适于语音处理的SDA80D51芯片及其数字录放音系统

    关键词：G.723.1 Sigma-Delta调制 前后台

目前市场上有很多语音录放系统，如录放音玩具、录音笔等，大多采用了单片机控制一个语音芯片，再接一个FLASH存储器的结构。由于语音芯片都是固定的编码算法，使得系统用途单一，不利于进一步改进，缺乏灵活性，如日本OKI公司的MSM6588只能完成ADPCM编码。

用SDA80D51芯片实现的语音录放音系统，系统硬件简单、工作可靠。所有的编解码算法都由软件来完成，设计者可以编制自己的软件，完成不同的功能。它既可以作为简单的数字录放音系统，也可以通过改变程序做语音识别、语音合成等多种系统。用途灵活、功能强大。该系统选用G.723.1语音编解码算法来完成语音的录放。

1 SDA80D51芯片介绍

SDA80D51芯片是德国Infineon公司生产的适合语音处理的芯片，它采用0.18μm工艺，核的工作电压为1.8V，I/O电压为3.3V,模拟Codec部分电压2.5V，功耗是150mW。该芯片相当于一个片上系统（SOC），内部集成了许多功能模块，如图1所示。由于它集成了许多功能模块，如图1所示。由于它集成了许多功能块，几乎只需要一片芯片就能完成语音处理和系统控制。

该芯片含有两个处理器，分别是16位DSP（OAK）和8位MCU（M8051 E-Warp）。M8051 E-Warp核由美国Mentor Graphics公司设计，它是与一般8051兼容的MCU，具有很多的增强功能，最高工作速度可达50MIPS（Million Instruction per Second），是目前为止最快的增强8051。传统8051的一个机器周期是12个时钟周期，而这个核心只需2个时钟周期，速度传统8051的6倍。许多指令都能在一个机器周期内完成。由于指令与8051兼容，使得程序员不用花许多时间学习新指令，而直接采用传统的8051编程方式就行。芯片集成有JTAG口，用Mentor Graphics公司的FS2（First Silicon Solutions）仿真器就可以实现在线仿真。
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    OAK核是美国DSP Group公司设计的16位低功耗、低电压和高速定点DSP。采用双金属CMOS，在0.6μm或0.5μm以下工艺生产。工作电压范围在2.7V～5.5V。在5V 80MHz工作条件下，消耗电流38mA；在3.3V 80MHz条件下，消耗电流25mA。该核采用Harvard总线结构，工作速度可达100MIPS。

Codec部分由I2S、ADC和DAC组成。I2S口可用来外接一些通用的模/数芯片。两路的12位8kHz采样率的ADC，可接峰峰值为1.03V的差分电压。片内有数字AGC，可放大0到42dB(8档，6dB步长)；模/数转换采用Sigma-Delta调制技术并经过一度的换算，得到16bit的PCM码流，送往处理器。两路11位8kHz采样率的DAC可软件调节增益，可放大0到-18dB(-6dB步长)。所有Codec部分可通过ASI接口连到OAK或M8051上。

SDA80D51芯片还有I2C、SPI和PWM接口模块，可以通过M8051来控制。另外在不同版本的芯片上还有多达50到250之间的GPIO（通用的输入输出口），这可以保证系统控制的灵活性。

该芯片最有特点的功能模块是存储器管理单元MMU（Memory Manage Unit），它可以管理两个核的存储区映射。物理存储器（RAM或ROM）被看成由多个块组成，每个块的大小在不同版本的芯片上定义是不同的，本系统中，块的大小是16K字节（或8K节）。MMU既可以把块（8K字）映射给OAK的程序区或数据区，也可以把块（16K字节）映射给M8051的程序区或数据区。这些完全由写M8051的特殊功能寄存器来完成。存储空间的自由挂接使得完成两个核之间的数据转换变得非常容易。此外，程序装载和启动也需要MMU的控制。

整个芯片的工作方式是M8051作为主控制芯片，完成对各种接口的控制和系统的配置。OAK作为协处理器，完成语音编解码算法等计算。两个核之间还有两个64字深的FIFO。它们用于双核通信。

2 G.723.1语音编解码