帶SD/MMC存儲(chǔ)卡接口的MP3和弦芯片ft1780

隨著MP3手機(jī)的興起，用戶不僅對(duì)手機(jī)音樂的音量、音質(zhì)要求越來越高，而且對(duì)手機(jī)的存儲(chǔ)容量的要求也越來越大，總希望能多存些歌，可以省去頻繁換歌的煩惱。但目前一般手機(jī)自帶的內(nèi)存遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足這些要求，而且很多手機(jī)平臺(tái)也無法支持外接存儲(chǔ)卡，為了解決這一問題，就需要有配套的存儲(chǔ)管理芯片。

方泰電子的ft1780可以幫手機(jī)設(shè)計(jì)工程師很好的解決這個(gè)難題。它不僅可以提供專業(yè)的MP3音樂，而且集成了SD/MMC存儲(chǔ)卡接口，由于內(nèi)置文件管理系統(tǒng)，可以方便地升級(jí)原有的手機(jī)產(chǎn)品，使之具有可更換外接SD/MMC存儲(chǔ)卡的功能。本文介紹了ft1780音頻處理芯片的功能特點(diǎn)，并詳細(xì)敘述了其在手機(jī)上的應(yīng)用實(shí)例。

ft1780芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

圖1是ft1780芯片的內(nèi)部框圖，從中可以看出，ft1780主要由7部分組成。

圖1：ft1780芯片內(nèi)部框圖。

1. 主機(jī)接口：與Baseband相連，Baseband通過它向ft1780發(fā)命令和讀取狀態(tài)；

2. 音頻/系統(tǒng)引擎：芯片的核心部分，完成64和弦MIDI合成，MP3解碼，七段數(shù)字均衡器，文件系統(tǒng)管理，系統(tǒng)控制等功能；

3. SD/MMC卡控制器：完成SD/MMC卡接口功能；

4. 輸入/輸出控制器：完成I²S接口,四路LED控制，馬達(dá)和背光控制等功能；

5. 電源管理系統(tǒng)：可以關(guān)掉不用的功能模塊，節(jié)省系統(tǒng)功耗；

6. 立體聲耳機(jī)功放：可以直接驅(qū)動(dòng)16ohm的耳機(jī)，輸出功率可達(dá)到20mW以上；

7. 喇叭功放：可以直接驅(qū)動(dòng)8ohm喇叭，輸出功率可達(dá)到500mW以上；

ft1780芯片采用6mmx7mm 48Pin的BGA封裝，與其它普通MP3解碼芯片相比，它有以下幾個(gè)主要特色：

1. 工作電流小，具有高效的省電設(shè)計(jì)電路，芯片內(nèi)各模塊可以單獨(dú)控制開和關(guān)，可滿足手機(jī)上不同的工作模式要求；

2. 支持全系列采樣率和編碼率的MP3數(shù)據(jù)，包括MPEG Version1 Layer3，MPEG Version2 Layer3和MPEG Version2.5 Layer3標(biāo)準(zhǔn)，采樣率范圍是8~48kHz，編碼率是8~320kbps，解碼品質(zhì)高，聲音音質(zhì)好；

3. 支持64和弦的鈴聲，支持自有的人聲音效格式(FTF格式)，同時(shí)支持自然音和背景音的播放；

4. 內(nèi)置SD/MMC卡的文件管理系統(tǒng)程序，不需要手機(jī)的基帶來解析SD/MMC卡上的文件系統(tǒng)，基帶只要發(fā)簡(jiǎn)單的命令就可以控制ft1780的播放功能，SD/MMC卡的數(shù)據(jù)可以不經(jīng)過基帶，由ft1780芯片自己讀取和播放，這樣可以大大減輕基帶的負(fù)擔(dān)，也因此拓寬了ft1780的應(yīng)用面。

