1、單聲道/立體聲錄放芯片MSM9841及其在數(shù)字語音錄放機(jī)中的應(yīng)用                摘要：MSM9841是日本OKI（沖）電氣半導(dǎo)體公司研制的單聲道/立體聲語音控制處理大規(guī)模集成芯片。文中介紹了該芯片的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、工作原理及其在數(shù)字語音錄放機(jī)中的應(yīng)用。        關(guān)鍵詞：錄放機(jī)  MSM9841  FIFO  &

2、#160; 1 引言    MSM9841是日本OKI（沖）電氣半導(dǎo)體公司研制的帶有1kbitFIFO（先進(jìn)先出）存儲(chǔ)器的單聲道/立體聲語音控制處理大規(guī)模集成芯片。它可以很方便的同外部系統(tǒng)或非半導(dǎo)體存儲(chǔ)器進(jìn)行接口，且具有多種錄放模式。由于該芯片采用了較新的ADPCM2算法，因而可以保證非常高的語音回放質(zhì)量。MSM9841的錄音和回放功能可以由微處理器通過8/16bit的總線接口來進(jìn)行控制。MSM9841采用56腳QFP封裝，電源電壓為2.7V5.5V，振蕩頻率為4.096MHz時(shí)的代樣頻率有以下值可供選擇：4.0 kHz、6.4 kHz、8.0

3、 kHz、12.8 kHz、16.0 kHz、32.0 kHz（僅用于回放）；振蕩頻率為5.6448 MHz時(shí)，采樣頻率可以選擇22.05 kHz或44.1 kHz（僅用于回放）。MSM9841具有8/16bit總線接口和DMA接口且內(nèi)含低通濾波器、14bitA/D和D/A轉(zhuǎn)換器，采樣頻率為16 kHz或更低；具有由用戶定義（256/512/1024bit）的FIFO存儲(chǔ)功能（當(dāng)使用8 kHz采樣頻率，4bitADPCM2/ADPCM算法，非立體聲模式時(shí)，其緩沖時(shí)間為32ms）；支持4種錄放壓縮算法，即4/5/6/7/8bit ADPCM2算法、4bit ADPCM算法、16 bit PCM算

4、法和8bit非線性PCM算法；通過控制命令可實(shí)現(xiàn)8級(jí)音量控制（0dB21dB）。2 引腳排列及功能    MSM9841的引腳排列如圖1所示，各引腳的功能如下：    D15D8：對(duì)于8 bit總線接口，這些管腳可以通過命令被定義到外部存儲(chǔ)器的輸入輸出接口。否則，這些管腳只能定義為輸入管腳。對(duì)于16 bit總線接口，這些管腳可用作外部存儲(chǔ)器或微處理器的雙向數(shù)據(jù)總線。    D7D0：到外部存儲(chǔ)器或微處理器的雙向數(shù)據(jù)總線。    WR：寫

5、允許，低有效。    RD：讀允許，低有效。    CS：讀寫功能允許，低有效（低電平時(shí)，允許讀寫功能操作）。    D/C：當(dāng)該管腳為高電平時(shí)，語音數(shù)據(jù)可以從D0D15引腳輸入或輸出。當(dāng)該管腳為低電平時(shí)，D0D7引腳用于輸入控制命令或輸出狀態(tài)。    BUSY：當(dāng)處于錄音、回放、暫停狀態(tài)時(shí)，該管腳輸出低電平。圖2    EMP：當(dāng)FIFO存儲(chǔ)器中無數(shù)據(jù)時(shí)該管腳輸出高電平，通過命令可使該管腳由高電平變?yōu)榈碗?/p>

6、平。    MID：當(dāng)FIFO中的數(shù)據(jù)超過FIFO存儲(chǔ)空間的一半時(shí)，該管腳輸出高電平。在回放期間，MID為高電平時(shí)開始語音合成。通過命令可使MID由高電平變成低電平。當(dāng)不使用FIFO時(shí)，該管腳可為語音的輸入/輸出提供一個(gè)同步信號(hào)。    FUL/DREQR：當(dāng)FIFO存儲(chǔ)空間已滿時(shí)，該管腳輸出高電平。在回放期間，該管腳為高電平，F(xiàn)IFO中不能寫入數(shù)據(jù)。FUL/DREQR輸出的高電平可由命令輸入來將其改變成低電平。當(dāng)選擇DMA轉(zhuǎn)換和立體聲回放時(shí)，DREQR輸出高電平信號(hào)表示需要DMA轉(zhuǎn)換。DREQR輸出的高電平亦可由

