Компания Microchip выпускает микроконтроллеры с архитектурой PIC и встроенной USB-функцией. Микроконтроллеры семейства PIC16xxxx имеют последовательный интерфейс, от 22 до 33 программируемых выводов и АЦП. Микроконтроллеры семейства PIC18xxxxподдерживают интерфейсы CAN и SPI, имеют от 19 до 34 программируемых выводов и АЦП.
NationalSemiconductors предлагает линейку процессоров семейства CP3000, поддерживающих и USB 1.1, и Bluetooth 1.1. Для создания полностью готового Bluetooth-устройства требуется лишь приемопередатчик, в качестве которого производитель предлагает использовать свою же микросхему LMX5252. Процессоры также поддерживают интерфейсы SPI, UART и PCM. Некоторые из них, например CP3BT26 и CP3CN23 имеют АЦП. Старший представитель семейства CP3SP33 поддерживает протоколы USB 2.0 и Bluetooth 1.2 и имеет встроенное DSP-ядро, предназначенное для декодирования MP3 и WMA. Однако этот процессор только вводится в массовое производство, что сильно затрудняет его использование. Все процессоры семейства CP3000 имеют от 40 программируемых выводов и более и отличаются вполне приемлемой ценой, кроме CP3SP33.
Известный производитель доступных и надежных управляющих микроконтроллеров компания Atmelпредлагает несколько линеек процессоров, поддерживающих USB и другие интерфейсы для обеспечения связи с другими микроконтроллерами и внешней памятью.
Микроконтроллеры с архитектурой MCS51 поддерживают помимо USB ряд других интерфейсов, таких как SPI, UART и TWI. Среди них выделяется процессор AT89C5132, который помимо этого поддерживает интерфейсы I2S и IDE, возможность соединения с MultiMediaCard и DataFlashи имеет 10-разрядный аналого-цифровой преобразователь.
Микроконтроллеры с ядром AVR, такие как AT90USB1286, AT90USB1287, AT90USB646 и AT90USB647, имеют 8-канальный 10-разрядный аналого-цифровой преобразователь и способны обеспечивать производительность до 16 MIPS.
Микроконтроллеры семейства AT91с ядром ARM имеют аналого-цифровой преобразователь, большое количество программируемых выводов, поддерживают различные интерфейсы: UART, TWI и SPI. Среди них стоит выделить микроконтроллеры семейства AT91SAM7SE, поддерживающие протокол USB 2.0, имеющие большое количество программируемых выводов и возможность подключения внешней NANDFlash или CompactFlash памяти.
Проанализировав возможности рассмотренных микроконтроллеров, нельзя не заметить очевидное превосходство микроконтроллеров CP3BT26 и AT91SAM7SE. Таким образом, есть возможность использования либо CP3BT26, либо AT91SAM7SE.
В первом случае, требуется Bluetooth-приемопередатчик, внешняя память с подключением по SPI и внешний цифро-аналоговый преобразователь, способный декодировать MP3. Также нужно проработать механизм передачи звука на беспроводные наушники.
Во втором случае также потребуется внешний цифро-аналоговый преобразователь, а также микросхема обеспечивающая Bluetooth-возможности.
Как выяснилось, требуется современный цифро-аналоговый преобразователь. Рассмотрим цифро-аналоговые преобразователи фирмы Micronas, например, UAC3575B и UAC3576B. Они снабжены аналого-цифровым и цифро-аналоговым преобразователями, цифровым эквалайзером, входом для микрофона и поддерживают USB 2.0. Их функциональности вполне достаточно для разрабатываемого устройства.
Хорошо известны также микросхемы семейства VS1001 фирмы VLSI. Они предназначены для декодирования MPEG аудио данных, имеют мощное DSP ядро, 18-битный цифро-аналоговый преобразователь и поддерживают последовательный интерфейс. Стоимость такого чипа составляет примерно 20$.
Недавно фирма Free2Move анонсировала модули, предназначенные для Bluetooth мультимедиа устройств и отличающиеся высокой функциональностью, малыми размерами порядка 25мм*15мм и широкой сферой применения. Рассмотрим некоторые из них.
Модуль F2M03CL2 содержит законченный аудио кодек, поддерживает последовательный интерфейс, UART и PCM. Аппаратно поддерживается протокол Bluetooth 1.1. Также есть 8 цифровых входов/выходов и 2 аналоговых.
Другой модуль F2M03MLA имеет 16-битный стерео кодек, 16-битные цифро-аналоговый и аналого-цифровой преобразователи, 32-битное DSP-ядро, поддерживает интерфейсы SPI, UART, I2C и PCM и протокол Bluetooth 2.0. Также есть возможность подключения микрофона.
Другие модули, такие как F2M03GLA, поддерживают USB 2.0, однако их мультимедиа возможности ограничены лишь поддержкой интерфейса PCM, возможности которого соответствуют лишь передаче речевых аудио данных.
Для разрабатываемого устройства возможно использование лишь модуля F2M03MLA. Стоимость его составляет 60$, что, однако вполне соответствует его возможностям.
Проанализировав все вышеописанные данные, можно выделить несколько вариантов:
если выбрать в качестве процессора устройства микроконтроллер CP3BT26, то дополнительно потребуется реализовать посредством интерфейса SPI возможность подключения внешней памяти, а также нужно будет использовать цифро-аналоговый преобразователь – либо VS1001, либо UAC3575B; возможность использования модуля F2M03MLA в данном случае нецелесообразна, так как произойдет дублирование возможностей;
другой вариант – выбрать микроконтроллер AT91SAM7SE, поддерживающий и USB и NANDFlash, и Bluetooth мультимедиа модуль F2M03MLA, соединение с которым можно организовать по интерфейсу SPI или UART.