5. 內(nèi)置高品質(zhì)立體聲耳機(jī)功率放大電路，輸出功率大，并具有無耦合電容設(shè)計(jì)的耳機(jī)輸出電路。普通的耳機(jī)輸出需要兩個(gè)較大的隔直電容，若電容容量太小，會(huì)使低頻響應(yīng)變差，聲音低頻失真。而無耦合電容設(shè)計(jì)可以節(jié)省成本，節(jié)省手機(jī)電路板寶貴的空間，增加耳機(jī)輸出的保真度。

6. 內(nèi)置喇叭功率放大電路，在8ohm喇叭上可以輸出500mW以上的功率。

圖2：典型應(yīng)用示意圖。

ft1780芯片的曲型應(yīng)用

ft1780的應(yīng)用電路比較簡(jiǎn)單，所需的外圍器件很少，只需要十幾個(gè)電阻和電容，典型應(yīng)用線路如2所示。通過調(diào)整R1和R3的比值可以調(diào)節(jié)ft1780內(nèi)部輸出到喇叭的增益，通過調(diào)整C1和C3可以調(diào)節(jié)喇叭輸出聲音的高頻和低頻特性，對(duì)于圖中所列參數(shù)，R1=33k歐姆，C1=330pF，R3=33k歐姆，C3=0.1uF，增Gain=R1/R3=1，高頻截止頻率為F_H=1/(2*π*R1*C1)=14.6kHz，低頻截止頻率為F_L=1/(2*π*R3*C3)=48.2Hz。從Audio In進(jìn)來的音頻信號(hào)可以通過控制從喇叭或耳機(jī)出來，并且可以根據(jù)需要通過R2和C2調(diào)節(jié)它的低頻響應(yīng)曲線。圖中，耳機(jī)的輸出已用了無耦合電容設(shè)計(jì)，所以圖上沒有輸出耦合電容，但要注意的是，耳機(jī)的公共端不是通常的“地”，需是芯片上的虛擬地腳“HPR”。另外芯片的VDDA腳可以直接與電池的正級(jí)相接，在不需芯片工作時(shí)，可以用軟件來控制芯片進(jìn)入"Power Down"狀態(tài)，這時(shí)芯片的耗電只有幾微安。

相關(guān)軟件和播放流程

ft1780芯片的工作需要相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序支持。驅(qū)動(dòng)程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，各功能都有相應(yīng)的程序，在Design In過程中，只要修改硬件相關(guān)的地址參數(shù)，加入中斷服務(wù)程序(也可以使用定時(shí)器相關(guān)的查詢模式)，然后調(diào)用相應(yīng)的API就可以正常工作(發(fā)出聲音)了。圖3是軟件模塊示意圖，下面簡(jiǎn)單介紹一下各模塊的功能：

圖3：軟件模塊示意圖。

1. 硬件平臺(tái)相關(guān)模塊：需要根據(jù)手機(jī)平臺(tái)的情況修改相應(yīng)的參數(shù)，主要有芯片寄存器的操作地址，輸入時(shí)鐘的頻率等；

2. MIDI模塊：MIDI數(shù)據(jù)解析和處理，MIDI播放控制和回調(diào)控制；

3. ADPCM模塊：ADPCM數(shù)據(jù)解析和處理，ADPCM播放控制和回調(diào)控制；

4. FTF模塊：FTF數(shù)據(jù)解析和處理，F(xiàn)TF播放控制和回調(diào)控制；

5. SD/MMC模塊：SD/MMC命令解析和處理，SD/MMC播放控制和回調(diào)控制；

6. MP3模塊：MP3數(shù)據(jù)解析和處理，MP3播放控制和回調(diào)控制；

7. 中斷服務(wù)模塊：對(duì)芯片的各個(gè)中斷事件作相應(yīng)的處理，主要補(bǔ)充數(shù)據(jù)，播放結(jié)束控制和出錯(cuò)信息處理等；

