CS4272 CODEC-Schnittstelle für Nucleo H743

Die CS4272 ist ein hochwertiges Stereo Audio-CODEC von Cirrus Logic für anspruchsvolle Implementierungen. Es unterstützt 24bit Bittiefe, bis zu 192kHz Abtastrate und besitzt einen dynamischen Bereich vom 114dB.

Für Flex 500 wurde ein Breakout-Board für CS4272 entwickelt, das man direkt auf ein Nucleo Board stecken kann.

PCB Design

CS4272 CODEC- Breakout board im Betrieb

Board-Design

CS4272 unterstützt 2x symmetrische Eingänge und hat 2x symmetrische Ausgänge.

Symmetrische Eingänge

Die Nutzsignale vom analogen Preamp-Board sind Wechselspannungen, da Preamp-Board symmetrische Spannungsversorgung von $+-15V$ hat. Für die symmetrischen Eingänge muss das Signal vom Preamp-Board in einen Pegel von $V_{pp}<5V$ gebracht werden. Danach muss eine Gleichspannung $V_{alias}=2,5V$ addiert werden, damit das Eingangssignal in den erlaubten Bereich vom CS4272 $0V\leq V_{i} \leq5V$ gebracht werden. Das wird in der untenstehenden Schaltung realisiert:

Bei diesem Design handelt es sich um das Referenzdesign von CS4272. Hierbei wird die Alias-Spannung $V_{com}=2,5V$ auf die durch die Kondensatoren C_INAx entkoppelte Eingangsspannung addiert und ein Eingangspuffer hinzugefügt.

Symmetrische Ausgänge

Die analogen Ausgänge vom CS4272 symmetrisch und für weitere Verarbeitung desymmetriert werden. Das wurde mit folgender Schaltung realisiert.

Hierbei werden die symmetrischen Signale $V_{OUT,A+}$ und $V_{OUT,A-}$ in einer Stufe voneinander abgezogen. Danach wird mit dem Ausgangskondesator C_OUTA6 der Gleichstrom herausgefiltert. Schließlich arbeitet die ganze Schaltung auf einen Lastwiderstand von $R_L=47k\Omega$ . Hierbei handelt es sich um das Referenz Design von CS4272.

Digitale Schnittstellen

Das Breakout-Board unterstützt SPI und I2C Schnittstellen zum Controller.

Initialisierungssequenz

Die Initialisierungssequenz von CS4272 ist im folgenden Code gezeigt.

void cs4272::init(void){


	//Initialize SPI
	printf("Initing SPI5\n");
	MX_SPI5_Init();


	printf("Initing codec\n");

	HAL_GPIO_WritePin(GPIOG,GPIO_PIN_0,(GPIO_PinState)0); //RST low

		uint8_t i=0;
		uint8_t reg[8][3];
		uint8_t adr=0b00100000;

		//Init address
		for(i=0;i<sizeof(reg)/3;i++){
			reg[i][0]=adr;
		}

		//Define startup sequence
		reg[0][1]=0x7; //Power down control
		reg[0][2]=0b00000011; //Set Serial mode + power down

		reg[1][1]=0x1; //Mode control 1
		reg[1][2]=0b00101001; //48kHz Master

		reg[2][1]=0x2;	//DAC Control
		reg[2][2]=0b00000000;

		reg[3][1]=0x3; //DAC Volume control
		reg[3][2]=0b00001001;

		reg[4][1]=0x4;	//DAC Volume A
		reg[4][2]=0b10000000; //No mute + 0dB

		reg[5][1]=0x5;	//DAC Volume B
		reg[5][2]=0b10000000; //No mute + 0dB

		reg[6][1]=0x6;	//ADC Control
		reg[6][2]=0b00010000;

		reg[7][1]=0x7;	//Mode control 2
		reg[7][2]=0b00001010;
	//	reg[7][2]=0b00010010;//Loop ADC->DAC


		HAL_GPIO_WritePin(GPIOG,GPIO_PIN_1,(GPIO_PinState)1); //MS high: SPI Unselect device
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOG,GPIO_PIN_0,(GPIO_PinState)1); //RST High
		HAL_Delay(2); //Wait
		//HAL_GPIO_WritePin(GPIOG,GPIO_PIN_0,0); //RST Low

		for(i=0;i<sizeof(reg)/3;i++){
			HAL_GPIO_WritePin(GPIOG,GPIO_PIN_1,(GPIO_PinState)0); //MS low: SPI Select device
			HAL_SPI_Transmit(&hspi5,(uint8_t *)&reg[i],3,1000); //Send config register
			HAL_GPIO_WritePin(GPIOG,GPIO_PIN_1,(GPIO_PinState)1);//MS high: SPI Unselect device
			HAL_Delay(1); //Wait

		}
}

void cs4272::init(void){

//Initialize SPI

printf("Initing SPI5\n");

MX_SPI5_Init();

printf("Initing codec\n");

