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 Compact Flash памяти или 1 микросхему NAND Flash 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 (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transceiver) порта, 1 SPI (Serial Peripheral Interface) порт, 1 TWI (Two-Wire Interface) порт, 1 SSC (Serial Synchronous Controller) 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;

hands free;

A2DP;

AVRCP.

Также есть возможность модификации программной части модуля для расширения Bluetooth возможностей. Благодаря встроенной антенне радиус действия Bluetooth может 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 F2M03MLA варьируется 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

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.

Так как разрабатываемое устройство рассчитано на частое подключение к USB, то целесообразно предусмотреть и возможность питания от шины. Следовательно, требуется микросхема, которая может подзаряжать аккумулятор от USB и играть роль DC/DC конвертера.

Наиболее распространены DC/DC конвертеры компании MAXIM. Семейство конвертеров MAX639 обеспечивает выходное напряжение 3 и 3.3 В при входном напряжении от 4 до 11.5 В. Конвертеры MAX17xx способны при входном напряжении 0.8 – 5 В обеспечивать 3.3 В на выходе. Однако эти микросхемы не годятся для подзарядки аккумуляторов.

Микросхема MAX1811 может быть использована для подзарядки одной литий-ионной батарейки или аккумулятора. Входное напряжение может подаваться напрямую от USB-порта, а выходное напряжение составляет 3.3 В. Таким образом, данная микросхема может быть использована для подзарядки аккумулятора и для питания устройства.

Устройство должен иметь встроенную память объемом 1Гбайт. Можно использовать Compact Flash или NAND Flash память.

Как известно, память типа NAND Flash имеет особенность, определяемую технологией производства: наличие секторов с дефектными битами, причем число таких секторов увеличивается в процессе эксплуатации микросхемы. Таким образом, для корректной работы необходим механизм, управляющий процессом записи и проверяющий целостность записанных данных. Микроконтроллер AT91SAM7SE имеет встроенный ECC (Error Corrected Code) контроллер, который в процессе записи вычисляет контрольную сумму пакета данных и записывает ее в специально отведенную область памяти, а при чтении проверяет ее. Используя механизм избыточного кодирования, можно исправить одиночную ошибку в пакете и обнаружить двойную ошибку.

К тому же, NAND Flash память отличается малыми размерами и высоким быстродействием, поэтому ее использование предпочтительнее. Микроконтроллер AT91SAM7SE поддерживает 8- и 16-разрядное подключение NAND Flash микросхем.

Рассмотрим подобные микросхемы емкостью 1 Гбайт.

Компания Samsung выпускает память K9K8G08U1A емкостью 8 Гбит с 8-разрядным интерфейсом.

Ее аналогом является память NAND08GW3B2A, производимая компанией STMicroelectronics.

Обе микросхемы внедрены в массовое производство и по обеим микросхемам производители предоставляют полную информацию о характеристиках и возможностях использования. Ценовая разница также несущественна. Для разрабатываемого устройства выберем память NAND08GW3B2A.

Еще одним базовым компонентом устройства является LCD-дисплей. Для разрабатываемого устройства вполне подойдет символьный дисплей, например 20*4 или 16*4 фирмы Bolymin, Systronix, Optrex или Picvue. Однако использование символьного дисплея ограничивает возможности программной модификации устройства (при перепрошивке), поэтому воспользуемся графическим дисплеем.

Графический LCD-дисплей может отображать не только название композиции, ее исполнителя, но и, например, отображать работу графического эквалайзера. Также он способен обеспечить приятную цветовую гамму.

Сегодня рынок графических LCD-дисплеев очень разнообразен как в плане размеров и разрешающей способности, так в плане стоимости, и способен дать оптимальное решение практически любому разработчику. Доступны дисплеи со встроенным контроллером, обеспечивающим легкое взаимодействие с главным процессором устройства, и дисплеи с внешним контроллером.

Во избежание дополнительных аппаратных трудностей желательно использовать дисплеи со встроенным контроллером. Напряжение питания дисплея (питание для отображения графической информации), логики дисплея (питание контроллера) и подсветки должно составлять не более 3.6 В, чтобы не пришлось использовать дополнительных аппаратных затрат. Дисплей также должен быть компактен и удобен. Для устройства вполне подойдет прямоугольный дисплей 128 на 64 точки или квадратный дисплей примерно 80 на 80 точек.

Этим требованиям удовлетворяют графические LCD-модули фирмы Sunlike с разрешающей способностью 128 на 64. Их характеристики приведены в табл. 2.

Таблица 2. Характеристики графических дисплеев с разрешением 128*64 фирмы Sunlike

Наиболее удобным из указанных дисплеев в силу своих размеров и наличия встроенного контроллера является модель SG12864H.

Так как модуль F2M03MLA способен обеспечить выход звука на миниатюрные динамики и имеет усилитель для микрофона, в разрабатываемое устройство целесообразно добавить возможность воспроизведения звука и наушниками, и динамиками и возможность записи звука и через микрофон, и через аудио вход.

Для устройства подойдет любой микрофон с питанием не более 3.6 В и компактными размерами. Параметры конденсаторных и электретных микрофонов, которые можно без проблем приобрести, приведены в табл. 3.

Таблица 3. Конденсаторные и электретные микрофоны

Из перечисленных микрофонов для разрабатываемого устройства подходят две модели – HMO0603A и HMO0603B.