和弦芯片C520的結(jié)構(gòu)與典型應(yīng)用

1 和弦鈴聲概述

和弦原來是樂理上的一個(gè)概念，指的是按照三度關(guān)系疊置起來的三個(gè)或三個(gè)以上的音的結(jié)合；而在音頻器材的工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，和弦指的是多個(gè)音源同時(shí)發(fā)音，也叫復(fù)音、多音(polyphony)。和弦鈴聲在手機(jī)中得到了廣泛的應(yīng)用，它的音色飽滿圓潤(rùn)，立體感強(qiáng)，已經(jīng)全面取代了以往的單音鈴聲。目前和弦鈴聲文件格式有多種，如midi、mmf、amr、mp3、imy等，其中midi是目前支持度最高的鈴音文件格式，它的文件占用空間小，表現(xiàn)力強(qiáng)，幾乎已經(jīng)成為目前和弦鈴聲手機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置。

手機(jī)中的midi和弦音樂是通過內(nèi)置高集成度的和弦芯片播放midi音樂文件來實(shí)現(xiàn)的。和弦芯片使用的聲音合成和音色調(diào)用方式?jīng)Q定了鈴聲的播放效果。早期的fm（frequency modulation）合成法將多個(gè)頻率的單音組成復(fù)合音來模擬各種樂器的聲音，產(chǎn)生的聲音音色少、音質(zhì)差。另一種是波形表(wavetable)合成法。這種方法是先把各種真正樂器的音樂錄制下來再進(jìn)行合成處理，音色好，音域廣。根據(jù)波表產(chǎn)生方式的不同分為軟件和弦和硬件和弦兩種。軟件和弦比硬件和弦節(jié)省系統(tǒng)開銷，更容易集成到移動(dòng)設(shè)備上。

目前手機(jī)市場(chǎng)有多種和弦控制芯片，使用較多的有日本的yamaha，我國(guó)臺(tái)灣的華邦和旺宏、大陸的中星微和智多微。各個(gè)公司的和弦芯片都有自己的特點(diǎn)，其中智多微的c520能夠支持民族樂器播放，所以選用c520作和弦音樂控制。

2 c520和弦芯片

c520是上海智多微電子有限公司的一款和弦芯片，專門用于為手機(jī)提供清脆逼真的音樂鈴聲和豐富游戲音效。該芯片集成了64和弦、16音色波表和21首中國(guó)民樂，具有3d立體聲環(huán)繞增效的midi合成器、midi gm預(yù)置rom、16位高性能音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器和2/4位adpcm解碼器等功能。

2.1 芯片特點(diǎn)

相對(duì)于市場(chǎng)上的其他手機(jī)和弦芯片，c520具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

① 能夠通過片上的音樂合成器對(duì)輸入midi信號(hào)合成，或者通過adpcm解調(diào)器對(duì)輸入的adpcm信號(hào)解調(diào)，然后通過內(nèi)置的dac輸出波形。

② 集成了高質(zhì)量的midi gm音色庫(kù)，容量高達(dá)3 mb；提供gm音色庫(kù)之外的民族樂器音色庫(kù)，支持二胡、古箏、琵琶等20多種民族樂器；支持多音色和復(fù)音——最多同時(shí)支持16個(gè)音色和64復(fù)音。

③ 具有多個(gè)功能端口，可支持手機(jī)振動(dòng)驅(qū)動(dòng)及l(fā)cd背光驅(qū)動(dòng)，可用于播放音樂同步的pwm來控制七彩燈。

④ 與主控端的接口可以是并行接口或者串行接口；允許芯片工作于dac輸入模式，接受兼容通用串行dac數(shù)據(jù)格式的輸入數(shù)據(jù)；片內(nèi)集成不同輸入數(shù)據(jù)的fifo；待機(jī)模式下典型工作電流小于50 μa。

2.2 功能單元

整個(gè)芯片由iou（i/o接口單元）、sg（音樂合成器）、adec（adpcm解調(diào)器）、tg（時(shí)鐘模塊）和analog（邏輯）模塊組成。

iou完成與外部cpu的接口，控制內(nèi)部的fifo以及芯片其他功能接口;形成音樂的midi數(shù)據(jù)以及外部cpu對(duì)芯片的控制命令也是通過iou中的寄存器送出。sg模塊從iou的fifo中取的midi數(shù)據(jù)，采用波表合成的方式合成音樂。adec接收經(jīng)過壓縮的pcm數(shù)據(jù)，根據(jù)相應(yīng)的控制信號(hào)進(jìn)行解碼，將解碼后的16位pcm碼輸出至sg的dsp單元。tg對(duì)輸入時(shí)鐘倍頻以及產(chǎn)生內(nèi)部時(shí)鐘。analog包括一個(gè)dac和對(duì)dac的輸出信號(hào)進(jìn)行低通濾波以及功率放大的amp。c520芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 應(yīng)用

