TC8831F系列芯片的語音復讀機的改進方案

摘要：提出了一種對基于TC8831F系列芯片的數(shù)字語音復讀機進行改進的方案。該方案能夠以很低的軟硬件代價，將復讀機的語音記錄時間延長到原來的４倍，或者在不縮短語音記錄時間的情況下大大降低復讀機的制造成本，非常值得在使用此系列芯片的語音產品中推廣應用。

ＴＣ８８３１Ｆ系列芯片是東芝公司生產的一款低成本高性能的數(shù)字語音錄放專用集成電路。ＴＣ８８３１Ｆ芯片是一塊數(shù)?；旌系拇笠?guī)模集成電路，其結構框圖如圖１所示。內部集成了構成典型數(shù)字語音錄放系統(tǒng)所需要的大部分功能電路，包括兩級可選用的總增益達４６ｄＢ的話筒信號放大器，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現(xiàn)一個典型的錄放音系統(tǒng)。該芯片具有功能齊全、應用電路結構簡單、操作控制方便、功耗低以及使用廉價的ＤＲＡＭ作為語音存儲介質等優(yōu)點，因此成本低廉，被廣泛應用于對成本非常敏感的一些海量生產的民用產品中，如語音復讀機、電話答錄機、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）作為語音存儲介質。在高質量的３２ｋｂｐｓ采樣速率下，能夠記錄語音大約５１２ｓ,熏所以市場上的這類語音復讀機的錄音時間大部分都是５００ｓ上下。為了降低成本，延長語音記錄時間，增強產品在市場上的競爭力，應廠家要求，我們對基于ＴＣ８８３１Ｆ的復讀機的電路作了改進，以極小的硬件代價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），兩者通過分時復用，共用１１根引腳Ａ０～Ａ１０，每片ＤＲＡＭ的尋址范圍為００００００Ｈ～３ＦＦＦＦＦＨ，各片ＤＲＡＭ通過不同的ＣＡＳ信號線來區(qū)別（見圖３）。在ＴＣ８８３１Ｆ內部，４片ＤＲＡＭ聯(lián)合尋址，因此尋址范圍是００００００Ｈ～ＦＦＦＦＦＦＨ。相鄰存儲器芯片之間，系統(tǒng)自動切換，無需用戶干預。針對不同的系統(tǒng)讀寫速度要求，ＤＲＡＭ有多種不同的讀寫模式和存儲單元的數(shù)據刷新方式。在本系統(tǒng)中，由于所需要的數(shù)據速率非常低，所以讀寫模式是最簡單的普通讀寫模式，也就是讀寫每一位數(shù)據之前發(fā)送完整的地址信號，包括行地址和列地址，然后進行讀寫；而刷新模式采用ｃａｓ－ｂｅｆｏｒｅ－ｒａｓ方式，并將刷新脈沖穿插到讀寫時序中間。圖３示出了ＴＣ８８３１Ｆ的ＤＲＡＭ接口的刷新、寫數(shù)據和讀數(shù)據的控制線時序圖（數(shù)據時序略）。

    將ＴＣ８８３１Ｆ外接和ＤＲＡＭ從４片４Ｍ×１ｂｉｔ 擴展到４片１６Ｍ×１ｂｉｔ之后，存儲器的尋址空間增加到原來的４倍，因此ＤＲＡＭ的地址將增加兩位，也就是說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。對于Ａ１１引腳，需設計適當?shù)倪壿?a href="http://srfitnesspt.com/soft/data/4-10/" target="_blank">控制電路以生成所需的時分控制信號，用以模擬該地址線的尋址控制信號。經過分析，采用ＭＡＸ ｐｌｕｓ ＩＩ仿真以及實際電路驗證，Ａ１１引腳的控制信號可以通過圖４所示的簡單電路擴展得到。１６Ｍ×１ｂｉｔ的ＤＲＡＭ的地址線有１２根，對應著２４位的地址ａｄ０～ａｄ２３，按照ＤＲＡＭ的地址線分時復用的原則，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ＤＲＡＭ單元時使用普通的讀寫模式（區(qū)別于快速讀寫模式），讀寫每一位數(shù)據之前都發(fā)送完整的地址信號，即先輸出行地址，然后輸出列地址，這樣就為用簡單的邏輯電路實現(xiàn)存儲器尋址范圍的擴展提供了可能。

