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)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。

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(zhuān)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(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）?熏輸出語(yǔ)音帶通濾波器、外接ＤＲＡＭ接口電路?熏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。

    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,熏所以市場(chǎng)上的這類(lèi)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（Ｒｏｗ ａｄｄｒｅｓｓ）和低位地址即列地址（Ｃｏｌｕｍｎ ａｄｄｒｅｓｓ），兩者通過(guò)分時(shí)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(hù)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）。

    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?a href="http://www.nxhydt.com/soft/data/4-10/" target="_blank">控制電路以生成所需的時(shí)分控制信號(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。

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。

圖4 擴(kuò)展地址線電路原理圖

    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(mǎn)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。