作者：Andreas Pellkofer, Jagannath Rotti, and Danny Ko

傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)車輛即使在低行駛速度下也會發(fā)出發(fā)動機(jī)聲音。通常，當(dāng)車輛看不見時(shí)，行人和其他交通參與者通過視覺和聽覺識別輪胎聲音和其他發(fā)出的噪音來識別接近或離開的車輛。

電動汽車 （EV） 不會發(fā)出發(fā)動機(jī)聲音。混合動力電動汽車 （HEV） 或插電式混合動力電動汽車 （PHEV） 在低速行駛時(shí)和傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī) （ICE） 啟動之前幾乎無聲地移動。當(dāng)以低于 19 英里/小時(shí)的速度行駛時(shí)，很難聽到這些車輛的聲音。在更高的速度下，輪胎聲音變得占主導(dǎo)地位。

全球管理機(jī)構(gòu)正在探索立法，旨在為PHEV和HEV在電動模式下運(yùn)行時(shí)建立最低聲音水平，以便視障人士，行人和騎自行車的人可以聽到這些車輛接近并確定這些車輛從哪個(gè)方向接近。該立法的一個(gè)例子可以在國家公路交通安全管理局（NHTSA）網(wǎng)站上找到。

電動汽車警告聲音系統(tǒng) （EVWSS） 產(chǎn)生一系列聲音，旨在提醒行人注意 EV、HEV 和 PHEV 的存在。駕駛員可以發(fā)出警告聲音（類似于汽車?yán)鹊穆曇?，但不那么緊急）;但是，必須在低速時(shí)自動啟用聲音。這些聲音從人造音調(diào)到模仿發(fā)動機(jī)噪音和輪胎在礫石上移動的逼真聲音不等。

ADI公司為高級應(yīng)用提供兩種不同的解決方案，包括EV的車內(nèi)發(fā)動機(jī)聲音和外部發(fā)動機(jī)聲音。ADI公司開發(fā)了基于ADSP-BF706的解決方案。對于入門級系統(tǒng)，ADI公司開發(fā)了一種基于ADAU1450 SigmaDSP的解決方案。這些解決方案可以合成聲音并根據(jù)行進(jìn)速度調(diào)整頻率、音量和其他參數(shù)，這些解決方案可以將音頻發(fā)送到音頻功率放大器。根據(jù)某些法規(guī)的要求，可以使用內(nèi)燃機(jī)聲音或任何其他合成音調(diào)來模擬警告聲音。?

基于黑鰭金槍魚的解決方案

ADSP-BF706 Blackfin+處理器為音頻處理和控制局域網(wǎng)（CAN）總線接口提供單芯片解決方案。 ADI公司開發(fā)了一個(gè)在ADSP-BF706上運(yùn)行的CAN軟件堆棧，使用戶能夠以最小的工作量構(gòu)建汽車級演示（也可以使用矢量CAN堆棧）。此外，ADI公司還提供完整的硬件和軟件參考設(shè)計(jì)以及SigmaStudio兼容性，用于實(shí)時(shí)調(diào)整參數(shù)。???

圖1顯示了ADSP-BF706內(nèi)部的不同處理模塊。外部波形音頻文件 （WAV） 存儲簽名引擎聲音或音頻音調(diào)。可從外部串行外設(shè)接口 （SPI） 同時(shí)訪問多達(dá) 25 個(gè) WAV 文件。在添加動態(tài)音量控制之前，這些文件在數(shù)字信號處理器（DSP）內(nèi)部進(jìn)行頻移和混合。

圖1.Blackfin+ 處理器上的處理塊。

ADSP-BF706采用存儲器映射SPI接口，提供對外部存儲器的更快、更簡化的訪問，因此本應(yīng)用無需外部雙倍數(shù)據(jù)速率（DDR）存儲器。最多可從 SPI 閃存同時(shí)訪問多達(dá) 25 個(gè) WAV 文件。大量可訪問的 WAV 文件有助于創(chuàng)建更逼真的發(fā)動機(jī)聲音。

ADSP-BF706還可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)16×的變調(diào)，這是美國NHTSA的建議，隨著車速的增加，輸出聲音的頻率也會增加。ADSP-BF706可以隨著CAN總線車速的增加動態(tài)控制音量。

圖2顯示了詳細(xì)的系統(tǒng)框圖。線性?電源LT8602四通道單芯片同步降壓穩(wěn)壓器提供系統(tǒng)所需的所有電壓軌，源自12 V汽車電池電源。2 MHz開關(guān)頻率允許用戶避開關(guān)鍵的噪聲敏感頻段，例如AM頻段。LT8602的3 V至42 V輸入電壓范圍使該器件非常適合汽車應(yīng)用，這些應(yīng)用必須在冷啟動和啟動停止情況下進(jìn)行調(diào)節(jié)，最小輸入電壓低至3 V，拋負(fù)載瞬變超過40 V。

圖2.詳細(xì)的系統(tǒng)框圖，在全功能板上使用Blackfin+處理器。

圖3顯示了一個(gè)替代系統(tǒng)框圖，其中包含連接器、一組簡化的外設(shè)和一個(gè)承載所有相關(guān)信號的汽車合格連接器。此配置允許設(shè)計(jì)更小外形的電路板。