3.1 典型電路

控制cpu選用三星公司的32位risc芯片s3c4510b。該芯片是專為嵌入式以太網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)的，內(nèi)核為arm7tdmi，支持高代碼密度的thumb指令集，適用于對(duì)價(jià)格及功耗敏感的應(yīng)用場(chǎng)合。

c520與s3c4510b可以是并行接口或者串行接口，但是并行接口比串行接口數(shù)據(jù)傳輸速度快，因此在本設(shè)計(jì)中采用并行接口。芯片應(yīng)用電路如圖2所示。

在這個(gè)電路中，c520的cs_n用s3c4510b的i/o p0進(jìn)行控制。其實(shí)如果在片選信號(hào)線夠用的情況下，可選擇s3c4510b中rom/sram/flash片選信號(hào) nrcs[5∶0]中的任何一根信號(hào)線，這樣可以節(jié)省1根gpio；同理，如果不想再控制c520復(fù)位，可以將其復(fù)位信號(hào)與s3c4510b的復(fù)位線nreset相連，這樣s3c4510b與c520將在上電時(shí)同時(shí)復(fù)位；c520 pd腳是低功耗狀態(tài)控制引腳，“1”為正常工作狀態(tài)，“0”為進(jìn)入低功耗狀態(tài)；c520 irq腳為中斷輸出腳，其可連接s3c4510b的外部中斷請(qǐng)求信號(hào)腳xintreq[0]。

3.2 芯片初始化

c520的初始化工作非常簡(jiǎn)單,包括：

① 根據(jù)外部時(shí)鐘設(shè)置pll分頻比。pll分頻比由寄存器clock(read:10h/write:11h)和寄存器master clock(read:18h/write:19h)共同決定。內(nèi)部時(shí)鐘頻率fsys=fclock?(dn+1)/(dm+1)。其中dm為寄存器clock[4∶0],dn為寄存器master clock tuning[5∶0],fclock是外部輸入時(shí)鐘，內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘頻率fsys必須定在48 mhz~50 mhz之間。

② 打開模擬模塊,向寄存器analog power down（read:66h/write:67h）的bit3寫0。

③ 設(shè)置analog select,根據(jù)寄存器analog select（read:60h/ write:61h）選擇模擬功能。

3.3 播放midi音樂文件

c520可以播放midi format 0和mmd格式的midi文件。

midi format 0文件開頭4字節(jié)數(shù)據(jù)ascii值為“mthd”,mmd文件開頭4字節(jié)數(shù)據(jù)ascii值為“mmhd”。arm發(fā)送這兩種格式的midi數(shù)據(jù)過程不同，在發(fā)送前根據(jù)文件開頭4字節(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)分。

發(fā)送midi format 0格式的midi文件，文件中的所有數(shù)據(jù)都要發(fā)送。

mmd格式的文件，可分為四塊，每塊的開頭都有8字節(jié)的頭數(shù)據(jù)部分。第1塊頭數(shù)據(jù)部分前4字節(jié)的ascii碼值是“mmhd”，第2塊頭數(shù)據(jù)部分前4字節(jié)的 ascii 碼值是 “mmly”,第3塊頭數(shù)據(jù)部分前4字節(jié)的ascii碼值是“mmdd”。第4塊頭數(shù)據(jù)部分前4字節(jié)的ascii碼值是“mmex”。每一塊頭數(shù)據(jù)的第5、6、7、8字節(jié)是這塊數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度（不包括頭數(shù)據(jù)）,第5字節(jié)是低字節(jié)位，第8字節(jié)是高字節(jié)位，這4個(gè)字節(jié)組成的十六進(jìn)制數(shù)據(jù)加上頭數(shù)據(jù)長(zhǎng)度8,就是這塊數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度。mmdd塊數(shù)據(jù)的頭數(shù)據(jù)后面就是經(jīng)過壓縮的midi數(shù)據(jù)；mmly塊數(shù)據(jù)是用于卡拉ok的專用數(shù)據(jù)，播放midi時(shí)無須發(fā)送該塊；mmex為擴(kuò)展塊。

向c520發(fā)送mmd格式的midi數(shù)據(jù)時(shí)，先發(fā)送mmhd塊，接著發(fā)送mmdd塊的midi數(shù)據(jù)部分（即該塊中除塊名及塊長(zhǎng)度的部分），而mmly塊不用發(fā)送。

圖3為播放midi文件流程。

結(jié)語

本文介紹了智多微公司的手機(jī)和弦芯片c520，給出了其原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。采用三星的risc芯片s3c4510b做控制器，實(shí)現(xiàn)了和弦音樂的播放。文中給出了詳細(xì)的電路原理圖和播放midi音樂文件的流程，可以作為和弦芯片在移動(dòng)產(chǎn)品上的應(yīng)用參考。