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[導(dǎo)讀] ARM Cortex-M0 處理器是目前最小的 ARM 處理器。M0充分利用了ARM Thumb 技術(shù)、多級(jí)流水線技術(shù)、低功耗優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)和最新的高密度硅閃存工藝,是目前市場(chǎng)上現(xiàn)有的最小、能耗最低、最節(jié)能的ARM處理器。

ARM Cortex-M0 處理器是目前最小的 ARM 處理器。M0充分利用了ARM Thumb 技術(shù)、多級(jí)流水線技術(shù)、低功耗優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)和最新的高密度硅閃存工藝,是目前市場(chǎng)上現(xiàn)有的最小、能耗最低、最節(jié)能的ARM處理器。該處理能耗非常低、門數(shù)量少、代碼占用空間小,使得MCU開發(fā)人員能夠以8位處理器的價(jià)位,獲得32位處理器的性能。芯片制造商將M0產(chǎn)品針對(duì)某些特別應(yīng)用而進(jìn)行開發(fā),分別有高集成32位微控制器、USB微控制器,CAN總線微控制器、帶USB口和CAN總線控制器等等,廣泛地應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。

隨著智能手機(jī)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云存儲(chǔ)技術(shù)的高速發(fā)展,人們的生活也隨之改變。從信息獲取到購物、娛樂、生活,衣食住行游購?qiáng)薀o一不包,其中一種簡單易用的底座音箱也逐漸走入人們的生活。設(shè)計(jì)一個(gè)高性價(jià)比的音箱,以M0為內(nèi)核的USB微控制器作為這類電路系統(tǒng)主控芯片的不錯(cuò)選擇。

底座音響的音頻流程為:

以Iphone底座音響為例,音頻采用數(shù)字音頻方式傳輸可以保證音源不受外界的干擾而失真,告別傳統(tǒng)底座音箱音質(zhì)差易干擾等問題。MCU獲取數(shù)字音頻必須通過USB,其USB 傳輸?shù)亩它c(diǎn)要求是:協(xié)議占用有3個(gè)USB端點(diǎn),另外2個(gè)控制端點(diǎn)和2個(gè)音頻端點(diǎn),這樣基本需要7個(gè)端點(diǎn)以上的USB接口才能滿足這類方案的設(shè)計(jì)需要。而音頻解碼器是通過I2S方式來接收,這樣MCU必須同時(shí)具有I2S接口,而且還需通過I2C接口來控制。

除了音頻的傳輸,為了達(dá)到產(chǎn)品豐富的功能,可以根據(jù)人們的需要增加相應(yīng)的功能。如液晶顯示屏幕、紅外遙控板、各類的功能按鍵等等都是人們最基本的選擇,或者設(shè)計(jì)師可以展開豐富的想象力,將底座音箱設(shè)計(jì)成遙控的汽車模型,可愛的娃娃,威猛變形金剛… 這樣則對(duì)MCU提出更多的要求。芯片廠商或者已經(jīng)預(yù)料到在M0的應(yīng)用上會(huì)面對(duì)各式各樣的類型需求。那么M0為內(nèi)核的MCU基本上都有準(zhǔn)備了豐富的外設(shè)接口。如框圖:

以上除了可運(yùn)行至72 MHzCortex?-M0內(nèi)核, 還內(nèi)建36K/68K字節(jié)的Flash存儲(chǔ)器,以及12K/20K字節(jié) SRAM,4K字節(jié)用于存儲(chǔ)ISP引導(dǎo)代碼的ROM,保證系統(tǒng)的流暢運(yùn)行。

USB 2.0 全速設(shè)備控制器和收發(fā)器符合USB 2.0全速設(shè)備規(guī)范,支持控制/塊/中斷/等時(shí)傳輸類型。USB 設(shè)備控制器共有 8 個(gè)可配置的端點(diǎn)。每個(gè)端點(diǎn)可以配置為輸入或者輸出類型。所有的操作包括 控制傳輸、批量傳輸、 中斷傳輸 和 同步傳輸都可以支持。端點(diǎn)控制模塊還可以用來管理數(shù)據(jù)序列同步,端點(diǎn)狀態(tài),當(dāng)前起始地址,當(dāng)前事務(wù)狀態(tài)和每個(gè)端點(diǎn)的數(shù)據(jù)緩存狀態(tài)。恰好滿足了底座音響 基本7個(gè)配置端點(diǎn)的需求。

