摘? 要: 提出了一種對(duì)基于TC8831F系列芯片的數(shù)字語(yǔ)音復(fù)讀機(jī)" title="復(fù)讀機(jī)">復(fù)讀機(jī)進(jìn)行改進(jìn)的方案。該方案能夠以很低的軟硬件代價(jià),將復(fù)讀機(jī)的語(yǔ)音記錄" title="語(yǔ)音記錄">語(yǔ)音記錄時(shí)間延長(zhǎng)到原來(lái)的4倍,或者在不縮短語(yǔ)音記錄時(shí)間的情況下大大降低復(fù)讀機(jī)的制造成本,非常值得在使用此系列芯片的語(yǔ)音產(chǎn)品中推廣應(yīng)用。

　　關(guān)鍵詞: 專用語(yǔ)音芯片? 語(yǔ)音復(fù)讀機(jī)? DRAM? 存儲(chǔ)器容量擴(kuò)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(yǔ)音錄放專用集成電路。TC8831F芯片是一塊數(shù)?；旌系拇笠?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(yǔ)音錄放系統(tǒng)所需要的大部分功能電路,包括兩級(jí)可選用的總增益達(dá)46dB的話筒信號(hào)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(yǔ)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(shí)現(xiàn)一個(gè)典型的錄放音系統(tǒng)。該芯片具有功能齊全?應(yīng)用電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單?操作控制方便?功耗低以及使用廉價(jià)的DRAM作為語(yǔ)音存儲(chǔ)介質(zhì)等優(yōu)點(diǎn),因此成本低廉,被廣泛應(yīng)用于對(duì)成本非常敏感的一些海量生產(chǎn)的民用產(chǎn)品中,如語(yǔ)音復(fù)讀機(jī)?電話答錄機(jī)?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(yǔ)音存儲(chǔ)介質(zhì)。在高質(zhì)量的32kbps采樣速率下,能夠記錄語(yǔ)音大約512s,所以市場(chǎng)上的這類語(yǔ)音復(fù)讀機(jī)的錄音時(shí)間大部分都是500s上下。為了降低成本,延長(zhǎng)語(yǔ)音記錄時(shí)間,增強(qiáng)產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力,應(yīng)廠家要求,我們對(duì)基于TC8831F的復(fù)讀機(jī)的電路作了改進(jìn),以極小的硬件代價(jià)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(kuò)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(shí)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(guò)分時(shí)復(fù)用" title="復(fù)用">復(fù)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(guò)不同的CAS信號(hào)線來(lái)區(qū)別(見(jiàn)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(chǔ)器芯片之間,系統(tǒng)自動(dòng)切換,無(wú)需用戶干預(yù)。針對(duì)不同的系統(tǒng)讀寫(xiě)速度要求,DRAM有多種不同的讀寫(xiě)模式和存儲(chǔ)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(xiě)模式是最簡(jiǎn)單的普通讀寫(xiě)模式,也就是讀寫(xiě)每一位數(shù)據(jù)之前發(fā)送完整的地址信號(hào),包括行地址和列地址,然后進(jìn)行讀寫(xiě);而刷新模式采用cas-before-ras方式,并將刷新脈沖穿插到讀寫(xiě)時(shí)序中間。圖3示出了TC8831F的DRAM接口的刷新?寫(xiě)數(shù)據(jù)和讀數(shù)據(jù)的控制線時(shí)序圖(數(shù)據(jù)時(shí)序略)。

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　　將TC8831F外接和DRAM從4片4M×1bit 擴(kuò)展到4片16M×1bit之后,存儲(chǔ)器的尋址空間增加到原來(lái)的4倍,因此DRAM的地址將增加兩位,也就是說(shuō)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(duì)于A11引腳,需設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)倪壿嬁刂齐娐芬陨伤璧臅r(shí)分控制信號(hào)" title="控制信號(hào)">控制信號(hào),用以模擬該地址線的尋址控制信號(hào)。經(jīng)過(guò)分析,采用MAX plus II仿真以及實(shí)際電路驗(yàn)證,A11引腳的控制信號(hào)可以通過(guò)圖4所示的簡(jiǎn)單電路擴(kuò)展得到。16M×1bit的DRAM的地址線有12根,對(duì)應(yīng)著24位的地址ad0～ad23,按照DRAM的地址線分時(shí)復(fù)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(xiě)DRAM單元時(shí)使用普通的讀寫(xiě)模式(區(qū)別于快速讀寫(xiě)模式),讀寫(xiě)每一位數(shù)據(jù)之前都發(fā)送完整的地址信號(hào),即先輸出行地址,然后輸出列地址,這樣就為用簡(jiǎn)單的邏輯電路實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器尋址范圍的擴(kuò)展提供了可能。