HAL_GPIO_WritePin(GPIOG,GPIO_PIN_0,(GPIO_PinState)0); //RST low

uint8_t i=0;

uint8_t reg[8][3];

uint8_t adr=0b00100000;

//Init address

for(i=0;i<sizeof(reg)/3;i++){

reg[i][0]=adr;

}

//Define startup sequence

reg[0][1]=0x7; //Power down control

reg[0][2]=0b00000011; //Set Serial mode + power down

reg[1][1]=0x1; //Mode control 1

reg[1][2]=0b00101001; //48kHz Master

reg[2][1]=0x2; //DAC Control

reg[2][2]=0b00000000;

reg[3][1]=0x3; //DAC Volume control

reg[3][2]=0b00001001;

reg[4][1]=0x4; //DAC Volume A

reg[4][2]=0b10000000; //No mute + 0dB

reg[5][1]=0x5; //DAC Volume B

reg[5][2]=0b10000000; //No mute + 0dB

reg[6][1]=0x6; //ADC Control

reg[6][2]=0b00010000;

reg[7][1]=0x7; //Mode control 2

reg[7][2]=0b00001010;

// reg[7][2]=0b00010010;//Loop ADC->DAC

HAL_GPIO_WritePin(GPIOG,GPIO_PIN_1,(GPIO_PinState)1); //MS high: SPI Unselect device

HAL_GPIO_WritePin(GPIOG,GPIO_PIN_0,(GPIO_PinState)1); //RST High

HAL_Delay(2); //Wait

//HAL_GPIO_WritePin(GPIOG,GPIO_PIN_0,0); //RST Low

for(i=0;i<sizeof(reg)/3;i++){

HAL_GPIO_WritePin(GPIOG,GPIO_PIN_1,(GPIO_PinState)0); //MS low: SPI Select device

HAL_SPI_Transmit(&hspi5,(uint8_t *)&reg[i],3,1000); //Send config register

HAL_GPIO_WritePin(GPIOG,GPIO_PIN_1,(GPIO_PinState)1);//MS high: SPI Unselect device

HAL_Delay(1); //Wait

}

Nach der Initialisierung kann das CODEC aktiviert und deaktiviert werden.

void cs4272::set_status(bool flag){
	uint8_t mutereg[3];
	mutereg[0]=0b00100000;
	mutereg[1]=0x4; //DAC Volume control A register (MUTECA=B is on)

	if(flag){
		mutereg[2]=0b00000000;
	}else{
		mutereg[2]=0b10000000;
	}

	//Send SPI command to CODEC
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOG,GPIO_PIN_1,(GPIO_PinState)0); //MS low: SPI Select device
	HAL_SPI_Transmit(&hspi5,(uint8_t *)&mutereg,3,1000); //Send config register
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOG,GPIO_PIN_1,(GPIO_PinState)1);//MS high: SPI Unselect device
}

void cs4272::set_status(bool flag){

uint8_t mutereg[3];

mutereg[0]=0b00100000;

mutereg[1]=0x4; //DAC Volume control A register (MUTECA=B is on)

if(flag){

mutereg[2]=0b00000000;

}else{

mutereg[2]=0b10000000;

}

//Send SPI command to CODEC

HAL_GPIO_WritePin(GPIOG,GPIO_PIN_1,(GPIO_PinState)0); //MS low: SPI Select device

HAL_SPI_Transmit(&hspi5,(uint8_t *)&mutereg,3,1000); //Send config register

HAL_GPIO_WritePin(GPIOG,GPIO_PIN_1,(GPIO_PinState)1);//MS high: SPI Unselect device

}

Der SAI von H743 muss folgendermaßen konfiguriert sein:

void c_sai::MX_SAI1_Init(void)
{

  hsai_BlockA1.Instance = SAI1_Block_A;
  hsai_BlockA1.Init.AudioMode = SAI_MODESLAVE_RX;
  hsai_BlockA1.Init.Synchro = SAI_ASYNCHRONOUS;
  hsai_BlockA1.Init.OutputDrive = SAI_OUTPUTDRIVE_DISABLE;
  hsai_BlockA1.Init.FIFOThreshold = SAI_FIFOTHRESHOLD_EMPTY;
hsai_BlockA1.Init.AudioFrequency = SAI_AUDIO_FREQUENCY_48K;
  hsai_BlockA1.Init.SynchroExt = SAI_SYNCEXT_OUTBLOCKA_ENABLE;
  hsai_BlockA1.Init.MonoStereoMode = SAI_STEREOMODE;
  hsai_BlockA1.Init.CompandingMode = SAI_NOCOMPANDING;
  hsai_BlockA1.Init.TriState = SAI_OUTPUT_NOTRELEASED;
  if (HAL_SAI_InitProtocol(&hsai_BlockA1, SAI_I2S_STANDARD, SAI_PROTOCOL_DATASIZE_32BIT, 2) != HAL_OK)
  {
//    _Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
  }

