摘? 要: 提出了一種對基于TC8831F系列芯片的數(shù)字語音復讀機" title="復讀機">復讀機進行改進的方案。該方案能夠以很低的軟硬件代價,將復讀機的語音記錄" title="語音記錄">語音記錄時間延長到原來的4倍,或者在不縮短語音記錄時間的情況下大大降低復讀機的制造成本,非常值得在使用此系列芯片的語音產(chǎn)品中推廣應用。

　　關鍵詞: 專用語音芯片? 語音復讀機? DRAM? 存儲器容量擴展

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　　TC8831F系列芯片是東芝公司生產(chǎn)的一款低成本高性能的數(shù)字語音錄放專用集成電路。TC8831F芯片是一塊數(shù)模混合的大規(guī)模集成電路,其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。內(nèi)部集成了構(gòu)成典型數(shù)字語音錄放系統(tǒng)所需要的大部分功能電路,包括兩級可選用的總增益達46dB的話筒信號放大器,A/D、D/A、ADPCM壓縮及解壓縮電路(支持的比特率為32/22/16/11kbps可選),輸出語音帶通濾波器?外接DRAM接口電路,MCU控制單元接口電路。使用該芯片,只需外接DRAM?MCU和輸出端的音頻功放電路等少量電路就可實現(xiàn)一個典型的錄放音系統(tǒng)。該芯片具有功能齊全?應用電路結(jié)構(gòu)簡單?操作控制方便?功耗低以及使用廉價的DRAM作為語音存儲介質(zhì)等優(yōu)點,因此成本低廉,被廣泛應用于對成本非常敏感的一些海量生產(chǎn)的民用產(chǎn)品中,如語音復讀機?電話答錄機?留言系統(tǒng)等。

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?? TC8831F芯片的DRAM接口最多可以支持4片4M×1bit的DRAM(或者燒錄好的ROM)作為語音存儲介質(zhì)。在高質(zhì)量的32kbps采樣速率下,能夠記錄語音大約512s,所以市場上的這類語音復讀機的錄音時間大部分都是500s上下。為了降低成本,延長語音記錄時間,增強產(chǎn)品在市場上的競爭力,應廠家要求,我們對基于TC8831F的復讀機的電路作了改進,以極小的硬件代價和很小的控制軟件修改量,成功地將TC8831F外接DRAM的接口能力從4片4M×1bit 擴展到4片16M×1bit(DRAM選用日立公司的HM5116100)。

1 硬件修改工作

　　TC8831F外接4片4M×1bit DRAM時的電路連接如圖2所示。4M×1bit DRAM的地址總線有22位,分為高位地址即行地址" title="行地址">行地址(Row address)和低位地址即列地址(Column address),兩者通過分時復用" title="復用">復用,共用11根引腳A0～A10,每片DRAM的尋址范圍為000000H～3FFFFFH,各片DRAM通過不同的CAS信號線來區(qū)別(見圖3)。在TC8831F內(nèi)部,4片DRAM聯(lián)合尋址,因此尋址范圍是000000H～FFFFFFH。相鄰存儲器芯片之間,系統(tǒng)自動切換,無需用戶干預。針對不同的系統(tǒng)讀寫速度要求,DRAM有多種不同的讀寫模式和存儲單元的數(shù)據(jù)刷新方式。在本系統(tǒng)中,由于所需要的數(shù)據(jù)速率非常低,所以讀寫模式是最簡單的普通讀寫模式,也就是讀寫每一位數(shù)據(jù)之前發(fā)送完整的地址信號,包括行地址和列地址,然后進行讀寫;而刷新模式采用cas-before-ras方式,并將刷新脈沖穿插到讀寫時序中間。圖3示出了TC8831F的DRAM接口的刷新?寫數(shù)據(jù)和讀數(shù)據(jù)的控制線時序圖(數(shù)據(jù)時序略)。

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　　將TC8831F外接和DRAM從4片4M×1bit 擴展到4片16M×1bit之后,存儲器的尋址空間增加到原來的4倍,因此DRAM的地址將增加兩位,也就是說增加了一根地址引腳。4片16M×1bit的DRAM除了A11引腳外,其它引腳的連接和圖2所示的4片4M×1bit的連接完全相同。對于A11引腳,需設計適當?shù)倪壿嬁刂齐娐芬陨伤璧臅r分控制信號" title="控制信號">控制信號,用以模擬該地址線的尋址控制信號。經(jīng)過分析,采用MAX plus II仿真以及實際電路驗證,A11引腳的控制信號可以通過圖4所示的簡單電路擴展得到。16M×1bit的DRAM的地址線有12根,對應著24位的地址ad0～ad23,按照DRAM的地址線分時復用的原則,ad12～ad23是高位地址線(行地址),ad0~ad11是低位地址線(列地址)。但由于TC8831F在讀寫DRAM單元時使用普通的讀寫模式(區(qū)別于快速讀寫模式),讀寫每一位數(shù)據(jù)之前都發(fā)送完整的地址信號,即先輸出行地址,然后輸出列地址,這樣就為用簡單的邏輯電路實現(xiàn)存儲器尋址范圍的擴展提供了可能。

