探索Audio PICtail™ Plus Daughter Board：低成本音频开发利器

在电子工程师的日常工作中，寻找一款合适的音频开发工具至关重要。今天，我们就来深入了解一下Microchip Technology的Audio PICtail™ Plus Daughter Board，看看它能为我们带来怎样的惊喜。

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一、文档使用指南

1.1 文档更新与获取

所有文档都会随着时间推移而变得陈旧，这份手册也不例外。Microchip的工具和文档在不断发展以满足客户需求，所以实际的对话框和工具描述可能与文档有所不同。大家可以访问Microchip的网站（www.microchip.com）获取最新文档。文档通过“DS”编号识别，编号格式为“DSXXXXXA”，其中“XXXXX”是文档编号，“A”是文档的修订级别。

1.2 文档布局

• 第1章 简介：介绍Audio PICtail Plus Daughter Board并概述其特性。
• 第2章 硬件：提供功能概述并识别主要硬件组件。
• 第3章 PWM语音回环演示：描述一个简单的回环程序，展示如何在不使用编解码器的情况下进行语音捕获和回放。
• 附录A 图纸和原理图：提供详细的技术图纸和原理图。

1.3 文档约定

手册使用了多种文档约定，如Arial字体中，斜体字符表示参考书籍，强调文本用于突出关键内容；Courier New字体中，普通字体表示示例源代码、文件名等。这些约定有助于我们更准确地理解文档内容。

1.4 保修注册

请及时填写随附的保修注册卡并邮寄，这样可以获得新产品更新。临时软件版本可在Microchip网站获取。

1.5 推荐阅读

除了本用户指南，还有一些其他有用的文档，如PIC24H系列概述、PIC24H系列参考手册、dsPIC33F系列参考手册等，这些文档能为我们提供更详细的信息。

1.6 网站支持

Microchip通过网站（www.microchip.com）提供在线支持，包括产品支持、技术支持和业务信息等。

1.7 客户变更通知服务

Microchip的客户通知服务可让用户及时了解产品的变更、更新等信息。用户可访问网站注册，涵盖编译器、仿真器、在线调试器等多个产品组类别。

1.8 客户支持

用户可通过经销商、代表、本地销售办公室、现场应用工程师或技术支持等渠道获得帮助。技术支持可通过网站（http://support.microchip.com）获取。

二、Audio PICtail Plus Daughter Board简介

2.1 概述

Audio PICtail Plus Daughter Board是一款低成本的语音采样和回放接口板，它可插入Explorer 16开发板的扩展槽，在外部音频设备与Explorer 16板上的dsPIC33F或PIC24H设备之间进行接口。音频输入信号被路由到dsPIC33F或PIC24H设备的模数转换器（ADC）模块进行软件处理，输出信号可由dsPIC33F或PIC24H的输出比较PWM模块生成脉宽调制数字波形，部分dsPIC33F设备还可通过数模转换模块生成差分信号。输出信号经过低通滤波器或差分放大器转换为模拟信号，再进行适当放大以驱动不同的输出设备。

2.2 板卡设置

将Audio PICtail Plus Daughter Board插入Explorer 16开发板，连接麦克风和扬声器，插入电源和MPLAB ICD 2。加载演示软件后，麦克风输入的语音会回环到扬声器，实现无编解码器的语音质量音频演示。

2.3 参考文档

除了前言中推荐的阅读材料，还推荐参考National Semiconductor、Wolfson Microelectronics和Atmel Corporation的相关数据手册。

三、硬件功能与组件

3.1 功能概述

3.1.1 语音采样

音频输入信号可来自线路输入或电容式麦克风，通过跳线（J8）选择。信号经非反相交流放大器放大，再通过抗混叠低通滤波器路由到dsPIC33F或PIC24H设备的ADC模块。放大器增益可变，输出偏置为1.65V。

3.1.2 语音回放

主流语音回放接口处理来自dsPIC33F或PIC24H设备输出比较PWM模块的脉宽调制数字信号。低通滤波器对PWM信号进行解调，输出信号同时馈送到线路输出和耳机放大器。线路输出放大器驱动外部音频设备，增益可调；耳机放大器驱动耳机，采用数字音量控制。

3.1.3 编解码器

仅dsPIC33F设备支持可选编解码器。编解码器与运行在dsPIC33F上的应用程序交互，通过I²C模块交换命令信息，实现音频信号的数字转换和处理。

3.1.4 DAC差分放大器

该放大器允许Audio PICtail Plus Daughter Board与dsPIC33F设备的DAC模块接口，将差分模拟信号转换为单端音频信号，增益为0 dB。

