基于MTM809的硬盤MP3的硬件設計與分析
加入技術交流群
一 MTM809處理器系統簡介
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，主要特點有：
(1) 在軟件上與工業標準的80390兼容;
(2) 增強的單周期精簡指令系統；
(3) 256B的內部在片數據存儲器，10KB的數據SRAM，64KB ROM;
(4) 15個中斷源兩個優先級；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，并將它們發送到音頻緩沖區，最后這些數據將通過I2S總線傳送到片外的DAC。當實現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據寫入到音頻解碼接口。
5. 液晶顯示器（LCD） 接口
具有支持狀態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播放器系統設計
由分析可知，系統的主要功能是提取存儲在硬盤中的MP3數據，將其解碼得到PCM數據，再將該數據輸送到語音芯片，語音芯片數模轉換PCM數據得到模擬信號經過放大器輸出給耳機或喇叭。同時，該系統都可作為一個大容量移動硬盤使用。
因此，系統主要包括硬盤電路、MP3播放電路兩個部分。另外為了從計算機上拷貝MP3等數據到硬盤上，本系統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協議，這使得MTM09在設計上非常簡單。
一個USB接口有兩根數據線（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，只要將數據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?。╩m）：100×70×9.5（長×寬×高，2.5 英寸時）；容量大：20～80GB不等；功率消耗指數低于0 .033 W/GB；接口簡單：標準ATA接口。
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為低電平這一特性設計了一個由PNP三極管和發光LED組成的狀態顯示電路。
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。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, 數據輸出引腳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即可。
評論