8. 驅(qū)動(dòng)程序API模塊：提供用戶所需的所用功能的調(diào)用，用戶不必關(guān)心具體底層模塊的細(xì)節(jié)，只需與上層API打交道；

9. 用戶參考模塊：如何使用API控制播放的一個(gè)例子，也可以作為API的進(jìn)一步包裝，供用戶直接使用。

下面我們介紹一下ft1780軟件的使用方法。

播放Baseband上文件的流程

圖4是播放Baseband上文件的流程圖。當(dāng)用戶想播放Baseband上的音頻數(shù)據(jù)時(shí)，首先是要對(duì)ft1780芯片做初始化，然后對(duì)要播放的數(shù)據(jù)做預(yù)處理，驅(qū)動(dòng)程序會(huì)分析數(shù)據(jù)格式，并根據(jù)格式自動(dòng)調(diào)用底層處理函數(shù)，再下一步是啟動(dòng)中斷或定時(shí)器、消息等機(jī)制，這一步的目的是啟動(dòng)后臺(tái)處理任務(wù)，當(dāng)進(jìn)入播放狀態(tài)時(shí)，需由后臺(tái)任務(wù)完成后續(xù)的處理工作，最后就是發(fā)播放開始命令，開始播放聲音，進(jìn)入播放狀態(tài)。

圖4：播放Baseband上文件的流程圖。

在播放狀態(tài)下，ft1780芯片會(huì)根據(jù)內(nèi)部運(yùn)作情況發(fā)出中斷請(qǐng)求，Baseband必需在一定時(shí)間內(nèi)處理相應(yīng)事件，否則會(huì)出現(xiàn)聲音停頓，不連續(xù)等現(xiàn)象。在ft1780芯片內(nèi)部有很大的FIFO(先進(jìn)先出存儲(chǔ)器)來保存播放的數(shù)據(jù)，可以適應(yīng)低端Baseband中斷反應(yīng)延時(shí)比較大的問題，保證聲音播放的順暢。

在播放過程中，Baseband隨時(shí)可以調(diào)用相應(yīng)的API來停止當(dāng)前的播放，或讀取播放信息，暫停/恢復(fù)等操作。

播放SD/MMC卡上文件的流程

圖5是播放SD/MMC卡上文件的流程圖。當(dāng)用戶想播放SD/MMC卡上的聲音文件時(shí)，首先是要對(duì)ft1780芯片做初始化，然后讀出卡上的聲音文件，選擇要播放的文件，調(diào)用簡(jiǎn)單的API播放命令后，進(jìn)入播放狀態(tài)，芯片會(huì)自動(dòng)讀取卡上的數(shù)據(jù)，播放出聲音，再下一步是啟動(dòng)中斷或定時(shí)器、消息等機(jī)制，這一步的目的是啟動(dòng)后臺(tái)處理任務(wù)，處理中斷事務(wù)。

圖5：播放SD/MMC卡上文件的流程圖。

雖然看上去與播放Baseband上文件的流程差不多，但主要有以下不同：當(dāng)播放Baseband上文件時(shí)，Baseband必須不斷地送數(shù)據(jù)到ft1780芯片內(nèi)部，中斷會(huì)比較頻繁(與所播放的文件的碼流率有關(guān))，而當(dāng)播放SD/MMC卡上的文件時(shí)，ft1780芯片自己從SD/MMC卡里讀取所需數(shù)據(jù)，不需要Baseband的干預(yù)，在播放過程中基本上沒有中斷任務(wù)，只有在播放結(jié)束時(shí)會(huì)發(fā)出中斷告知Baseband，由Baseband決定下一步的工作，如重復(fù)播放、或播放下一個(gè)文件，所以對(duì)Baseband的要求更低，適應(yīng)性更廣。

在播放過程中，Baseband隨時(shí)調(diào)用相應(yīng)的API函數(shù)，完成停止播放，暫停/恢復(fù)等功能。