Основные технические характеристики модуля BM2114dsp:

Модуль построен на микросхеме ADAU1701. Эта микросхема, разработанная фирмой Analog Devices, является полной однокристальной аудиосистемой с 28-/56-битным DSP (Digital Signal Processor), включающей в себя аналого-цифровые (АЦП, ADC), цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП, DAC), контроллеры интерфейса управления, шин I2C и SPI, а также систему PLL (ФАПЧ – фазовая автоподстройка частоты задающего генератора). Обработка звука включает в себя функции выравнивания (эквалайзер), усиления басов, обработки многополосной динамики, разделения частот (кроссовер), компенсации задержки и громкоговорителей, расширения стереобазы. Питание микросхемы осуществляется постоянным напряжением 3.3 В.

Рис.1.	Структурная схемы чипа ADAU1701.

Обработка звукового сигнала может быть использована для компенсации искажений, вносимых реальным окружением, свойствами среды прослушивания, размещением и ограничениями звукоизлучающих устройств. В конечном счете, обработка сигнала в ADAU1701 приводит к существенному улучшению качества звука, тем самым приближая результат к high-end студийному оборудованию.

Большая часть обработки выполняется в полном 56-битном режиме (с двойной точностью), что приводит к отличным результатам даже при низком уровне входного сигнала.

Модуль является полностью программируемым DSP. Для программирования используется программное обеспечение SigmaStudio™ с графическим интерфейсом, который позволяет визуально, в виде блоков и трасс, настраивать пути прохождения и способы обработки сигналов. При этом используются такие блоки, как фильтры, динамические процессоры, регуляторы уровня, а также интерфейс управления расположенными на плате модуля вводами-выводами общего назначения (GPIO), предназначенными для подключения внешних элементов регулировки: кнопок, переменных резистор, а также внешних АЦП, ЦАП и индикаторных светодиодов. Внешние элементы позволяют изменять параметры обработки сигнала при автономной работе без подключения к компьютеру.

Результатом программирования в SigmaStudio™ является код, который может быть загружен в постоянное запоминающее устройство микросхемы ADAU1701 и запущен при включении питания.

Для преобразования аналогового сигнала в цифровой и обратно в микросхеме используются сигма-дельта АЦП и ЦАП, что позволяет достичь высоких параметров преобразователей. Два АЦП и четыре ЦАП обеспечивают динамический диапазон 98.5 дБ. Каждый АЦП имеет THD+N (коэффициент нелинейных искажений + шум) на уровне –83 дБ, каждый ЦАП имеет THD+N на уровне –90 дБ.

Для программирования модуль подключается к компьютеру с помощью USB-разъема типа B, от которого он получает питание 5 В. Питание 5 В также можно подать на выводы 5V-IN и GND разъема PLS на плате. В качестве интерфейса USB использован микроконтроллер CY7C68013A фирмы Cypress с внешней памятью программ. Он способен поддерживать высокоскоростной обмен данными по стандарту USB. Драйвер входит в состав SigmaStudio™ и устанавливается при инсталляции программы. В операционной системе Windows (мы использовали Windows 7) модуль определяется в диспетчере устройств как Analog Devices USBi (programmed).

Для работы программы SigmaStudio™ не является обязательным подключение модуля к компьютеру. Вначале можно разработать и скомпилировать проект, а затем подключить модуль и загрузить в него код.

Разберем, как нужно включать модуль в состав звуковых систем.

Рис. 2, 3.	Внешний вид модуля BM2114dsp.

На два входа модуля подается стереосигнал от источника, а с четырех выходов (в общем случае) снимается обработанный аудиопроцессором сигнал для дальнейшего усиления и подачи на акустические системы. Обращаем ваше внимание на то, что для каждого выхода нужен отдельный канал усиления. Приведем несколько типичных примеров построения аудиосистем.

Рис. 4.	Пример построения двухполосной стерео аудиосистемы.
Рис. 5.	Пример построения трехполосной стерео аудиосистемы с субвуфером на основе двух модулей BM2114dsp.
Рис. 6.	Пример построения четырехполосной стерео аудиосистемы на основе двух модулей BM2114dsp.

Для защиты высокочастотных динамиков рекомендуется подключать их через пленочный конденсатор. Емкость конденсатора в микрофарадах рассчитывается по формуле C=1000000/(2×3.14×R×F), где R-сопротивление ВЧ-динамика в омах, F-частота в герцах. Частота выбирается в 3-4 раза ниже частоты раздела. Для недорогих динамиков можно использовать конденсаторы типа К73-16, К73-17.

При подключении внешних устройств к контактам GPIO есть некоторые особенности, которые следует обязательно учитывать.

Все устройства нужно подключать только при отключенном питании.

При подключении внешних устройств первым нужно подключать вывод GND (Земля).

Внешние устройства подключаются к контактам MPx напрямую. Контакты рассчитаны на работу с логическими уровнями 3.3 В. Они не имеют защиты от помех, перенапряжения и переполюсовки. Соединительные провода, ведущие к внешним устройствам, должны быть как можно короче.

К модулю можно подключить четыре стерео АЦП и четыре стерео ЦАП. Внешние звуковые АЦП и ЦАП подключаются по шине I2S – одному из стандартных интерфейсов последовательной шины, использующейся для соединения цифровых аудиоустройств.

Назначение сигналов в шине I2S:

• BCLK (Bit clock line) - тактовая частота для данных;
• LRCLK (Word clock line) - частота дискретизации, равная 48 кГц;
• SDATA (Данные, 2 канала).

Устройства на шине I2S могут работать в режимах Master или Slave (Ведущий или Ведомый). Только одно из подсоединенных устройств может работать в режиме Master. В режиме Master используются выводы MP10 и MP11. В режиме Slave - выводы MP4 и MP5.

Кроме того, контакты GPIO могут работать в режиме обычного (не звукового) АЦП.

Как уже говорилось, программирование примененного в модуле процессора обработки звукового сигнала ADAU1701 осуществляется при помощи программы SigmaStudio. Программу можно скачать с сайта Analog Devices по следующей ссылке:

http://www.analog.com/en/design-center/processors-and-dsp/evaluation-and-development-software/ss_sigst_02.html#dsp-overview

Программа распространяется бесплатно, имеет 32 и 64-битные версии. Установка затруднений не вызывает, при этом драйвер для связи с компьютером по USB устанавливается автоматически. Следует сначала установить программу, а затем подключить модуль. При подключении модуля он определяется в секции Контроллеры USB Диспетчера устройств Windows как Analog Devices USBi (programmed).

Руководство по работе с программой (на английском языке):

https://wiki.analog.com/resources/tools-software/sigmastudio

SigmaStudio позволяет управлять различными типами DSP процессоров производства фирмы AnalogDevices и имеет свободно конфигурируемый тракт прохождения сигнала. Это означает, что имеется возможность создать произвольный тракт обработки, который удовлетворяет предъявляемым к нему требованиям, включая разнообразные фильтры (в том числе и FIR-фильтры), кроссоверы, блоки динамической обработки сигнала, а также блоки сложных алгоритмов (динамический бас, синтезаторы субгармоник и т.п.). Все алгоритмы обработки сигнала представлены в виде схемных блоков, которые можно соединять в произвольном порядке.

Таким образом, широчайшие возможности модуля BM2114dsp помогут самым привередливым пользователям настроить свой собственный тракт звуковоспроизведения в соответствии с различными требованиями по обработке звукового сигнала и управлению необходимыми изменяемыми параметрами.

http://www.rlocman.ru/