7、命令輸入平將其改變成低電平。    CH/DACKR：當(dāng)選擇立體聲回放且CH為高電平時(shí)，EMP、MID或FUL管腳輸出右移FIFO的狀態(tài)。當(dāng)CH為低電平時(shí)，EMP、MID或FUL管腳輸出左移FIFO的狀態(tài)。在錄音和單聲道回放時(shí)需將該管腳設(shè)置為低電平。當(dāng)選擇DMA轉(zhuǎn)換和立體聲回放時(shí)，該管腳為DACKR功能。在這種情況下，輸入DMA轉(zhuǎn)換應(yīng)答信號(hào)到DACKR。當(dāng)DACKR為低電平時(shí)，IOW信號(hào)被接受。DACKR輸出的低電平可由命令輸入來將其改變成高電平。    DREQL：當(dāng)選擇DMA轉(zhuǎn)換和立體聲回放時(shí)，DREQL輸出高

8、電平表示需要DMA轉(zhuǎn)換。DREQL輸出的高電平可由命令輸入來將其改變成低電平。    DACKL：當(dāng)DMA控制器允許DMA轉(zhuǎn)換時(shí)，可輸入一個(gè)信號(hào)到DACKL端。如果DACKL為低電平，IOW和IOR信號(hào)將被接受。當(dāng)選擇立體聲回放時(shí)，可給DACKL端輸入左移FIFO的DMA轉(zhuǎn)換應(yīng)答信號(hào)。DACKL端的低電平可由命令輸入將其改變成高電平。如果不使用DMA轉(zhuǎn)換，應(yīng)將該腳置為高電平。    IOW：在DMA轉(zhuǎn)換時(shí)，該管腳為將外部數(shù)據(jù)寫入MSM9841的寫脈沖輸入管腳。如果不使用DMA轉(zhuǎn)換，將該引腳置為高電平。 &

9、#160;  IOR：在DMA轉(zhuǎn)換時(shí)，該管腳可作為MSM9841的讀脈沖輸入管腳。如果不使用DMA轉(zhuǎn)換，應(yīng)將該引腳置為高電平。圖3    ADSD：當(dāng)使用外部ADC時(shí)，該管腳為16bit串行數(shù)據(jù)輸入管腳，如果不使用外部ADC，則應(yīng)將該引腳置為低電平。    DASD：當(dāng)使用外部DAC時(shí)，該管腳為16 bit串行數(shù)據(jù)輸出管腳。    SIOCK：當(dāng)使用外部ADC或DAC時(shí)，該管腳為16 bit串行數(shù)據(jù)輸入/輸出的同步時(shí)鐘管腳。   

10、60;XT，XT：外部振蕩器連接管腳，當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，可將外部時(shí)鐘輸入到該管腳。    VCK：錄音和回放時(shí)的輸出采樣頻率。當(dāng)用外部ADC或DAC時(shí)，VCK管腳的信號(hào)被用作同步信號(hào)。    RESET：復(fù)位管腳，低有效。    TESTO、TESTI：測(cè)試管腳，將該引腳置為低電平。    SG：模擬地輸出管腳。    MIN,LIN：內(nèi)部OP放大器的反相輸入端，同相輸入端內(nèi)部已連到信號(hào)地。

11、60;   MOUT,LOUT：MOUT為內(nèi)部放大器到MIN的輸出端，LOUT為內(nèi)部放大器到LIN的輸出端。    AOUTL：內(nèi)部LPF（低通濾波器）左路模擬信號(hào)輸出端。它是回放信號(hào)波形輸出端，將該管腳連到放大器后可驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。    AOUTR：內(nèi)部LPF（低通濾波器）右路模擬信號(hào)輸出端。它是回放信號(hào)波形輸出端，將該管腳連到放大器后可驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。    DVDD：數(shù)字電源。在該管腳和數(shù)字地之間應(yīng)接一個(gè)0.1F電容。  &#

