System Interconnect Reference Model）的物理层和数据链路层，其物理层支持5.5MBit/s和11MBit/s两种速度，采用直接序列扩普DSSS（Direct Sequence Spread Spectrum）技术进行调制解调增强了抗干扰能力，提高了传输速度，并使用动态速率漂移，数据传输速率可根据环境在11MBit/s、5.5MBit/s、2MBit/s、1MBit/s之间自动切换，有效通讯距离100300米，802.11无线网络的最大优点是兼容性，只要在原有网络上装上AP，就可以提供无线网络服务，终端设备只要装上无线网卡，就可以访问所有网络资源，象使用有线局域网一样方便，却免除了布线的麻烦。802.11b具有有线等价保密机制WEP（Wired Equivalent Privacy）确保数据安全。以其具有穿透能力，全方位传送，建网速度快，可用来组建大型无线网络，运营成本低，投资回报快等特点，正逐渐受到电信制造商和运营商的青睐，目前此种设备还比较昂贵，妨碍了其推广和应用。4. 微功率短距离无线通信技术它一般使用数字信号单片射频收发芯片，加上微控制器和少量外围器件构成专用或通用无线通信模块，一般射频芯片采用FSK调制方式，工作于ISM频段，通信模块一般包含简单透明的数据传输协议或使用简单的加密协议，用户不用对无线通信原理和工作机制有较深的了解，只要依据命令字进行操作即可实现基本的数据无线传输功能，因其功率小，开发简单快速而应用广泛，但数据传输速度、流量都较小较适合搭建小型网络。在工业，民用领域使用较广。3.1.2. 短距离无线通信的比较各种短距离无线通信技术主要性能列表比较如下：表3-1 各种短距离无线通信技术主要性能列表技术参数红外技术蓝牙技术802.11b 微功率短距离无线通信技术系统功耗100mA 100mA 450mA 60mA 通信距离10米100米300米300米通信速率4Mb/s 2Mb/s 20kb/s 通信频率红外频率2.4GHz 2.4GHz433MHz /2.4GHz频率申请否否否否开发难易 易难难 易通信方式 红外蓝牙802.11bFSK模块成本 很低高很高低在短距离的通信中，无线技术被普遍看好，其中射频技术因为功耗低和无方向性等优点而受到青睐。通信频率为2.4 GHz的频段是全球开放的ISM（工业、科学和医学）频段，使用者无需申请许可证 ，给开发者和用户带来了很大方便 ；同时，可以有效地避免低频段信号、各类电火花及家用电器的干扰 。因为这一频段具有这些优点 ，其他的一些应用，如蓝牙、WLAN，也是在这一频段；但蓝牙和WLAN对于工业控制、医疗传感器、住宅和楼宇自动化装置等设备来说，过于复杂，其成本也过高，很难满足快速开发和低成本的要求。因此，目前迫切需要一种低成本、低功耗、能够快速开发应用的方案，来实现设备的无线连接。另一方面，经过多年的发展，TCP/IP协议已经成为目前被广泛应用于Internet的通信协议。在嵌入式系统中实现TCP/IP协议栈，利用Internet进行远程数据传送，可以实现对远端设备运行状态的监视和控制。短距离的无线通信技术在无线通信系统的实现中扮演着重要的角色。短距离无线通信的方式有两种：（1）红外IrDA(InfraRed Data Association) （2）无线射频技术(Radio Frequency)。由于红外方向性强、距离短，而且不能有遮挡物，所以很难推广应用。射频技术因为功耗低和无方向性等优点而受到青睐。目前世界上流行的蓝牙技术（Bluetooth）是一种开放性短距离无线通信技术标准，它就是一种无线射频技术。第3.2节 nRF24E1概述3.2.1. nRF24E1介绍本文设计的无线耳机部分就是基于挪威Nordic公司的nRF24E1,所需外围器件很少,设计简单并有很大的价格优势，可代替一些场合的蓝牙应用需求。在嵌入式TCP/IP平台下利用工作频率为2.4GHz的无线收发模块nRF24E1，进行短距离的点对多点的无线通信。nRF24E1 嵌入2.4GHz 无线内核nRF2401，具有全球开放的2.4GHz 频段，1Mbps 高速无线速率，125 频道，可满足多频及跳频需要，内置CRC 效验和多点通信协议控制；集成增强型51 内核，9 路10bit ADC，采样速率100kHz，内置电压基准、电源检测，可配置UART 异步串口，SPI 串口，PWM输出，内置看门狗、CRC 效验和多点通信控制，适合点对多点通信。所有功能均在一个6x6mm 芯片上实现，片上系统SOC，1.93.6V 低功耗，内置电压监视和复位电路，多种省电模式可供选择，待机电流可低至2A，成本极低；同时器件还带有唤醒定时器；采用0.18m 的CMOS 技术制造；无线功能全部集成在nRF24E1 内部；嵌入增强型51 单片机内核，可利用丰富的51开发资源和经验，迅速掌握和开发。3.2.2. nRF24E1引脚功能nRF24E1采用36脚QFN（66mm）封装，其引脚排列如图 3-1 所示， 图 3-1 nRF24E1 的外脚排列图各引脚功能如下：nRF24E1有11个数字I/O引脚