基于MTM809的硬盤(pán)MP3的硬件設計與分析
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一 MTM809處理器系統簡(jiǎn)介
MTM809是一款以8051CPU為核心的嵌入式處理器。作為專(zhuān)門(mén)應用于便攜式系統的MCU，它采用0.25μm CMOS工藝，內核運行電壓2.5V，IO輸入輸出電壓3.3V。它的在片資源豐富，內嵌有USB2.0控制器，一個(gè)FLASH卡讀卡器控制器，ATA/ATAPI硬盤(pán)控制器及一個(gè)MP3解碼器等外設。在各個(gè)外設之間的數據傳送由于不需要CPU的介入而使得數據的傳送效率很高。MTM809的主要特性如下：
1．256B的內部在片數據存儲器，10KB的數據SRAM，64KB的ROM和內嵌I2C，SPI和UART/RS-232接口，2個(gè)在片ADC，RTC電路。
2．與USB2.0全兼容的接口: 支持多配置和多界面的高速（480Mbps）及全速（12Mbps）數據傳送，具有一個(gè)設備地址和三個(gè)端點(diǎn)（Endpoint）。
3．支持SM 卡/CF卡/SD卡/MMC卡/xD卡/MS（Pro）卡/ PC ATA卡接口和微硬盤(pán)/ATA/ATAPI設備接口。
4．內嵌具有I2S總線(xiàn)接口的MP3解碼器。
5．帶有LCD接口。
二 MTM809系統結構
MTM809系統內部框圖如圖1所示。
下面介紹MTM809 SOC的主要組成部分：
1．微控制器(Micro-controller)
微控制器以單周期DCD 8051為CPU為核心，主要特點(diǎn)有：
(1) 在軟件上與工業(yè)標準的80390兼容;
(2) 增強的單周期精簡(jiǎn)指令系統；
(3) 256B的內部在片數據存儲器，10KB的數據SRAM，64KB ROM;
(4) 15個(gè)中斷源兩個(gè)優(yōu)先級；具有與特殊功能寄存器的界面；
(5) 外設包括：內嵌的I2C總線(xiàn)主控制器，SPI總線(xiàn)主控制器，三個(gè)16位定時(shí)/計數器，兩個(gè)UART，四個(gè)8位的GPIO端口及看門(mén)狗定時(shí)器;
(6) 支持電源管理功能。
2．開(kāi)關(guān)盒(Switch Box)
MTM809內部的開(kāi)關(guān)盒在不需要微控制器介入的情況下為各個(gè)外設之間大數據的傳送提供通道。圖1中的FLASH控制器邏輯電路、ATA控制器邏輯電路和USB控制器邏輯電路都需要DMA功能，故在這些外設中內建有DMA。
3.各類(lèi)存儲器接口(Storage Interface)
FLASH 存儲器接口是FLASH卡與其他外設數據交換的橋梁。一方面，它能夠與每一種卡通信，另一方面，它實(shí)現在其他外設之間數據的交換。在FLASH 存儲器接口與其他外設之間是MMU（Memory Management Unit）。
ATA 存儲器接口是硬盤(pán)UDMA、CF卡控制器與其他外設接口數據交換的橋梁。
USB 接口是USB數據包管理器與其他外設接口數據交換的橋梁。
4. 音頻邏輯電路(Audio Logic Interface)
MTM809的內部解碼器將MP3的數據流解碼為PCM采樣數據，并將它們發(fā)送到音頻緩沖區，最后這些數據將通過(guò)I2S總線(xiàn)傳送到片外的DAC。當實(shí)現錄音回放或測試功能的時(shí)候，微控制器可直接將音頻采樣數據寫(xiě)入到音頻解碼接口。
5. 液晶顯示器（LCD） 接口
具有支持狀態(tài)LCD控制/驅動(dòng)器的接口，并帶有專(zhuān)用EL背光控制引腳。
三 硬盤(pán)MP3播放器系統設計
由分析可知，系統的主要功能是提取存儲在硬盤(pán)中的MP3數據，將其解碼得到PCM數據，再將該數據輸送到語(yǔ)音芯片，語(yǔ)音芯片數模轉換PCM數據得到模擬信號經(jīng)過(guò)放大器輸出給耳機或喇叭。同時(shí)，該系統都可作為一個(gè)大容量移動(dòng)硬盤(pán)使用。