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　　擴(kuò)展地址線仿真波形如圖5所示。XIN、/RAS、/CAS分別是該芯片的時(shí)鐘源?DRAM行選通信號(hào)、DRAM列選通信號(hào),PAGE0、PAGE1是由MCU輸出的頁(yè)面選擇信號(hào)。在“PAGE1、PAGE0”分別為“00”、“01”、“10”、“11”時(shí),A11引腳的控制信號(hào)在/RAS、/CAS的下降沿到來(lái)之前有效地建立了復(fù)用的地址信號(hào)00、01、10、11,這個(gè)信號(hào)就是訪問(wèn)不同的空間所需要的地址信號(hào)。擴(kuò)展之后,訪問(wèn)DRAM的邏輯地址到DRAM的實(shí)際的物理地址的映射關(guān)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(duì)應(yīng)著存儲(chǔ)單元的邏輯空間低22位地址。因此在引腳A11的信號(hào)確定的情況下,就將由引腳A0～A10所能訪問(wèn)的每片DRAM上的各個(gè)分散的物理存儲(chǔ)空間映射成連續(xù)的邏輯空間,每片DRAM對(duì)應(yīng)的這個(gè)連續(xù)的邏輯空間大小就是4M×1bit,相當(dāng)于擴(kuò)展前的一片DRAM,4片16M×1bit DRAM對(duì)應(yīng)的4片邏輯連續(xù)空間的總和與使用四片4M×1bit DRAM時(shí)提供的空間將是完全一樣的。改變A11的控制信號(hào),也就是通過(guò)MCU改變PAGE0、PAGE1,將獲得4塊不同的存儲(chǔ)空間,從而完成最終的存儲(chǔ)空間的擴(kuò)展。

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　　經(jīng)過(guò)擴(kuò)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(lái)的4倍;每一個(gè)刷新脈沖刷新一行信息,所以刷新周期延長(zhǎng)到原來(lái)的兩倍。但是延長(zhǎng)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(shí)際上,在使用具有待機(jī)模式的TC8832F芯片的系統(tǒng)中,采用這種改進(jìn)方案,雖然待機(jī)情況下刷新周期已經(jīng)超過(guò)了DRAM的芯片手冊(cè)的規(guī)定值,但是經(jīng)過(guò)大量的長(zhǎng)時(shí)間的樣機(jī)測(cè)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(chǔ)空間擴(kuò)展方法,除了PAGE0?PAGE1外,無(wú)需來(lái)自MCU的任何干預(yù),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(hào),并作記錄。也就是在錄音開(kāi)始時(shí),輸出某PAGE0?PAGE1信號(hào),在語(yǔ)音存儲(chǔ)空間用完的情況下,自動(dòng)地通過(guò)PAGE0、PAGE1將存儲(chǔ)空間切換到下一個(gè)頁(yè)面,直到錄音結(jié)束或者所有存儲(chǔ)空間耗盡為止。然后記錄下該段語(yǔ)音信息的開(kāi)始地址、結(jié)束地址(包括PAGE0、PAGE1)。放音的時(shí)候,讀出地址信息,然后設(shè)定語(yǔ)音存儲(chǔ)空間的的起始地址(包括設(shè)定PAGE0?PAGE1),就可以放音了。如果語(yǔ)音存儲(chǔ)空間跨頁(yè)面,則在當(dāng)前頁(yè)面放音完畢之后自動(dòng)切換到下一個(gè)頁(yè)面(修改PAGE0、PAGE1),繼續(xù)放音,否則停止放音。也就是說(shuō),只需要在原來(lái)的控制程序的基礎(chǔ)上增加PAGE0?PAGE1的控制部分和信息存儲(chǔ)部分。

3 應(yīng) 用

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

　　還可以看到,如果不需要延長(zhǎng)語(yǔ)音記錄時(shí)間,使用這種方法可以將外接的存儲(chǔ)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(duì)海量生產(chǎn)的復(fù)讀機(jī)等語(yǔ)音產(chǎn)品帶來(lái)非常明顯的經(jīng)濟(jì)效果,值得推廣使用。

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參考文獻(xiàn)

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