基于MTM809的硬盘MP3的硬件设计与分析

　　一 MTM809处理器系统简介

      MTM809是一款以8051CPU为核心的嵌入式处理器。作为专门应用于便携式系统的MCU，它采用0.25μm CMOS工艺，内核运行电压2.5V，IO输入输出电压3.3V。它的在片资源丰富，内嵌有USB2.0控制器，一个FLASH卡读卡器控制器，ATA/ATAPI硬盘控制器及一个MP3解码器等外设。在各个外设之间的数据传送由于不需要CPU的介入而使得数据的传送效率很高。MTM809的主要特性如下：

　　1．256B的内部在片数据存储器，10KB的数据SRAM，64KB的ROM和内嵌I2C，SPI和UART/RS-232接口，2个在片ADC，RTC电路。

　　2．与USB2.0全兼容的接口: 支持多配置和多界面的高速（480Mbps）及全速（12Mbps）数据传送，具有一个设备地址和三个端点（Endpoint）。

　　3．支持SM 卡/CF卡/SD卡/MMC卡/xD卡/MS（Pro）卡/ PC ATA卡接口和微硬盘/ATA/ATAPI设备接口。

　　4．内嵌具有I2S总线接口的MP3解码器。

　　5．带有LCD接口。

　　二 MTM809系统结构

　　MTM809系统内部框图如图1所示。

　　下面介绍MTM809 SOC的主要组成部分：

　　1．微控制器(Micro-controller)

　　微控制器以单周期DCD 8051为CPU为核心，主要特点有：

　　(1) 在软件上与工业标准的80390兼容;

　　(2) 增强的单周期精简指令系统；

　　(3) 256B的内部在片数据存储器，10KB的数据SRAM，64KB ROM;

　　(4) 15个中断源两个优先级；具有与特殊功能寄存器的界面；

　　(5) 外设包括：内嵌的I2C总线主控制器，SPI总线主控制器，三个16位定时/计数器，两个UART，四个8位的GPIO端口及看门狗定时器;

　　(6) 支持电源管理功能。

　　2．开关盒(Switch Box)

　　MTM809内部的开关盒在不需要微控制器介入的情况下为各个外设之间大数据的传送提供通道。图1中的FLASH控制器逻辑电路、ATA控制器逻辑电路和USB控制器逻辑电路都需要DMA功能，故在这些外设中内建有DMA。

　　3.各类存储器接口(Storage Interface)

　　FLASH 存储器接口是FLASH卡与其他外设数据交换的桥梁。一方面，它能够与每一种卡通信，另一方面，它实现在其他外设之间数据的交换。在FLASH 存储器接口与其他外设之间是MMU（Memory Management Unit）。

　　ATA 存储器接口是硬盘UDMA、CF卡控制器与其他外设接口数据交换的桥梁。

　　USB 接口是USB数据包管理器与其他外设接口数据交换的桥梁。

　　4. 音频逻辑电路(Audio Logic Interface)

　　MTM809的内部解码器将MP3的数据流解码为PCM采样数据，并将它们发送到音频缓冲区，最后这些数据将通过I2S总线传送到片外的DAC。当实现录音回放或测试功能的时候，微控制器可直接将音频采样数据写入到音频解码接口。

　　5. 液晶显示器（LCD） 接口

　　具有支持状态LCD控制/驱动器的接口，并带有专用EL背光控制引脚。

　　三 硬盘MP3播放器系统设计

　　由分析可知，系统的主要功能是提取存储在硬盘中的MP3数据，将其解码得到PCM数据，再将该数据输送到语音芯片，语音芯片数模转换PCM数据得到模拟信号经过放大器输出给耳机或喇叭。同时，该系统都可作为一个大容量移动硬盘使用。

　　因此，系统主要包括硬盘电路、MP3播放电路两个部分。另外为了从计算机上拷贝MP3等数据到硬盘上，本系统还需要一个计算机通信的接口。

　　由于MTM809内部嵌入了MP3解码逻辑电路，这给我们设计时带来了方便。同时我们还可以选择片内带有放大器的语音芯片使本系统设计更为简化。通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)是一种快速、灵活的高速总线接口。与其他通信接口比较，USB接口的最大特点是易于使用，应用范围广。MTM809带有USB控制器 ，因此，选择USB接口作为系统与计算机通信的接口是显而易见的。

　　1. USB接口设计

　　众所周知在进行一个USB设备开发之前，首先要根据具体使用要求选择合适的USB控制器。目前，市场上供应的USB控制器主要有两种：带USB接口的单片机（MCU）或纯粹的USB接口芯片。MTM809就是一种带USB控制器的MCU，它支持USB2.0协议，这使得MTM09在设计上非常简单。

　　一个USB接口有两根数据线（DM,DP）和电源线（VCC,GND）。MTM809的USB模块的对外接口线分别为：DM,DP,UVDD,UVSS。设计时，只要将数据线和电源线对应连接就可以了。MTM809的USB接口设计如图2所示。

　　2. 硬盘子系统的设计

　　在选择硬盘时，应选用带标准接口的通用硬盘，并且体积小，重量轻，容量大，功耗低。

　　日立(Hitachi)公司开发的Travelstar系列硬盘专门为便携式设备而设计：价格低；受冲击能力强；体积小（mm）：100×70×9.5（长×宽×高，2.5 英寸时）；容量大：20～80GB不等；功率消耗指数低于0 .033 W/GB；接口简单：标准ATA接口。

　　日立硬盘的接口引脚说明如表1所示。

　　MTM809与硬盘接口设计如图3所示。

　　图中硬盘被设置在主工作模式下（CSEL引脚置为高电平）。为了显示硬盘是否工作，利用引脚/DASP在硬盘工作时的电平变为低电平这一特性设计了一个由PNP三极管和发光LED组成的状态显示电路。

　　3. MP3播放电路设计

　　MTM809芯片内部集成MP3解码电路和数据缓冲区，对片外的DAC的接口采用的是I2S总线。在设计时，应该选择具有I2S总线接口的CODEC芯片。在设计中，我们选择CODEC芯片的型号为WM8721。它是专门为便携式MP3音频与语音播放器/录音器而设计的：功耗低，语音播放时的信噪比可达100dB。内部集成了双耳式耳机驱动器，控制界面可选择为两线或三线串行总线接口。

　　WM8721封装形式为28引脚SSOP时，引脚的说明如表2所示。

　　MTM809与WM8721之间的设计如图4所示。

　　WM8721的工作模式被设置为从模式，其控制界面选择为三线制MPU控制界面（MODE被置为高电平）。设计中利用MTM809的SPI总线接口（时钟引脚EECLK, 数据输出引脚EEDO, 片选引脚EECS1）作为WM8721的控制界面。MTM809的I2S总线引脚（ADO, ADI,AWS,ABCK,AMCK）按图中所示的方式与WM8721的总线引脚连接，这些引脚负责与WM8721进行通信将解码后的MP3数据传送到CODEC。WM8721的引脚LPOUT、RPOUT输出的数模转换后的音频信号，将这两引脚直接与耳机插座的信号引脚对应连接起来即可。