3.1.5 4-Mb串行闪存

板卡包含4-Mb串行闪存，用于存储数据，通过SPI总线与dsPIC33F和PIC24H设备接口，可用于存储语音样本。

3.2 硬件组件

板卡包含多个关键硬件组件，如闪存写保护跳线（J6）、闪存（U1）、ADC通道选择跳线（J5）等。每个组件都有其特定的功能和作用，例如：

• 线路/麦克风输入电话插孔（J1）：接受电容式麦克风或线路电平信号。
• 线路/麦克风输入选择跳线（J8）：决定放大器作为线路放大器还是麦克风放大器工作。
• 线路/麦克风前置放大器（U4:A）：增益可变，输出偏置为1.65V。
• 抗混叠低通滤波器（U4:C）：采用二阶Sallen - Key结构，截止频率为3300 Hz。
• 麦克风增益控制（R29）：控制前置放大器的增益，但增益过高可能导致放大器输出饱和和削波。
• ADC通道选择跳线（J5）：选择dsPIC33F或PIC24H设备上的模拟输入通道。
• PWM低通滤波器（U3:A,B）：对PWM信号进行解调，输入由滤波器输入选择跳线（J7）选择。
• 滤波器输入选择跳线（J7）：可选择不同的输入信号。
• 输出选择跳线（J4）：决定线路输出和耳机放大器的输入信号来源。
• 线路输出放大器（U4:B）：增益由电位器（R24）控制，输出用于驱动外部音频设备。
• 线路输出增益控制电位器（R24）：控制线路输出放大器的增益，过高增益可能导致输出饱和。
• 线路输出插孔（J9）：用于连接外部功率放大器或录音设备。
• 耳机放大器（U5）：采用National Semiconductor LM4811，具有数字音量控制功能。
• 耳机放大器数字音量控制：通过CLK开关（S1）和VOL UP/DN开关（S2）控制音量。
• 耳机输出插孔（J10）：可连接32 ohm耳机。
• DAC差分放大器（U3:C）：将差分信号转换为单端信号，增益为0 dB。
• 编解码器（U2）：采用Wolfson WM8510，与dsPIC33F设备的DCI模块和I²C总线接口。
• 编解码器振荡器（Y1）：为编解码器提供12 MHz主时钟信号。
• 闪存（U1）：可用于存储数据，写保护由跳线（J6）控制。
• Explorer 16 PICtail连接器（J2）：连接到Explorer 16板，提供多种信号。
• 28 - 引脚启动开发板连接器（J3）：允许连接到Microchip的28 - 引脚启动开发板，但连接时该开发板必须工作在+3.3V。

四、PWM语音回环演示

4.1 语音回环演示概述

随Audio PICtail Plus Daughter Board附带的CD中包含语音回环演示应用程序。该应用程序使用板卡捕获麦克风输入信号，将其发送到dsPIC33F设备进行音频处理，包括使用G.711 µ - 律编码算法将16位数字信号压缩为8位，再使用解码算法将8位信号解压缩回16位，最后输出到OC PWM模块转换为脉宽调制信号，经过PWM滤波器处理后输出模拟音频信号，通过扬声器播放。

4.2 演示程序的软件元素

4.2.1 ADC驱动

ADC驱动读取指定12位ADC通道（AN0或AN3）的输入信号，使用DMA通道0进行数据读取，采用连续乒乓操作，用户应用程序需分配缓冲区内存。相关参数在ADCChannelDrv.h头文件中设置。

4.2.2 输出比较模块驱动

输出比较PWM（OCPWM）驱动使用输出比较模块将数字数据转换为PWM信号，可选择输出比较通道1或通道2。使用DMA通道1将数据写入OCxRS寄存器，采用连续乒乓操作，用户应用程序需分配缓冲区。Timer 2模块配置为最大PWM周期，驱动将输入样本值映射到时间周期并加载到OCxRS寄存器，使OC PWM信号的占空比与输入数字样本成比例。相关参数在OCPWMDrv.h头文件中设置。

4.2.3 回环应用程序软件

回环应用程序使用ADC和OCPWM驱动读取和输出语音信号，对麦克风信号进行G.711编码/解码操作后将其回环到耳机输出。

4.3 运行演示

运行演示的基本步骤如下：

1. 将演示程序从CD复制到MPLAB项目文件夹。
2. 将Audio PICtail Plus Daughter Board插入Explorer 16开发板，设置Explorer 16板以使用MPLAB IDE运行。
3. 在MPLAB IDE中打开演示程序项目。
4. 构建应用程序并对dsPIC33F或PIC24H设备进行编程。
5. 运行程序。
6. 连接麦克风和扬声器。
7. 应用程序运行时，对着麦克风说话，观察扬声器的回放效果。

五、图纸和原理图

附录A提供了Audio PICtail Plus Daughter Board的详细技术图纸和原理图，包括板卡布局、语音采样接口、抗混叠低通滤波器、语音回放接口、编解码器、闪存和板卡连接器等方面的原理图，这些图纸和原理图为我们深入了解板卡的工作原理和进行硬件设计提供了重要的参考。

Audio PICtail Plus Daughter Board为电子工程师提供了一个低成本、功能丰富的音频开发解决方案。通过对其功能、硬件组件和演示程序的了解，我们可以更好地利用这款板卡进行音频相关的开发工作。大家在实际使用过程中，是否遇到过一些有趣的问题或者有独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享。