MAXQ3120混合信号微控制器的应用案例

监视系统的设计者和厂商一直希望微控制器能够为日常监视应用提供不断增加的通用功能，包括满足用电计量、汽车监控、数据搜集和传感器调节等方面的要求。MAXQ3120 就是为了满足这些要求而开发的低功耗、高速微控制器。它的主要技术规范如下。

监视系统的设计者和厂商一直希望微控制器能够为日常监视应用提供不断增加的通用功能，包括满足用电计量、汽车监控、数据搜集和传感器调节等方面的要求。MAXQ3120 就是为了满足这些要求而开发的低功耗、高速微控制器。它的主要技术规范如下。

• 16 位、每秒8 百万条指令(8MIPS)、单周期RISK 核

• 32kB 闪存(flash 存储器)

• 512B RAM

• 具有独立波特率产生器的2 个UART

• 3 个定时器，其中1 个支持PWM D/A

• 红外通信功能

• 可驱动112 段LCD 的控制器

• 依靠电池备份、具有日历和亚秒闹钟功能的实时时钟

• 16 x 16 位单周期乘法器和40 位累加器

• 2 个16 位精密模数转换器(ADC)

下面介绍利用MAXQ3120 微控制器的以上特性和模拟I/O 及DSP 功能可以完成一些什么样的任务。

语音记录子系统

概念: 给一组工程师一片ADC，他们就会发现如何用它来记录语音。但是，除了简单的记录声音，MAXQ3120 还能够做很多事情。以MAXQ3120 为核心，配合用户接口元件和廉价的NAND 闪存，就可构建一个功能完善的语音记录子系统。

细节: 可以利用MAXQ3120 的一个ADC 和PWM 定时器实现音频I/O。ADC 的额定输入电压为+1V 到-1V，其内置的前置放大器的可编程增益可达16。通常，具有内置阻抗匹配的电容式拾音头可以直接连接到ADC的输入端。如果需要低噪声或高增益，可以采用Maxim 公司的前置放大器MAX4467，该放大器能为拾音头提供所需的偏置，且为电池供电的应用提供功耗极低的关断模式。在输出端，用一个单级放大器驱动扬声器，该放大器同时还具有一定的抗混叠和PWM 平滑功能。

音频信号被转换成数字信号后，必须进行压缩和存储，以备重放。8MIPS 的处理能力使MAXQ3120 拥有足够的“马力”来应付许多常用的标准语音编码任务。此领域的“金科玉律”是ITU G.711 编码，其工作速率为64kbps，每秒发送和接收8000 个8 位采样。ITU G.711 编码有两种不同的传递函数，用来将12 位采样值转换为8 位编码字。这两种函数就是通常所谓的A 律(主要用在欧洲)和μ律(主要用在美国)。

如果期望更高的压缩率，可以牺牲一些话音质量，采用ITU G.726 编码。G.726 编码采用自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)方案对语音信号进行更率的编码。这种编码支持多种位率，zui低为16kbps。对大多数应用来说，该编码要求的处理速度不大于3MIPS。ITU G.711 和ITU G.726 编码都只需要很少的RAM。

在录音阶段，定时器每125μs (8MHz 时钟频率下每1000 个处理器周期)产生一次中断请求，微处理器响应中断后，计算在上一个定时器周期内得到的采样值的平均值(二或三个采样，ADC 每48μs 采样一次)，以便获得需要的8kHz 采样率。之后，所采集的16 位采样就可采用选定的编码方案进行编码。在回放时，采样数据被线性化后送到PWM 控制器，驱动扬声器。

压缩后的音频数据就可用于存储，但MAXQ3120 微控制器除了程序闪存外没有其他的存储器，因此需用外部存储器来存储语音数据。对于此应用的外部存储器是NAND 闪存，其容量可达8 吉位。对于16kbps 编码，这种器件可提供超过6 天的语音存储。但是，NAND 闪存并不完善。首先，大多数NAND闪存器件都带有一个“瑕疵图”，告诉应用软件在存储器阵列中的何处有“坏点”存在。其次，就像其他的可擦除存储器一样，在长期使用后，NAND 闪存的有些单元会丧失存储能力。幸运的是，NAND 闪存的这些缺陷对语音应用的影响不大，不像对固态磁盘等应用的影响那么大。在语音应用中，NAND 闪存的这些缺陷可以被忽略，它们zui多使语音中存在瞬间干扰。