基于MTM809的硬盤MP3的硬件設計與分析

　　一 MTM809處理器系統(tǒng)簡介

MTM809是一款以8051CPU為核心的嵌入式處理器。作為專門應用于便攜式系統(tǒng)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FLASH卡讀卡器控制器，ATA/ATAPI硬盤控制器及一個MP3解碼器等外設。在各個外設之間的數(shù)據(jù)傳送由于不需要CPU的介入而使得數(shù)據(jù)的傳送效率很高。MTM809的主要特性如下：

　　1．256B的內部在片數(shù)據(jù)存儲器，10KB的數(shù)據(jù)SRAM，64KB的ROM和內嵌I2C，SPI和UART/RS-232接口，2個在片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(shù)據(jù)傳送，具有一個設備地址和三個端點（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/ATA/ATAPI設備接口。

　　4．內嵌具有I2S總線接口的MP3解碼器。

　　5．帶有LCD接口。

　　二 MTM809系統(tǒng)結構

　　MTM809系統(tǒng)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) 增強的單周期精簡指令系統(tǒng)；

　　(3) 256B的內部在片數(shù)據(jù)存儲器，10KB的數(shù)據(jù)SRAM，64KB ROM;

　　(4) 15個中斷源兩個優(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總線主控制器，SPI總線主控制器，三個16位定時/計數(shù)器，兩個UART，四個8位的GPIO端口及看門狗定時器;

　　(6) 支持電源管理功能。

　　2．開關盒(Switch Box)

　　MTM809內部的開關盒在不需要微控制器介入的情況下為各個外設之間大數(shù)據(jù)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.各類存儲器接口(Storage Interface)

　　FLASH 存儲器接口是FLASH卡與其他外設數(shù)據(jù)交換的橋梁。一方面，它能夠與每一種卡通信，另一方面，它實現(xiàn)在其他外設之間數(shù)據(jù)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UDMA、CF卡控制器與其他外設接口數(shù)據(jù)交換的橋梁。

　　USB 接口是USB數(shù)據(jù)包管理器與其他外設接口數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)流解碼為PCM采樣數(shù)據(jù)，并將它們發(fā)送到音頻緩沖區(qū)，最后這些數(shù)據(jù)將通過I2S總線傳送到片外的DAC。當實現(xiàn)錄音回放或測試功能的時候，微控制器可直接將音頻采樣數(shù)據(jù)寫入到音頻解碼接口。

　　5. 液晶顯示器（LCD） 接口

　　具有支持狀態(tài)LCD控制/驅動器的接口，并帶有專用EL背光控制引腳。

　　三 硬盤MP3播放器系統(tǒng)設計

　　由分析可知，系統(tǒng)的主要功能是提取存儲在硬盤中的MP3數(shù)據(jù)，將其解碼得到PCM數(shù)據(jù)，再將該數(shù)據(jù)輸送到語音芯片，語音芯片數(shù)模轉換PCM數(shù)據(jù)得到模擬信號經過放大器輸出給耳機或喇叭。同時，該系統(tǒng)都可作為一個大容量移動硬盤使用。

　　因此，系統(tǒng)主要包括硬盤電路、MP3播放電路兩個部分。另外為了從計算機上拷貝MP3等數(shù)據(jù)到硬盤上，本系統(tǒng)還需要一個計算機通信的接口。

　　由于MTM809內部嵌入了MP3解碼邏輯電路，這給我們設計時帶來了方便。同時我們還可以選擇片內帶有放大器的語音芯片使本系統(tǒng)設計更為簡化。通用串行總線(Universal Serial Bus，USB)是一種快速、靈活的高速總線接口。與其他通信接口比較，USB接口的最大特點是易于使用，應用范圍廣。MTM809帶有USB控制器 ，因此，選擇USB接口作為系統(tǒng)與計算機通信的接口是顯而易見的。

　　1. USB接口設計

　　眾所周知在進行一個USB設備開發(fā)之前，首先要根據(jù)具體使用要求選擇合適的USB控制器。目前，市場上供應的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在設計上非常簡單。

　　一個USB接口有兩根數(shù)據(jù)線（DM,DP）和電源線（VCC,GND）。MTM809的USB模塊的對外接口線分別為：DM,DP,UVDD,UVSS。設計時，只要將數(shù)據(jù)線和電源線對應連接就可以了。MTM809的USB接口設計如圖2所示。

　　2. 硬盤子系統(tǒng)的設計

　　在選擇硬盤時，應選用帶標準接口的通用硬盤，并且體積小，重量輕，容量大，功耗低。

　　日立(Hitachi)公司開發(fā)的Travelstar系列硬盤專門為便攜式設備而設計：價格低；受沖擊能力強；體積小（mm）：100×70×9.5（長×寬×高，2.5 英寸時）；容量大：20～80GB不等；功率消耗指數(shù)低于0 .033 W/GB；接口簡單：標準ATA接口。

　　日立硬盤的接口引腳說明如表1所示。

　　MTM809與硬盤接口設計如圖3所示。

　　圖中硬盤被設置在主工作模式下（CSEL引腳置為高電平）。為了顯示硬盤是否工作，利用引腳/DASP在硬盤工作時的電平變?yōu)榈碗娖竭@一特性設計了一個由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(shù)據(jù)緩沖區(qū)，對片外的DAC的接口采用的是I2S總線。在設計時，應該選擇具有I2S總線接口的CODEC芯片。在設計中，我們選擇CODEC芯片的型號為WM8721。它是專門為便攜式MP3音頻與語音播放器/錄音器而設計的：功耗低，語音播放時的信噪比可達100dB。內部集成了雙耳式耳機驅動器，控制界面可選擇為兩線或三線串行總線接口。

　　WM8721封裝形式為28引腳SSOP時，引腳的說明如表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制MPU控制界面（MODE被置為高電平）。設計中利用MTM809的SPI總線接口（時鐘引腳EECLK, 數(shù)據(jù)輸出引腳EEDO, 片選引腳EECS1）作為WM8721的控制界面。MTM809的I2S總線引腳（ADO, ADI,AWS,ABCK,AMCK）按圖中所示的方式與WM8721的總線引腳連接，這些引腳負責與WM8721進行通信將解碼后的MP3數(shù)據(jù)傳送到CODEC。WM8721的引腳LPOUT、RPOUT輸出的數(shù)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即可。