带SD/MMC存储卡接口的MP3和弦芯片ft1780

随着MP3手机的兴起，用户不仅对手机音乐的音量、音质要求越来越高，而且对手机的存储容量的要求也越来越大，总希望能多存些歌，可以省去频繁换歌的烦恼。但目前一般手机自带的内存远远不能满足这些要求，而且很多手机平台也无法支持外接存储卡，为了解决这一问题，就需要有配套的存储管理芯片。 方泰电子的ft1780可以帮手机设计工程师很好的解决这个难题。它不仅可以提供专业的MP3音乐，而且集成了SD/MMC存储卡接口，由于内置文件管理系统，可以方便地升级原有的手机产品，使之具有可更换外接SD/MMC存储卡的功能。本文介绍了ft1780音频处理芯片的功能特点，并详细叙述了其在手机上的应用实例。 ft1780芯片内部结构和特点 图1是ft1780芯片的内部框图，从中可以看出，ft1780主要由7部分组成。 图1：ft1780芯片内部框图。 1. 主机接口：与Baseband相连，Baseband通过它向ft1780发命令和读取状态； 2. 音频/系统引擎：芯片的核心部分，完成64和弦MIDI合成，MP3解码，七段数字均衡器，文件系统管理，系统控制等功能； 3. SD/MMC卡控制器：完成SD/MMC卡接口功能； 4. 输入/输出控制器：完成I2S接口,四路LED控制，马达和背光控制等功能； 5. 电源管理系统：可以关掉不用的功能模块，节省系统功耗； 6. 立体声耳机功放：可以直接驱动16ohm的耳机，输出功率可达到20mW以上； 7. 喇叭功放：可以直接驱动8ohm喇叭，输出功率可达到500mW以上； ft1780芯片采用6mmx7mm 48Pin的BGA封装，与其它普通MP3解码芯片相比，它有以下几个主要特色： 1. 工作电流小，具有高效的省电设计电路，芯片内各模块可以单独控制开和关，可满足手机上不同的工作模式要求； 2. 支持全系列采样率和编码率的MP3数据，包括MPEG Version1 Layer3，MPEG Version2 Layer3和MPEG Version2.5 Layer3标准，采样率范围是8"48kHz，编码率是8"320kbps，解码品质高，声音音质好； 3. 支持64和弦的铃声，支持自有的人声音效格式(FTF格式)，同时支持自然音和背景音的播放； 4. 内置SD/MMC卡的文件管理系统程序，不需要手机的基带来解析SD/MMC卡上的文件系统，基带只要发简单的命令就可以控制ft1780的播放功能，SD/MMC卡的数据可以不经过基带，由ft1780芯片自己读取和播放，这样可以大大减轻基带的负担，也因此拓宽了ft1780的应用面。 5. 内置高品质立体声耳机功率放大电路，输出功率大，并具有无耦合电容设计的耳机输出电路。普通的耳机输出需要两个较大的隔直电容，若电容容量太小，会使低频响应变差，声音低频失真。而无耦合电容设计可以节省成本，节省手机电路板宝贵的空间，增加耳机输出的保真度。 6. 内置喇叭功率放大电路，在8ohm喇叭上可以输出500mW以上的功率。 图2：典型应用示意图。 ft1780芯片的曲型应用 ft1780的应用电路比较简单，所需的外围器件很少，只需要十几个电阻和电容，典型应用线路如2所示。通过调整R1和R3的比值可以调节ft1780内部输出到喇叭的增益，通过调整C1和C3可以调节喇叭输出声音的高频和低频特性，对于图中所列参数，R1=33k欧姆，C1=330pF，R3=33k欧姆，C3=0.1uF，增Gain=R1/R3=1，高频截止频率为FH=1/(2*π*R1*C1)=14.6kHz，低频截止频率为FL=1/(2*π*R3*C3)=48.2Hz。从Audio In进来的音频信号可以通过控制从喇叭或耳机出来，并且可以根据需要通过R2和C2调节它的低频响应曲线。图中，耳机的输出已用了无耦合电容设计，所以图上没有输出耦合电容，但要注意的是，耳机的公共端不是通常的“地”，需是芯片上的虚拟地脚“HPR”。