基于FPGA的音频信号采集处理系统设计

李佳希 王才敏 北京航天控制仪器研究所通信系统事业部

本文介绍一种基于FPGA的音频采集处理系统。系统以FPGA器件为控制核心，通过AD/DA控制模块实现数据采集功能；通过SDRAM控制模块实现对SDRAM的数据读写功能；通过FIR滤波器模块，实现信号低通滤波处理功能。本设计具有速度快、成本低、体积小等优势。

FPGA；SDRAM读写；FIR滤波

引言

随着微电子和信号处理技术的发展，数字音频采集处理技术在众多领域得到广泛应用，以FPGA为核心的音频采集处理系统，在现代数字系统设计中具有广阔的应用空间。

1.总体设计方案

系统总体设计方案如图1所示，FPGA为系统的控制核心，负责控制AK4550和SDRAM芯片，使它们能够按特定的时序工作，并且在需要的时候进行调用，也负责对采样回来的信号进行滤波处理。AK4550负责对采集的音频信号进行模数转换。SDRAM负责数据的存储。

2.硬件控制模块

2.1 AD/DA控制模块

AK4550分别采用两路模拟信号输入和输出，使用简单灵活。AK4550与FPGA之间通过I²S总线连接，其中MCLK是主时钟，SCLK是移位时钟，LRCK是帧时钟，用于切换左右声道数据。

AD/DA控制模块主要由分频模块、I²S模块、系统控制模块和移位寄存器模块4部分组成。

分频模块：由FPGA的时钟分频得到所需要的主时钟信号MCLK，再由主时钟分频得到SCLK和LRCK信号。

I²S模块：通过分频得到的MCLK、SCLK和LRCK信号配置AK4550。当LRCK为高电平时，采集16位左声道数据；反之则采集16位右声道数据。

图1 系统结构框图

图2 AK4550控制模块原理图

系统控制模块：通过控制PWAD与PWDA来控制AK4550当前的工作状态，其中高电平代表工作，低电平代表空闲；……