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发表于 2009-9-17
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本文根据THOMSON CD-DVD模块的设计特点，结合作者多年的MCU开发经验，详细探讨了针对THOMSON CD-DVD模块进行音响产品开发时MCU、显示屏、控制IC选取的注意事项和程序设计的要点。
THOMSON光学组件技术(深圳)有限公司设计CD-DVD芯片，以及可以供生产厂家直接使用的CD-DVD模块。利用该公司的主要模块TCM系列CD-MP3独立单元和TDM系列DVD独立单元，生产商不仅可以直接封装制造高质量的CD-MP3和DVD播放器，而且可以通过开发外置控制系统，设计具有多种功能的高附加值家用Hi-Fi音响产品。
THOMSON CD-DVD模块一般都内置了THOMSON特有的串行总线通讯协议。TCM系列采用的一般是THOMSON双线通讯协议，该协议要求时钟线连接到MCU的一个外部中断IO口，并置上拉电阻；而数据线是普通的双向IO口，可以不带上拉电阻。THOMSON双线通讯的典型数据传输速度在400kbps到800kbps之间。TDM系列一般采用THOMSON三线通讯协议。这种协议要求使用三个双向IO口，这三个IO口都需要在MCU端接上拉电阻。THOMSON三线通讯的数据传输速度由TDM模块的解码芯片和外置MCU之间较慢的那个IC的运行速度决定。
一般来说家用音响系统都包括以下几个功能：CD/DVD换碟机械系统；CD/DVD碟片播放；收音机；磁带播放、录制；时钟、定时开关机；各种显示模式；面板按键和遥控器。
现在的发展趋势是增加以下的新功能：PC-LINK—播放电脑中的音频视频文件；播放各类存储卡中的音频视频文件；刻录和存储卡存储；更多的显示内容。
后面这四种功能需要选用较高端的MCU，所以目前还不是流行的设计，本文不作深入讨论。本文将就前七种功能下的音响系统的显示屏、MCU选择及其程序设计，结合THOMSON的CD-DVD模块作详细的分析。
显示屏的选择
一般来说，CD-MP3系列会使用LCD屏作为显示器。如果只播放CD碟片则一般六位数字LCD屏就够了，如果需要播放MP3碟片则应该用至少八位数字的LCD显示屏；如果要显示曲名或电台RDS信息，则必须用14段的数字字符。如果是DVD组合音响，VFD显示屏也是常规选择。总之，较好的音响显示屏应该至少是4COM(32SEG。至于显示的内容，各种产品和各个厂家都有自己的风格，各类用户也有不同的喜好。
外置MCU的选择
为了降低整个方案的元器件成本，由于THOMSON CD-DVD模块的工作电压是5V，建议外置MCU的工作电压最好也兼容5V，而且MCU应该自带内置的显示驱动，最好有LCD和VFD两个兼容MCU系列。
另一方面，中断特性也是选择MCU的一个重要评判标准。对于音响产品，至少应该有两个内部时钟中断：一个是较慢的系统时钟，用来处理时间、各类定时任务以及暂停；另一个是较快的时钟，最好是带有比较寄存器的时钟中断，用来处理快速时间任务，如遥控器的解码。
MCU的外部中断根据音响系统和THOMSON CD-DVD模块的特点，应该包括以下几个：
遥控信号中断；
THOMSON CD双线通讯的时钟信号中断；
RDS时钟信号中断；
磁带机计数信号中断；
整机断电保护中断。
这些中断最好拥有独立的中断入口地址。中断是否可分优先级并不一定特别重要，因为音响系统毕竟不是非常实时的嵌入式系统，也没有特别的安全考虑。
此外，选用MCU需要考虑的还有IO口的分配。一般来说，一个完整的音响系统应包括表1中的信号。
综上所述，适用于以上音响系统的MCU应该具有以下IO口特性：至少4COM(32SEG的显示驱动IO口；3~5个外部中断IO口；22~42个通用IO口。
另外，选外置MCU还要考虑RAM和ROM的容量大小。根据我们的经验，512B RAM加16KB ROM可以满足基本的功能要求，如较为简单的显示内容及效果和较少的节目编程存储；而1KB RAM加32KB ROM可以做到相当完善的功能—各类信息的显示和充分自主的节目编程存储，并且可以有良好的功能扩展，比如更大的显示屏等。
最后，还要考虑所选MCU的开发工具的易得性和易用性，开发测试是用OTP还是用FLASH也是要考虑的重要因素，因为它们都会影响项目的成本、规划和进程。
控制IC比较
这里列举三家可用于此类音响系统开发的控制IC厂家并做比较。这种比较仅根据我们的经验和思考，供工程师参考。
NEC 78K0系列IC性能优良而且稳定。其产品系列化程度很好，兼容LCD-VFD两种显示驱动，有不同的RAM和ROM容量可供选择。时钟中断和外部中断都比较规范，容易使用。最终产品可以是MASK、OTP和FLASH。工具特性：编译器支持ASM和C。NEC自有ASM指令系统比较完善，有很多很好的宏可以将ASM写得类似C程序。仿真器功能强大，具有实时调试的功能。
RENESAS H8/300系列IC的功能十分强大。中断、LCD驱动都比较好，不支持VFD。有不同的RAM和ROM容量可供选择，有些产品具有数据寻址IO，可支持外部存储设备。最终产品可以是MASK、OTP和FLASH。编译仅支持C/C++。仿真器功能强大，具有实时调试的功能。技术支持好。
EMC78系列IC的LCD驱动功能较好，中断和通用IO够用。其所有中断只有一个入口地址，中断程序负担重，容易发生中断冲突。目前，最大RAM容量为2KB，最大ROM容量为16KB。最终产品可以是MASK和OTP。编译仅支持ASM。仿真器功能较差，只有断点调试，不具有实时调试的功能。
控制程序设计
最后，MCU控制程序的功能设计是整个系统增值的关键。一方面，要使程序结构化好，容易维护和升级换代；另一方面，要在有限的资源(RAM、ROM、中断等)上完成尽可能多的功能。这些正是嵌入式系统的魅力所在—不同的设计思想会产生不同的程序和不同的产品质量。
针对THOMSON的CD-DVD模块的特点，我们建议程序分成以下几块：
系统控制模块；
显示控制模块；
音响控制模块；
收音控制模块；
磁带控制模块；
CD-DVD控制模块。
系统控制模块应该包括时钟控制(包含定时开关机等)、键盘扫描控制、遥控器控制和厂家特殊功能控制部分。
显示控制模块可根据所选用的MCU的显示功能特点设计，结合THOMSON CD-DVD模块，可显示总曲数、总碟时间、单曲名、单曲时间、MP3 ID3 TAG信息等。
音像控制模块和收音控制模块都不包括机械控制，但都包括底层的总线通讯协议。设计好这些协议的接口程序是提高用户端功能的基础。
磁带控制模块包括简单的机械控制和较为复杂的逻辑时序，在设计时还要考虑磁带和CD以及收音的录音配合等。
CD-DVD控制模块一定要考虑到THOMSON模块的通讯协议的特点，设计好底层通讯程序。此模块还包括机械控制部分，有时对时间任务要求较高，特别是多碟的情况，一定要有处理异常情况的程序设计。好的程序流程是该模块好的设计的基础。CD-DVD功能作为家用音响设备的主要功能，应该投入最有经验的程序员进行该功能的程序设计。
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