  hsai_BlockB1.Instance = SAI1_Block_B;
  hsai_BlockB1.Init.AudioMode = SAI_MODESLAVE_TX;
  hsai_BlockB1.Init.Synchro = SAI_SYNCHRONOUS;
  hsai_BlockB1.Init.OutputDrive = SAI_OUTPUTDRIVE_DISABLE;
  hsai_BlockB1.Init.FIFOThreshold = SAI_FIFOTHRESHOLD_EMPTY;
  hsai_BlockB1.Init.SynchroExt = SAI_SYNCEXT_DISABLE;
  hsai_BlockB1.Init.MonoStereoMode = SAI_STEREOMODE;
  hsai_BlockB1.Init.CompandingMode = SAI_NOCOMPANDING;
  hsai_BlockB1.Init.TriState = SAI_OUTPUT_NOTRELEASED;
  if (HAL_SAI_InitProtocol(&hsai_BlockB1, SAI_I2S_STANDARD, SAI_PROTOCOL_DATASIZE_32BIT, 2) != HAL_OK)
  {
//    _Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
  }

}

void c_sai::start(void){

	//Start DMA Streams
	printf("Initializing SAI DMA Receive stream...\n");
//	printf("Initializing SAI DMA Receive stream...\n");
	HAL_SAI_Receive_DMA(&hsai_BlockA1, (uint8_t*)&rx_buf, 4*buf_size);
	printf("SAI DMA Receive stream initialized!\n");
//	printf("Initializing SAI DMA transmit stream...\n");
	HAL_SAI_Transmit_DMA(&hsai_BlockB1, (uint8_t*)&tx_buf, 4*buf_size);
	printf("SAI DMA transmit stream initialized!\n");

}

void c_sai::MX_SAI1_Init(void)

{

hsai_BlockA1.Instance = SAI1_Block_A;

hsai_BlockA1.Init.AudioMode = SAI_MODESLAVE_RX;

hsai_BlockA1.Init.Synchro = SAI_ASYNCHRONOUS;

hsai_BlockA1.Init.OutputDrive = SAI_OUTPUTDRIVE_DISABLE;

hsai_BlockA1.Init.FIFOThreshold = SAI_FIFOTHRESHOLD_EMPTY;

hsai_BlockA1.Init.AudioFrequency = SAI_AUDIO_FREQUENCY_48K;

hsai_BlockA1.Init.SynchroExt = SAI_SYNCEXT_OUTBLOCKA_ENABLE;

hsai_BlockA1.Init.MonoStereoMode = SAI_STEREOMODE;

hsai_BlockA1.Init.CompandingMode = SAI_NOCOMPANDING;

hsai_BlockA1.Init.TriState = SAI_OUTPUT_NOTRELEASED;

if (HAL_SAI_InitProtocol(&hsai_BlockA1, SAI_I2S_STANDARD, SAI_PROTOCOL_DATASIZE_32BIT, 2) != HAL_OK)

{

// _Error_Handler(__FILE__, __LINE__);

}

hsai_BlockB1.Instance = SAI1_Block_B;

hsai_BlockB1.Init.AudioMode = SAI_MODESLAVE_TX;

hsai_BlockB1.Init.Synchro = SAI_SYNCHRONOUS;

hsai_BlockB1.Init.OutputDrive = SAI_OUTPUTDRIVE_DISABLE;

hsai_BlockB1.Init.FIFOThreshold = SAI_FIFOTHRESHOLD_EMPTY;

hsai_BlockB1.Init.SynchroExt = SAI_SYNCEXT_DISABLE;

hsai_BlockB1.Init.MonoStereoMode = SAI_STEREOMODE;

hsai_BlockB1.Init.CompandingMode = SAI_NOCOMPANDING;

hsai_BlockB1.Init.TriState = SAI_OUTPUT_NOTRELEASED;

if (HAL_SAI_InitProtocol(&hsai_BlockB1, SAI_I2S_STANDARD, SAI_PROTOCOL_DATASIZE_32BIT, 2) != HAL_OK)

{

// _Error_Handler(__FILE__, __LINE__);

}

void c_sai::start(void){

//Start DMA Streams

printf("Initializing SAI DMA Receive stream...\n");

// printf("Initializing SAI DMA Receive stream...\n");

HAL_SAI_Receive_DMA(&hsai_BlockA1, (uint8_t*)&rx_buf, 4*buf_size);

printf("SAI DMA Receive stream initialized!\n");

// printf("Initializing SAI DMA transmit stream...\n");

HAL_SAI_Transmit_DMA(&hsai_BlockB1, (uint8_t*)&tx_buf, 4*buf_size);

printf("SAI DMA transmit stream initialized!\n");

}

Oszillator

Ein 24,576 MHz Oszillator ist eingebaut und gibt den Takt an den Master-Clock.

Ressourcen

SPICE-Simulationsdateien zu analogen Schnittstellen für CS4272 herunterladen

Die KiCad Schaltung- und PCB-Designdaten herunterladen

Kompletter Programmcode für H743-Target

Can Kosar