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　　擴展地址線仿真波形如圖5所示。XIN、/RAS、/CAS分別是該芯片的時鐘源?DRAM行選通信號、DRAM列選通信號,PAGE0、PAGE1是由MCU輸出的頁面選擇信號。在“PAGE1、PAGE0”分別為“00”、“01”、“10”、“11”時,A11引腳的控制信號在/RAS、/CAS的下降沿到來之前有效地建立了復用的地址信號00、01、10、11,這個信號就是訪問不同的空間所需要的地址信號。擴展之后,訪問DRAM的邏輯地址到DRAM的實際的物理地址的映射關系如圖6所示,上面的是邏輯地址,下面的是物理地址。映射之后,DRAM的A0～A10引腳對應著存儲單元的邏輯空間低22位地址。因此在引腳A11的信號確定的情況下,就將由引腳A0～A10所能訪問的每片DRAM上的各個分散的物理存儲空間映射成連續(xù)的邏輯空間,每片DRAM對應的這個連續(xù)的邏輯空間大小就是4M×1bit,相當于擴展前的一片DRAM,4片16M×1bit DRAM對應的4片邏輯連續(xù)空間的總和與使用四片4M×1bit DRAM時提供的空間將是完全一樣的。改變A11的控制信號,也就是通過MCU改變PAGE0、PAGE1,將獲得4塊不同的存儲空間,從而完成最終的存儲空間的擴展。

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　　經(jīng)過擴展之后,DRAM的刷新脈沖(Cas-Before-Ras Mode)間隔不變,但是芯片的容量增加到原來的4倍;每一個刷新脈沖刷新一行信息,所以刷新周期延長到原來的兩倍。但是延長之后的刷新周期仍然在DRAM的許可范圍之內(nèi),完全保證了DRAM內(nèi)數(shù)據(jù)的安全性。實際上,在使用具有待機模式的TC8832F芯片的系統(tǒng)中,采用這種改進方案,雖然待機情況下刷新周期已經(jīng)超過了DRAM的芯片手冊的規(guī)定值,但是經(jīng)過大量的長時間的樣機測試,證明該方案仍然是可靠的。

2 軟件修改工作

　　上面介紹的存儲空間擴展方法,除了PAGE0?PAGE1外,無需來自MCU的任何干預,工作情況和以前完全一樣。MCU的控制程序所需要做的修改工作就是產(chǎn)生所需要的PAGE0、PAGE1控制信號,并作記錄。也就是在錄音開始時,輸出某PAGE0?PAGE1信號,在語音存儲空間用完的情況下,自動地通過PAGE0、PAGE1將存儲空間切換到下一個頁面,直到錄音結(jié)束或者所有存儲空間耗盡為止。然后記錄下該段語音信息的開始地址、結(jié)束地址(包括PAGE0、PAGE1)。放音的時候,讀出地址信息,然后設定語音存儲空間的的起始地址(包括設定PAGE0?PAGE1),就可以放音了。如果語音存儲空間跨頁面,則在當前頁面放音完畢之后自動切換到下一個頁面(修改PAGE0、PAGE1),繼續(xù)放音,否則停止放音。也就是說,只需要在原來的控制程序的基礎上增加PAGE0?PAGE1的控制部分和信息存儲部分。

3 應 用

　　利用上述方案對某語音產(chǎn)品實現(xiàn)了成功的改進。改進后的產(chǎn)品在高質(zhì)量的32kbps的比特率下,語音記錄時間延長到35分鐘;使用較為滿意的16kbps的比特率,錄音時間延長到大約70分鐘。而這種改進工作所付出的硬件成本非常小,控制軟件則是在原來的基礎上作了非常小的修改。

　　還可以看到,如果不需要延長語音記錄時間,使用這種方法可以將外接的存儲器減少到一片16M×1bit,這樣就可以減少芯片數(shù)量,降低功耗,縮小PCB面積和線路板體積,對海量生產(chǎn)的復讀機等語音產(chǎn)品帶來非常明顯的經(jīng)濟效果,值得推廣使用。

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參考文獻

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2 胡漢才.單片機原理及其接口技術.北京:清華大學出版社,1999

3 曹志剛,錢亞生. 現(xiàn)代通信原理. 北京:清華大學出版社, 1998

4 (美)Stephen J.Solari著,陳河南,吳少波,高勝友等譯.數(shù)字技術:數(shù)字視頻和音頻壓縮.北京:電子工業(yè)出版社,

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