I2S控制器由I2S協(xié)議與外部音頻CODEC接口組成,兩個(gè)8字節(jié)的FIFO分別用于讀與寫通道,可以處理8~32位字大小。DMA控制器處理數(shù)據(jù)在FIFO與內(nèi)存之間的傳輸。

兩組I2C控制器,I2C為雙線,雙向串行總線,通過簡單有效的連線方式實(shí)現(xiàn)器件間的數(shù)據(jù)交換。I2C標(biāo)準(zhǔn)是多主機(jī)總線,包括沖突檢測(cè)和仲裁以防止在兩個(gè)或多個(gè)主機(jī)試圖同時(shí)控制總線時(shí)發(fā)生的數(shù)據(jù)損壞。這樣MCU在對(duì)音頻解碼器和加密芯片等外部設(shè)備作控制。SPI接口可以外接如液晶顯示屏等需要SPI通訊的外部設(shè)備。集成了UART,PS/2,GPIO等接口更豐富了用戶的需求。

MUC集成的時(shí)鐘控制器為整個(gè)芯片提供時(shí)鐘源,包括系統(tǒng)時(shí)鐘和所有外圍設(shè)備時(shí)鐘。其中一個(gè)外部 4~24 MHz高速晶振可以為USB等接口提供時(shí)鐘源,一個(gè)22.1184MHz內(nèi)部時(shí)鐘可以應(yīng)用到UART接口傳輸?shù)臅r(shí)鐘。另外還有一個(gè)內(nèi)部 10 KHz 低速振蕩器。因此,該MCU對(duì)于工作時(shí)鐘的設(shè)定,提供了很大的靈活性。

該控制器還通過單獨(dú)的時(shí)鐘關(guān)或開、時(shí)鐘源選擇和分頻器來進(jìn)行功耗控制。CPU使能PWR_DOWN_EN位后,Cortex-M0 內(nèi)核執(zhí)行WFI指令,芯片將進(jìn)入掉電模式。等喚醒中斷發(fā)生,將退出掉電模式。在掉電模式下,時(shí)鐘控制器關(guān)閉外部 4~24 MHz 高速晶振和內(nèi)部 22.1184 MHz 高速振蕩器,以降低整個(gè)系統(tǒng)的功耗。

根據(jù)這個(gè)MCU的資源我們可以搭建起一個(gè)的底座音響基本的系統(tǒng)。

首先,協(xié)議認(rèn)證。協(xié)議數(shù)據(jù)通過MCU的USB輸入后轉(zhuǎn)到I2C傳送到解碼芯片解密后再由USB送回到上位機(jī)認(rèn)證,通過了認(rèn)證就可以進(jìn)行下一步的音頻傳輸。

USB輸入的數(shù)字音頻數(shù)據(jù)PCM碼發(fā)送到NUC123 USB的512字節(jié)的SRAM中,通過PDMA1搬送到了系統(tǒng)的SRAM,再通過PDMA2把PCM碼搬動(dòng)到I2S的緩存中,再通過I2S傳輸?shù)揭纛l解碼器進(jìn)行播放。系統(tǒng)SRAM達(dá)到20K字節(jié),有足夠的空間做音頻同步或音頻數(shù)據(jù)的運(yùn)算等等。由于系統(tǒng)集成有6通道的PDMA,極大提升了音頻同步傳輸?shù)男?。通過上位機(jī)指定的HID協(xié)議,用MCU的GPIO接口設(shè)計(jì)相關(guān)按鍵,將上位機(jī)指定命令字符發(fā)送到上位機(jī),實(shí)現(xiàn)播放器控制等功能。

這樣一個(gè)低功耗的高性價(jià)比的底座音響平臺(tái)就搭建起來了,根據(jù)不同需要可以選擇不同的音頻解碼器、功放、箱體和喇叭,一個(gè)簡單的底座音響就設(shè)計(jì)完成了。MCU還有很多空閑的接口,可以根據(jù)不同的要求,增加相關(guān)的功能,如藍(lán)牙通訊、液晶顯示、紅外遙控…這就需要消費(fèi)者和設(shè)計(jì)師的想象力了。


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