Анализ технического задания
При анализе технического задания, можно вынести несколько важных моментов.
Во первых необходимо определиться с высокоскоростным интерфейсом по которому будет осуществляться связь звуковой карты с компьютером. Самыми распространенными интерфейсами в настоящее время являются PCI и USB. Я решил выбрать USB – интерфейс. Таким образом, наша звуковая карта станет внешней звуковой картой и универсальной для любого компьютера или ноутбука имеющий порт USB.
Вторым важным моментом является способ введения дополнительных функции звуковой карты. Так как наша звуковая карта является внешней, для удобства пользователя, было бы неплохо добавить дополнительные кнопки, которые будут отвечать за добавление того или иного звукового эффекта. Таким образом, пользователь по желанию, нажав на одну из кнопок, может придать воспроизводимому файлу, какой либо звуковой эффект (Кино, реп, рок, классика, джаз, акустика и др.). Для создания собственного звукового эффекта или усиления воспроизводимого звука можно воспользоваться встроенным в операционную систему эквалайзером.
Третьим важным моментом является выбор подходящего микропроцессора, АЦП и ЦАП. Мы выбрали 16 – ти разрядный АЦП фирмы Analog Devices AD9650. Нами был выбран мультиканальный AD1941 сигнальный процессор фирмы Analog Devices. Данный процессор был специально создан для обработки звука, что удовлетворяет нашим требованиям. Имеет достаточно встроенной памяти 21 кВ(килослово), полностью совместим с интерфейсами SPI и I2C. Для вывода 6 канального звука нам потребуется многоканальный ЦАП. Таким является 8 канальный, 16 – ти разрядный ЦАП фирмы Linear Technology LTC2600. Таким образом, выделив основные важные моменты можно приступить к дальнейшему проектированию нашего устройства.
Описание и внешний вид устройства
Рис.1 Внешний вид устройства
Звуковая карта — дополнительное оборудование персонального компьютера, позволяющее обрабатывать звук (выводить на акустические системы и/или записывать). На момент появления звуковые платы представляли собой отдельные карты расширения, устанавливаемые в соответствующий слот на материнской плате.
Звуковая карта преобразует аналоговый сигнал поступающий на линейный вход в цифровой сигнал, который поступает в компьютер. Или превращает цифровой сигнал, хранимый или создаваемый в компьютере в аналоговый, который можно прослушать через колонки или наушники.
Устройство представляет из себя небольшую коробку с входами и выходами, кнопками дополнительных звуковых эффектов, а так же индикатором, сигнализирующем о работоспособности звуковой карты и разъемом USB для связи с компьютером. На один из входов подается сигнал с микрофона или какого-нибудь другого устройства, после этот сигнал претерпевает несколько стадий обработки (оцифровка, усиление, ослабление, наложение эффектов, цифроаналоговое преобразование и др.).
Работа с устройством
Вся работа с данным устройством в основном заключенная в правильном подключении самого устройства к компьютеру. Первое, что необходимо сделать - это подключить наше устройство к USB порту компьютера. Современные мощные звуковые устройства подключаются к компьютеру через USB 2.0 или FireWire. Затем включить компьютер и установить необходимое программное обеспечение. Удалять программное обеспечение и драйвера от старой звуковой карты совсем не обязательно, но если вы больше никогда не будете ей пользоваться, можно удалить. После установки ПО для нашего устройства, в панели управления, в разделе Звук и аудио устройства, выбрать наше устройство по умолчанию. Все теперь наша звуковая карта подключена и готова к работе. Для прослушивания звуковых файлов, в гнезда звуковой карты необходимо подключить колонки. Так как наша карта способна воспроизводить звук в формате 5.1 можно подключить 4 обычные колонки и одну низкочастотную (сабвуфер) в соответствующие гнезда и получить многоканальный, объемный звук. Что очень удобно при просмотре фильмов. Кнопками, которые находятся на корпусе звуковой карты можно добавить какой либо звуковой эффект. При просмотре фильмов можно добавить эффект «кино», нажав на соответствующую кнопку. Схема подключения звуковой карты к ПК и колонок к ней можно увидеть на рис. 2.
Рис. 2 Схема подключения звуковой карты
Функциональная схема
Рис.3 Функциональная схема устройства
На входы АЦП поступают аналоговые сигналы от разных устройств. Эти сигналы преобразуются из аналоговых в цифровые, полученные отсчеты сигнала далее по интерфейсу SPI передаются в цифровой сигнальный процессор (AD1941), где они претерпевают дополнительную обработку (наложение звуковых эффектов). После обработки данные могут сохраниться в файл в памяти компьютера, где пользователь с помощью дополнительного программного обеспечения может обработать полученные данные (файл) на свое усмотрение, решая ту или иную задачу.
При воспроизведении этого или другого файла, данные из памяти компьютера через USB интерфейс передаются в наше устройство, где претерпевают цифроаналоговое преобразование с помощью ЦАП. Полученный сигнал выводиться на воспроизводящие колонки или наушники.
После обработки сигнала в АЦП и сигнальном процессоре данные могут сразу выводиться на ЦАП, без сохранения в файл в памяти компьютера, что позволяет сразу воспроизводить звук с дополнительными эффектами и усилением.
Нами был выбран мультиканальный AD1941 сигнальный процессор фирмы Analog Devices. Данный процессор был специально создан для обработки звука, что удовлетворяет нашим требованиям. Имеет достаточно встроенной памяти 21 кВ(килослово), полностью совместим с интерфейсами SPI и I2C.
Временные диаграммы
Диаграмма передачи данных от АЦП к ЦАП
Диаграмма передачи данных от АЦП к DSP по интерфейсу SPI
Диаграмма записи данных в память компьютера
Диаграмма чтений данных из памяти компьютера и вывод их в ЦАП