В первом варианте получим следующие характеристики устройства: USB 1.1, Bluetooth 1.1, аудио выход и аудио вход.
Второй вариант устройства имеет такие характеристики: USB 2.0, Bluetooth 2.0, аудио вход, аудио выход.
Очевидно преимущество второго варианта, на нем и сделаем выбор. Таким образом, в качестве процессора устройства выбран микроконтроллер AT91SAM7SE, который соединяется с готовым Bluetooth мультимедиа модулем по какому-либо доступному интерфейсу.
1.3 Выбор базовых компонентов устройства
Использование AT91SAM7SE и F2M03MLA, обеспечивает поддержку USB, Bluetooth и памяти, а также предоставляет возможность декодирования MP3 файлов и преобразования цифрового сигнала в аналоговый для использования устройства в качестве звуковой карты.
Для достижения максимально возможной функциональности разрабатываемого устройства рассмотрим выбранные компоненты подробнее. И на основе их возможностей подберем базовые компоненты устройства.
Микроконтроллеры семейства AT91SAM7SE построены на RISC-архитектуре и являются лидером в отношении производительность/потребление.
Имеется встроенная быстрая флеш-память объемом 32, 256 или 512 кбайт и интерфейс для подключения внешней памяти. По этому интерфейсу можно подключить 2 микросхемы CompactFlash памяти или 1 микросхему NANDFlash памяти. Для разрабатываемого устройства подойдет микроконтроллер AT91SAM7SE256, имеющий 256 кбайт внутренней флеш-памяти.
Максимальная частота составляет 55 МГц, что обеспечивает 0.9MIPS/ МГц. Поддерживаются 16/32-битные команды и 8/16/32-битные данные. Микроконтроллер имеет 7 режимов работы, 32-битные регистры общего назначения количеством – 31 и 6 статусных регистров.
Микроконтроллер имеет 2 USART (UniversalSynchronousAsynchronousReceiverTransceiver) порта, 1 SPI (SerialPeripheralInterface) порт, 1 TWI (Two-WireInterface) порт, 1 SSC (SerialSynchronousController) порт и 1 USB порт. Помимо этого имеется трехканальный 16-битный таймер, таймер реального времени и сторожевой таймер. 88 из 128 пинов микроконтроллера можно запрограммировать. Каждая линия может быть либо входом с подтягивающим резистором, либо обычным входом, либо входом прерывания.
SPI порт может работать с 4 последовательными устройствами, в том числе и с LCD-дисплеями и обеспечивает скорость до 1Мбит/сек. Встроенный контроллер памяти также может работать с LCD-дисплеем.
USB порт способен обеспечить скорость передачи до 12Мбит/сек и имеет 8 конечных точек.
Теперь рассмотрим модуль F2M03MLA. Он поддерживает интерфейсы SPI, UART имеет 8 программируемых линий, каждая из которых может использовать встроенный pull-up и pull-down резистор. 4 аналоговых аудио линии можно использовать как выход для наушников или миниатюрных динамиков. Еще 4 аудио линии предназначены для аудио входом, причем в состав модуля входит усилитель для микрофона.
Помимо этого модуль поддерживает несколько аудио интерфейсов – PCM, I2S и SPIDF.
Аппаратно поддерживаются четыре Bluetooth-профиля:
headset;
handsfree;
A2DP;
AVRCP.
Также есть возможность модификации программной части модуля для расширения Bluetooth возможностей. Благодаря встроенной антенне радиус действия Bluetoothможет достигать 150 метров.
Помимо процессора устройства и Bluetooth аудио модуля базовыми компонентами устройства являются LCD-дисплей, память и питание для обеспечения автономной работы устройства.
Напряжение питания для AT91SAM7SE и F2M03MLAварьируется от 3.0 до 3.6 В, а номинальным считается напряжение 3.3 В.
Сегодня на рынке аксессуаров для портативной электроники доступны различные виды аккумуляторов, способных обеспечить питание разрабатываемого устройства. Аккумуляторы бывают:
никель-кадмиевые (NiCd) – самые дешевые;
никель-металлгидридные (NiMH) – требуют профилактической полной разрядки хотя бы раз в месяц;
литий-ионные (Li-ion) – наиболее распространенные; после года эксплуатации наблюдается уменьшение емкости аккумулятора;
литий-полимерные (Li-pol) – новинка на рынке аккумуляторов, немного дешевле, чем Li-ion и выдерживает 150 циклов зарядки-разрядки.
Характеристики различных аккумуляторов от различных производителей приведены в табл. 1.
Таблица 1. Сравнительные характеристики аккумуляторов
| Модель | Тип аккумулятора | Цена, руб. | Производитель |
| A2618 | NiMH | 494 | Ericson |
| TriumMars | NiMH | 260 | MITSUBISHI |
| NECDB 2000 | NiMH | 390 | NEC |
| SGH-S100 | Li-ion | 1300 | Samsung |
| MPx200 | Li-ion | 1300 | Motorola |
| BAT-MOTZ3 | Li-ion | 309.4 | Motorola |
| MPx220 | Li-ion | 2080 | Motorola |
| Zondex J-5 | Li-ion | 650 | Sony |
| Zondex Z5 | Li-ion | 910 | Sony |
| BOSCH909 | Li-ion | 650 | BOSCH |
| A2618 | Li-ion | 494 | ORA Electronics |
Также необходимо решить вопрос о подзарядке аккумулятора. Сейчас многие портативные автономные устройства, рассчитанные на сопряжение с компьютером, подзаряжаются напрямую от USB. В разрабатываемом устройстве также можно применить подзарядку аккумулятора от USB-порта.