擴展地址線仿真波形如圖５所示。ＸＩＮ、／ＲＡＳ、／ＣＡＳ分別是該芯片的時鐘源、ＤＲＡＭ行選通信號、ＤＲＡＭ列選通信號，ＰＡＧＥ０、ＰＡＧＥ１是由ＭＣＵ輸出的頁面選擇信號。在“ＰＡＧＥ１、ＰＡＧＥ０”分別為“００”、“０１”、“１０”、“１１”時，Ａ１１引腳的控制信號在／ＲＡＳ、／ＣＡＳ的下降沿到來之前有效地建立了復用的地址信號００、０１、１０、１１，這個信號就是訪問不同的空間所需要的地址信號。擴展之后，訪問ＤＲＡＭ的邏輯地址到ＤＲＡＭ的實際的物理地址的映射關系如圖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引腳對應著存儲單元的邏輯空間低２２位地址。因此在引腳Ａ１１的信號確定的情況下，就將由引腳Ａ０～Ａ１０所能訪問的每片ＤＲＡＭ上的各個分散的物理存儲空間映射成連續(xù)的邏輯空間，每片ＤＲＡＭ對應的這個連續(xù)的邏輯空間大小就是４Ｍ×１ｂｉｔ，相當于擴展前的一片ＤＲＡＭ，４片１６Ｍ×１ｂｉｔ ＤＲＡＭ對應的４片邏輯連續(xù)空間的總和與使用四片４Ｍ×１ｂｉｔ ＤＲＡＭ時提供的空間將是完全一樣的。改變Ａ１１的控制信號，也就是通過ＭＣＵ改變ＰＡＧＥ０、ＰＡＧＥ１，將獲得４塊不同的存儲空間，從而完成最終的存儲空間的擴展。

圖4 擴展地址線電路原理圖

    經過擴展之后，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的４倍；每一個刷新脈沖刷新一行信息，所以刷新周期延長到原來的兩倍。但是延長之后的刷新周期仍然在ＤＲＡＭ的許可范圍之內，完全保證了ＤＲＡＭ內數(shù)據的安全性。實際上，在使用具有待機模式的ＴＣ８８３２Ｆ芯片的系統(tǒng)中，采用這種改進方案，雖然待機情況下刷新周期已經超過了ＤＲＡＭ的芯片手冊的規(guī)定值，但是經過大量的長時間的樣機測試，證明該方案仍然是可靠的。

２ 軟件修改工作

上面介紹的存儲空間擴展方法，除了ＰＡＧＥ０、ＰＡＧＥ１外，無需來自ＭＣＵ的任何干預，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生所需要的ＰＡＧＥ０、ＰＡＧＥ１控制信號，并作記錄。也就是在錄音開始時，輸出某ＰＡＧＥ０、ＰＡＧＥ１信號，在語音存儲空間用完的情況下，自動地通過ＰＡＧＥ０、ＰＡＧＥ１將存儲空間切換到下一個頁面，直到錄音結束或者所有存儲空間耗盡為止。然后記錄下該段語音信息的開始地址、結束地址（包括ＰＡＧＥ０、ＰＡＧＥ１）。放音的時候，讀出地址信息，然后設定語音存儲空間的的起始地址（包括設定ＰＡＧＥ０、ＰＡＧＥ１），就可以放音了。如果語音存儲空間跨頁面，則在當前頁面放音完畢之后自動切換到下一個頁面（修改ＰＡＧＥ０、ＰＡＧＥ１），繼續(xù)放音，否則停止放音。也就是說，只需要在原來的控制程序的基礎上增加ＰＡＧＥ０、ＰＡＧＥ１的控制部分和信息存儲部分。

３ 應 用

利用上述方案對某語音產品實現(xiàn)了成功的改進。改進后的產品在高質量的３２ｋｂｐｓ的比特率下，語音記錄時間延長到３５分鐘；使用較為滿意的１６ｋｂｐｓ的比特率，錄音時間延長到大約７０分鐘。而這種改進工作所付出的硬件成本非常小，控制軟件則是在原來的基礎上作了非常小的修改。

還可以看到，如果不需要延長語音記錄時間，使用這種方法可以將外接的存儲器減少到一片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，對海量生產的復讀機等語音產品帶來非常明顯的經濟效果，值得推廣使用。