另外芯片的VDDA脚可以直接与电池的正级相接，在不需芯片工作时，可以用软件来控制芯片进入"Power Down"状态，这时芯片的耗电只有几微安。 相关软件和播放流程 ft1780芯片的工作需要相应的驱动程序支持。驱动程序采用模块化结构，各功能都有相应的程序，在Design In过程中，只要修改硬件相关的地址参数，加入中断服务程序(也可以使用定时器相关的查询模式)，然后调用相应的API就可以正常工作(发出声音)了。图3是软件模块示意图，下面简单介绍一下各模块的功能： 图3：软件模块示意图。 1. 硬件平台相关模块：需要根据手机平台的情况修改相应的参数，主要有芯片寄存器的操作地址，输入时钟的频率等； 2. MIDI模块：MIDI数据解析和处理，MIDI播放控制和回调控制； 3. ADPCM模块：ADPCM数据解析和处理，ADPCM播放控制和回调控制； 4. FTF模块：FTF数据解析和处理，FTF播放控制和回调控制； 5. SD/MMC模块：SD/MMC命令解析和处理，SD/MMC播放控制和回调控制； 6. MP3模块：MP3数据解析和处理，MP3播放控制和回调控制； 7. 中断服务模块：对芯片的各个中断事件作相应的处理，主要补充数据，播放结束控制和出错信息处理等； 8. 驱动程序API模块：提供用户所需的所用功能的调用，用户不必关心具体底层模块的细节，只需与上层API打交道； 9. 用户参考模块：如何使用API控制播放的一个例子，也可以作为API的进一步包装，供用户直接使用。 下面我们介绍一下ft1780软件的使用方法。 播放Baseband上文件的流程 图4是播放Baseband上文件的流程图。当用户想播放Baseband上的音频数据时，首先是要对ft1780芯片做初始化，然后对要播放的数据做预处理，驱动程序会分析数据格式，并根据格式自动调用底层处理函数，再下一步是启动中断或定时器、消息等机制，这一步的目的是启动后台处理任务，当进入播放状态时，需由后台任务完成后续的处理工作，最后就是发播放开始命令，开始播放声音，进入播放状态。 图4：播放Baseband上文件的流程图。 在播放状态下，ft1780芯片会根据内部运作情况发出中断请求，Baseband必需在一定时间内处理相应事件，否则会出现声音停顿，不连续等现象。在ft1780芯片内部有很大的FIFO(先进先出存储器)来保存播放的数据，可以适应低端Baseband中断反应延时比较大的问题，保证声音播放的顺畅。 在播放过程中，Baseband随时可以调用相应的API来停止当前的播放，或读取播放信息，暂停/恢复等操作。 播放SD/MMC卡上文件的流程 图5是播放SD/MMC卡上文件的流程图。当用户想播放SD/MMC卡上的声音文件时，首先是要对ft1780芯片做初始化，然后读出卡上的声音文件，选择要播放的文件，调用简单的API播放命令后，进入播放状态，芯片会自动读取卡上的数据，播放出声音，再下一步是启动中断或定时器、消息等机制，这一步的目的是启动后台处理任务，处理中断事务。 图5：播放SD/MMC卡上文件的流程图。 虽然看上去与播放Baseband上文件的流程差不多，但主要有以下不同：当播放Baseband上文件时，Baseband必须不断地送数据到ft1780芯片内部，中断会比较频繁(与所播放的文件的码流率有关)，而当播放SD/MMC卡上的文件时，ft1780芯片自己从SD/MMC卡里读取所需数据，不需要Baseband的干预，在播放过程中基本上没有中断任务，只有在播放结束时会发出中断告知Baseband，由Baseband决定下一步的工作，如重复播放、或播放下一个文件，所以对Baseband的要求更低，适应性更广。 在播放过程中，Baseband随时调用相应的API函数，完成停止播放，暂停/恢复等功能。