Выбор процессора устройства

Процессор устройства, то есть его управляющий микроконтроллер, должен обеспечивать всю функциональность устройства либо иметь возможность соединения с другими микросхемами, обеспечивающими ту функциональность, которую не может обеспечить сам.

Для обеспечения соединения с USB можно воспользоваться двумя возможностями.

Можно подобрать такой управляющий микроконтроллер, который поддерживал интерфейс USB с возможностью программного определения режима работы устройства.

Другой подход предполагает подбор такой микросхемы сопряжения с USB, которая также обеспечивала бы соединение с управляющим микроконтроллером. Однако этот подход не рационален в силу нескольких причин:

при использовании двух микросхем вместо одной, могут возникнуть как аппаратные, так и программные трудности;

выигрыш в стоимости будет минимален, так как микроконтроллеры с поддержкой USB уже внедрены в массовое производство и доступны в различных ценовых вариантах;

общая площадь, которую на печатной плате будут занимать две микросхемы, будет больше площади занимаемой одной микросхемой, так как на сегодняшний день практически все микроконтроллеры как с поддержкой USB, так и без, отличаются малыми размерами.

Рассмотрим микросхемы обеспечивающие соединение c USB-портом и микроконтроллеры с поддержкой USB и высокой производительностью. Среди множества производителей этой продукции можно выделить такие компании, как Atmel, Cypress Semiconductors, Cygnal, FTDI, Microchip и National Semiconductors.

Компания FTDI (Future Technology Devices International) специализируется на производстве микросхем сопряжения микропроцессорных устройств с USB. Микросхемы такого рода целесообразно использовать, если управляющий микроконтроллер не имеет собственных средств сопряжения с USB. Однокристальные микросхемы FT232AM и FT232BM представляют собой асинхронный двунаправленный преобразователь USB в последовательный интерфейс, т.е. управляющий микроконтроллер обязательно должен иметь UART порт. FT245AM и FT245BM преобразуют USB в параллельный интерфейс. Стоимость этих микросхем составляет $4.5.

Микропроцессоры C8051F320 и C8051F321 компании Cygnal поддерживают протокол USB2.0, содержат 20 цифровых входов/выходов, АЦП, 4 таймера, а их производительность составляет 25 MIPS. Стоимость микросхемы – около 50$, что, конечно, очень дорого и обуславливает невозможность использования данной микросхемы в разрабатываемом устройстве.

Среди микросхем компании Cypress Semiconductors наибольшим интересом у разработчиков пользуется универсальный контроллер CY7C68013A. Рабочая конфигурация контроллера определяется программой, загруженной во внутреннюю оперативную память. Именно эта возможность делает контроллер универсальным: в зависимости от задачи его можно настроить для выполнения тех или иных необходимых функций, к тому же пользователь сам может обновлять программное обеспечение готовых приборов в процессе эксплуатации. Благодаря этому данная микросхема выгодно отличается от рассмотренной продукции компании FTDI.

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 PIC18xxxx поддерживают интерфейсы CAN и SPI, имеют от 19 до 34 программируемых выводов и АЦП.

National Semiconductors 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 Atmel предлагает 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 DataFlash и 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 NAND Flash или Compact Flash 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 NAND Flash, 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.