該系統(tǒng)解決方案可降低系統(tǒng)物料清單（BOM）成本，因?yàn)锳DSP-BF706可用作微控制器和音頻處理器。

圖3.詳細(xì)的系統(tǒng)框圖，在組件減少的電路板上帶有Blackfin+處理器。

有關(guān)解決方案的完整詳細(xì)信息，請參閱 EVWSS v1 演示手冊和 EVWSS v2 演示手冊，它們在軟件下載包中提供。該軟件包（EVWSS-BF_SRC-Rel2.0.0）可通過ADI公司網(wǎng)站的軟件申請表頁面索取。有關(guān)ADSP-BF706的完整詳細(xì)信息，請參見ADSP-BF70x Blackfin+工藝硬件參考和ADSP-BF7xx Blackfin+? ?處理器編程參考。

適用于ADSP-BF706 Blackfin+處理器的EVWSS軟件架構(gòu)

EVWSS軟件架構(gòu)基于ADSP-BF706硬件架構(gòu)。處理器對硬件架構(gòu)的依賴是由于內(nèi)存映射的 SPI。CAN接口使用存儲器映射SPI直接從閃存讀取。此功能降低了 EVWSS 庫的復(fù)雜性，并使內(nèi)存訪問高效，以生成警告聲音。

軟件組件

EVWSS 軟件架構(gòu)由圖 4 中所示的組件組成。

本節(jié)詳細(xì)介紹了軟件組件。SPORT 回調(diào)功能映射到音頻數(shù)據(jù)采樣率，并在 SPORT 收發(fā)器中斷服務(wù)例程 （ISR） 上下文中運(yùn)行，讀取閃存文件（SPI 存儲器映射），使用 EVWSS 庫執(zhí)行音頻操作，并在 SPORT 收發(fā)器接口上發(fā)送修改后的音頻。EVWSS 庫包含不同的功能來合成警告聲音。EVWSS 庫還接收來自 CAN 堆棧（或用于調(diào)試的通用異步接收器和發(fā)射器 （UART） 接口）的車速輸入。TDA7803驅(qū)動器控制外部功率放大器以產(chǎn)生警告聲音。EVWSS 應(yīng)用框架配置系統(tǒng)外設(shè)、CAN 堆棧和 TDA7803 驅(qū)動程序。

EVWSS 庫函數(shù)

以下部分介紹 EVWSS 庫的功能。

圖4.EVWSS 軟件架構(gòu)框圖。

節(jié)距控制

變調(diào)是根據(jù)控制輸入轉(zhuǎn)換音頻信號頻譜的概念。在EVWSS應(yīng)用中，WAV文件的基本間距根據(jù)車速輸入而移動。

頻率調(diào)制和幅度調(diào)制

發(fā)動機(jī)聲音取決于發(fā)動機(jī)沖程，包括進(jìn)氣、壓縮、功率（膨脹）和排氣。這些筆劃創(chuàng)建調(diào)頻音調(diào)，而不僅僅是純音調(diào)。改變樣本之間的音高偏移參數(shù)以實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制。

此應(yīng)用包括兩種調(diào)制（鋸齒波和三角形）。在鋸齒調(diào)制中，頻率從最低到最高，然后跳回到最低。在三角調(diào)制中，頻率從最低到最高，然后斜坡回到最低。

壓擺音頻混合

對于音頻混音，請配置與車速相關(guān)的各種增益。

播放 WAV 文件

盡管所需的WAV文件存在于閃存中，但用戶可以播放或停止某些WAV文件，具體取決于動態(tài)條件。

基于ΣDSP的解決方案

對于入門級應(yīng)用，ADAU1450 SigmaDSP處理器可用作ADSP-BF706處理器的替代產(chǎn)品。出于評估目的，可以使用EVAL-ADAU1452評估板。

圖 5 顯示了 SigmaDSP 處理器內(nèi)部的不同處理模塊。

圖5.SigmaDSP 處理器上的處理塊。

使用SigmaStudio編程環(huán)境的ADAU1450支持以下軟件要求：

多音生成

動態(tài)音量控制，多達(dá) 64 個(gè)范圍

混音

限幅器

音高轉(zhuǎn)換，隨著速度的增加而增加音頻音高

同時(shí)播放來自 SPI 閃存的多達(dá) 5 個(gè) WAV 文件

ADI公司在SigmaStudio中提供發(fā)動機(jī)聲音模擬器模塊，以簡化發(fā)動機(jī)聲音調(diào)諧并減少所需的外部同步WAV文件數(shù)量。發(fā)動機(jī)聲音模擬器可以在內(nèi)部產(chǎn)生多達(dá) 32 次諧波。這些諧波的階數(shù)和幅度可以通過圖形用戶界面（GUI）進(jìn)行編程。

諧波發(fā)生器模塊作為ESS工具箱的一部分提供。它可以直接從SigmaStudio下載頁面（Rev 4.4.以上）下載。請注意，SigmaStudio不支持CAN軟件堆棧，需要外部微處理器。

SigmaStudio

SigmaStudio 是一個(gè)圖形編程環(huán)境，最初是為 SigmaDSP 處理器產(chǎn)品組合設(shè)計(jì)的。該軟件具有專為汽車應(yīng)用開發(fā)的內(nèi)置算法庫。GUI 簡化了調(diào)優(yōu)過程，并提供可以動態(tài)更改的控件和濾波器系數(shù)，而無需編寫代碼。SigmaStudio可從ADI公司的網(wǎng)站上的SigmaStudio頁面下載。

結(jié)論

ADI公司為入門級系統(tǒng)和高級發(fā)動機(jī)音響系統(tǒng)提供全面的解決方案，支持車內(nèi)發(fā)動機(jī)聲音和外部發(fā)動機(jī)聲音。本文旨在簡化用戶的決策過程，并縮短用戶上市時(shí)間。ADI公司提供完整的系統(tǒng)解決方案，包括用于快速原型設(shè)計(jì)和產(chǎn)品開發(fā)所需的軟件組件。

審核編輯：郭婷