12、160; DGND,AGND：數(shù)字地和模擬地。    AVDD：模擬電源。在該管腳和模擬地之間應(yīng)接一個(gè)0.1F電容。3 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理    MSM9841的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，它主要由微處理器、定時(shí)控制器、音量控制器、ADPCM2/ADPCM/PCM分析器、ADPCM2/ADPCM/PCM/非線性PCM合成器、直接存儲(chǔ)器訪問接口、FIFO、ADC、DAC、LPF等部件構(gòu)成。    對(duì)MSM9841可采用二進(jìn)制編碼命令進(jìn)行控制，從而完成錄音、回放、停止、暫停、音

13、量調(diào)節(jié)、DMA轉(zhuǎn)換、設(shè)置使用內(nèi)部或外部D/A、A/D、信號(hào)輸出模式選擇等功能。該控制命令的長(zhǎng)度為8bit。4 以MSM9841為核心的錄放機(jī)    基于MSM9841的錄放機(jī)電路如圖3所示，該錄放機(jī)采用雙CPU模式，以單片機(jī)AT89C52作為錄放音模塊的主控單元。鍵盤和液晶顯示模塊以AT89C2051作為主控單元，通過串口與錄放音模塊變換指令與數(shù)據(jù)。由于本錄放機(jī)未采用DMA方式，故MSM9841的DMA控制管腳均接高電平。MSM9841中D/C管腳的電平高低可決定數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)類型。當(dāng)D/C為低電平時(shí)，數(shù)據(jù)總線上的信號(hào)為系統(tǒng)控制命令；當(dāng)D/C為高電平時(shí)

14、，總線上的信號(hào)為語音數(shù)據(jù)。由于AT89C52是8位單片機(jī)，而MSM9841支持16位或8位數(shù)據(jù)總線，所以，在系統(tǒng)工作時(shí)，首先要利用MSM9841的控制命令將其設(shè)置為8位數(shù)據(jù)總線模式。    錄放機(jī)音頻輸出端采用音頻功率放大器LM386，其電路連接如圖4所示。當(dāng)電源電壓為+5V時(shí)，LM386輸出功率為300mW左右。MSM9841內(nèi)部有2個(gè)運(yùn)算放大器，可用于放大麥克風(fēng)的語音信號(hào)，每個(gè)運(yùn)算放大器對(duì)外提供反向輸入端和輸出端，而同向輸入端則在芯片內(nèi)部與模擬地相連。兩個(gè)運(yùn)算放大器可以級(jí)連，通過調(diào)節(jié)外部電阻阻值即可獲得所需的放大倍數(shù)。通過下式可調(diào)節(jié)VLO，以使其處于

15、LOUT管腳所允許的電壓范圍內(nèi)：    VLO=(R4/R3)VMO=(R2R4/R1R3)VIN(V)    當(dāng)供電電壓為5V時(shí)，LOUT引腳所允許的電壓范圍為14V.LOUT管腳在芯片內(nèi)部與輸入低通濾波器相連，可用于去掉超過1/2采樣頻率的輸入頻率分量。這樣，就可滿足數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)所適用的奈奎斯特定理，然后送ADC進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣。放大電路通過隔直電容與麥克風(fēng)相連，隔直電容主要用于去掉低電平交流信號(hào)（約220mV）中的直流信號(hào)。整個(gè)音頻輸入電路如圖5所示。    整個(gè)刻錄機(jī)系統(tǒng)采用4片2M×8 bit的DRAM MSM5116800作為語音存儲(chǔ)介質(zhì)，在較高質(zhì)量的8kbps的采樣速率下，若采用4 bit的ADPCM2算法，4片MSM5116800能夠記錄的語音長(zhǎng)度大約是4×1.024×2000×8/（8×4）=2048s。2M×8 bit的DRAM的地址總線共20位，分為高位地址（即A0A8和A9RA11R共12位構(gòu)成行地址Row address）和低位地址（即A