摘要：音频编解码芯片WM8731因其高功用、低功耗等长处在许多音频产品中得到了广泛运用。本文提出了WM8731与FPGA的音频编解码体系，并嵌入大功率D类功放技能作为音频体系的功率放大运用，使得本体系功率高，体积小，音质高，功用显着。
跟着FPGA技能的迅速开展，大规模集成可编程逻辑阵列越来越遍及。在现代电子技能领域表现出显着技能抢先优势。本文为一个根据FPGA技能的嵌入式数字音频编解码体系的规划计划，极大地进步了体系的集成度和稳定性，一起降低了产品开发本钱，进步了体系规划功率。别的功率放大电路也得到了飞速的开展和运用，特别是半导体技能的前进，使功率放大电路向模块化、小型化、集成化的方向不断开展。D类功放归于非线性功率放大器，功率损耗小，其功率可达90%以上，这种高效的数字功放技能的运用显着进步了音频体系设备的音响功用。
1 体系计划
1. 1 音频编解码芯片WM8731
WM8731是集成耳机驱动器的低功耗立体声音频编解码芯片，专业规划运用于便携式MP3音频、语音记录器、CD_RW设备和DAT记录仪。支撑立体声线路和单声道麦克风音频输入，伴有静音功用，线路输入音量可编程调理，麦克风输入的偏置电压很合适电子式麦克风运用，内置高精度24位Sigma delta ADC，支撑数字音频信号输入长度为16位～32位，采样频率从8 kHz～96 kHz。立体声输出部分的缓冲器驱动器可调理音量后驱动耳机设备，线路输出具有静音功用，有上下电维护电路。操控接口是2或3线可选的并行接口，可完结各种功用的操控和办理，如音量调理，大规模的电源办理等。其结构框图如图1：
WM8731根据FPGA的接口电路的规划，包括芯片装备模块与音频数据接口模块，根据FPGA的驱动模块，将WM8731的操控接口与数字音频接口转化为FPGA操控器通用的总线接口，操控器只经过寄存器就能够对WM8731芯片进行操控办理及运用，规划模块以Verilog HDL言语在QuartusⅡ里完结并进行了验证。
1. 2 WM8731芯片的FPGA驱动规划计划
本文所规划的驱动器内部结构框图如图2所示。操控部分包括驱动器与操控器之间的接口，总线信号有数据总线信号、地址总线信号和操控信号，并发生操控字转化单元和数字音频接口单元的操控信号;内部寄存器缓存操控字和状态字;操控字转化单元担任将操控字信号串行发送至WM8731的内部操控接口并校验操控信号;数据昔频接口单元完结WM8731与外部存储器的接口转化对接，完结对数字音频信号的双工传输功用。外部存储器和驱动器都连接了操控器的数据总线和地址总线，操控模块能够完结WM8731芯片的操控及数据处理功用。
1. 3 D类功放模块
D类功放的作业原理为：根据Nyquist采样定理，对音频信号源选用脉宽调制(PWM)方法进行采样改换，改换所发生的数字信号的脉宽与对应采样点原始信号的幅值按必定联系改变，再以此数字信号来驱动功率开关晶体管MOSFET输出大功率的波形相对应的数字信号，然后经低通滤波器LPF复原出功率放大后的音频模拟信号。本文规划的功放模块功率高达96%，失真(THD+N)0.005%，具有多重专业维护：过流维护(OCP)、过压维护(OVP)、欠压维护(UVP)、直流输出维护(DCP)、过温维护(OTP)。模块输入电源规模大和负载阻抗匹配便利，最大功率可选，便于体系扩展运用及兼容晋级。本体系功放模块结构框图如图3所示。
2 体系计划规划
运用FPGA规划I2C操控器操控WM8731音频芯片，Vrilog-HDL言语描绘逻辑及时序，构建音频编解码数字音频信号处理及操控单元，完美地运用于本数字音频体系，数字音频信号单元输出的音频信号再输入到大功率数字功放模块，完结音频信号的高保真功率放大，最终功率放大器推进扬声器组发出声音。体系各部分均为模块化规划，结构明晰，装置调试简洁，也简单扩展，因而，能够运用在各种需求大功率音频输出设备的场合，体系结构框图如图4所示。
如图所示，体系中人机界面操作快捷，FPGA能实时高速收集和处理信号，音频单元输出高保真语音信号，大功率功放具有功率高，体积小，线性谐波失真率低一级特色。体系全体便携间质作用杰出，很适用于车载音响、城市车载防空警报、消防警报、移动播送等体系设备中。
3 定论
本文运用FPGA可编程逻辑技能对音频编解码芯片WM8731进行数据及操控接口的规划，完结了操控接口与数字音频接口的一致操控，简化了WM8731的运用过程，具有扩展性好、运用便利、易于晋级等长处，别的体系选用大功率数字功放，具有功率高、音质好、体积小等长处。所以嵌入D类功放模块使体系功用得到很大进步，体现在外形结构细巧，音响作用显着进步，从而能进步产品在商场中的竞争力。