因此，系統主要包括硬盤(pán)電路、MP3播放電路兩個(gè)部分。另外為了從計算機上拷貝MP3等數據到硬盤(pán)上，本系統還需要一個(gè)計算機通信的接口。
由于MTM809內部嵌入了MP3解碼邏輯電路，這給我們設計時(shí)帶來(lái)了方便。同時(shí)我們還可以選擇片內帶有放大器的語(yǔ)音芯片使本系統設計更為簡(jiǎn)化。通用串行總線(xiàn)(Universal Serial Bus，USB)是一種快速、靈活的高速總線(xiàn)接口。與其他通信接口比較，USB接口的最大特點(diǎn)是易于使用，應用范圍廣。MTM809帶有USB控制器 ，因此，選擇USB接口作為系統與計算機通信的接口是顯而易見(jiàn)的。
1. USB接口設計
眾所周知在進(jìn)行一個(gè)USB設備開(kāi)發(fā)之前，首先要根據具體使用要求選擇合適的USB控制器。目前，市場(chǎng)上供應的USB控制器主要有兩種：帶USB接口的單片機（MCU）或純粹的USB接口芯片。MTM809就是一種帶USB控制器的MCU，它支持USB2.0協(xié)議，這使得MTM09在設計上非常簡(jiǎn)單。
一個(gè)USB接口有兩根數據線(xiàn)（DM,DP）和電源線(xiàn)（VCC,GND）。MTM809的USB模塊的對外接口線(xiàn)分別為：DM,DP,UVDD,UVSS。設計時(shí)，只要將數據線(xiàn)和電源線(xiàn)對應連接就可以了。MTM809的USB接口設計如圖2所示。
2. 硬盤(pán)子系統的設計
在選擇硬盤(pán)時(shí)，應選用帶標準接口的通用硬盤(pán)，并且體積小，重量輕，容量大，功耗低。
日立(Hitachi)公司開(kāi)發(fā)的Travelstar系列硬盤(pán)專(zhuān)門(mén)為便攜式設備而設計：價(jià)格低；受沖擊能力強；體積?。╩m）：100×70×9.5（長(cháng)×寬×高，2.5 英寸時(shí)）；容量大：20～80GB不等；功率消耗指數低于0 .033 W/GB；接口簡(jiǎn)單：標準ATA接口。
MTM809與硬盤(pán)接口設計如圖3所示。
圖中硬盤(pán)被設置在主工作模式下（CSEL引腳置為高電平）。為了顯示硬盤(pán)是否工作，利用引腳/DASP在硬盤(pán)工作時(shí)的電平變?yōu)榈碗娖竭@一特性設計了一個(gè)由PNP三極管和發(fā)光LED組成的狀態(tài)顯示電路。
3. MP3播放電路設計
MTM809芯片內部集成MP3解碼電路和數據緩沖區，對片外的DAC的接口采用的是I2S總線(xiàn)。在設計時(shí)，應該選擇具有I2S總線(xiàn)接口的CODEC芯片。在設計中，我們選擇CODEC芯片的型號為WM8721。它是專(zhuān)門(mén)為便攜式MP3音頻與語(yǔ)音播放器/錄音器而設計的：功耗低，語(yǔ)音播放時(shí)的信噪比可達100dB。內部集成了雙耳式耳機驅動(dòng)器，控制界面可選擇為兩線(xiàn)或三線(xiàn)串行總線(xiàn)接口。
WM8721封裝形式為28引腳SSOP時(shí)，引腳的說(shuō)明如表2所示。
MTM809與WM8721之間的設計如圖4所示。
WM8721的工作模式被設置為從模式，其控制界面選擇為三線(xiàn)制MPU控制界面（MODE被置為高電平）。設計中利用MTM809的SPI總線(xiàn)接口（時(shí)鐘引腳EECLK, 數據輸出引腳EEDO, 片選引腳EECS1）作為WM8721的控制界面。MTM809的I2S總線(xiàn)引腳（ADO, ADI,AWS,ABCK,AMCK）按圖中所示的方式與WM8721的總線(xiàn)引腳連接，這些引腳負責與WM8721進(jìn)行通信將解碼后的MP3數據傳送到CODEC。WM8721的引腳LPOUT、RPOUT輸出的數模轉換后的音頻信號，將這兩引腳直接與耳機插座的信號引腳對應連接起來(lái)即可。
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