摘要：手機中的MIDI和弦音樂是通過內(nèi)置高集成度的和弦芯片播放MIDI音樂文件來實現(xiàn)的。和弦芯片一般采用波形表合成法。上海智多微公司的C520專門用于為手機提供清脆逼真的音樂鈴聲和豐富的游戲音效。三星的RISC芯片S3C4510B用來控制C520實現(xiàn)和弦音樂的播放。文中給出C520的特點、工作原理及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，詳細的電路原理圖和播放MIDI音樂文件的軟件流程?？勺鳛橐苿赢a(chǎn)品和弦音樂開發(fā)的應(yīng)用參考。

關(guān)鍵詞：和弦芯片 C520 S3C4510B MIDI

1 和弦鈴聲概述

　　和弦原來是樂理上的一個概念，指的是按照三度關(guān)系疊置起來的三個或三個以上的音的結(jié)合；而在音頻器材的工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域中，和弦指的是多個音源同時發(fā)音，也叫復(fù)音、多音(polyphony)。和弦鈴聲在手機中得到了廣泛的應(yīng)用，它的音色飽滿圓潤，立體感強，已經(jīng)全面取代了以往的單音鈴聲。目前和弦鈴聲文件格式有多種，如MIDI、MMF、AMR、MP3、IMY等，其中MIDI是目前支持度最高的鈴音文件格式，它的文件占用空間小，表現(xiàn)力強，幾乎已經(jīng)成為目前和弦鈴聲手機的標(biāo)準(zhǔn)配置。

　　手機中的MIDI和弦音樂是通過內(nèi)置高集成度的和弦芯片播放MIDI音樂文件來實現(xiàn)的。和弦芯片使用的聲音合成和音色調(diào)用方式?jīng)Q定了鈴聲的播放效果。早期的FM（Frequency Modulation）合成法將多個頻率的單音組成復(fù)合音來模擬各種樂器的聲音，產(chǎn)生的聲音音色少、音質(zhì)差。另一種是波形表(wavetable)合成法。這種方法是先把各種真正樂器的音樂錄制下來再進行合成處理，音色好，音域廣。根據(jù)波表產(chǎn)生方式的不同分為軟件和弦和硬件和弦兩種。軟件和弦比硬件和弦節(jié)省系統(tǒng)開銷，更容易集成到移動設(shè)備上。

　　目前手機市場有多種和弦控制芯片，使用較多的有日本的Yamaha，我國臺灣的華邦和旺宏、大陸的中星微和智多微。各個公司的和弦芯片都有自己的特點，其中智多微的C520能夠支持民族樂器播放，所以選用C520作和弦音樂控制。

2 C520和弦芯片

　　C520是上海智多微電子有限公司的一款和弦芯片，專門用于為手機提供清脆逼真的音樂鈴聲和豐富游戲音效。該芯片集成了64和弦、16音色波表和21首中國民樂，具有3D立體聲環(huán)繞增效的MIDI合成器、MIDI GM預(yù)置ROM、16位高性能音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器和2/4位ADPCM解碼器等功能。

2.1 芯片特點

　　相對于市場上的其他手機和弦芯片，C520具有以下幾個特點：

　?、?能夠通過片上的音樂合成器對輸入MIDI信號合成，或者通過ADPCM解調(diào)器對輸入的ADPCM信號解調(diào)，然后通過內(nèi)置的DAC輸出波形。

　?、?集成了高質(zhì)量的MIDI GM音色庫，容量高達3 Mb；提供GM音色庫之外的民族樂器音色庫，支持二胡、古箏、琵琶等20多種民族樂器；支持多音色和復(fù)音——最多同時支持16個音色和64復(fù)音。

　?、?具有多個功能端口，可支持手機振動驅(qū)動及LCD背光驅(qū)動，可用于播放音樂同步的PWM來控制七彩燈。

　?、?與主控端的接口可以是并行接口或者串行接口；允許芯片工作于DAC輸入模式，接受兼容通用串行DAC數(shù)據(jù)格式的輸入數(shù)據(jù)；片內(nèi)集成不同輸入數(shù)據(jù)的FIFO；待機模式下典型工作電流小于50 μA。

2.2 功能單元

　　整個芯片由IOU（I/O接口單元）、 SG（音樂合成器）、ADEC（ADPCM解調(diào)器）、TG（時鐘模塊）和ANALOG（邏輯）模塊組成。

　　IOU完成與外部CPU的接口，控制內(nèi)部的FIFO以及芯片其他功能接口;形成音樂的MIDI數(shù)據(jù)以及外部CPU對芯片的控制命令也是通過IOU中的寄存器送出。SG模塊從IOU的FIFO中取的MIDI數(shù)據(jù)，采用波表合成的方式合成音樂。ADEC接收經(jīng)過壓縮的PCM數(shù)據(jù)，根據(jù)相應(yīng)的控制信號進行解碼，將解碼后的16位PCM碼輸出至SG的DSP單元。TG對輸入時鐘倍頻以及產(chǎn)生內(nèi)部時鐘。ANALOG包括一個DAC和對DAC的輸出信號進行低通濾波以及功率放大的AMP。C520芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 應(yīng)用

3.1 典型電路

　　控制CPU選用三星公司的32位RISC芯片S3C4510B。該芯片是專為嵌入式以太網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)的，內(nèi)核為ARM7TDMI，支持高代碼密度的THUMB指令集，適用于對價格及功耗敏感的應(yīng)用場合。

　　　　　　　　　　　　　　　　圖1C520內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

　　
　　　　　　　　　　　　　　　　圖2典型應(yīng)用電路

　　C520與S3C4510B可以是并行接口或者串行接口，但是并行接口比串行接口數(shù)據(jù)傳輸速度快，因此在本設(shè)計中采用并行接口。芯片應(yīng)用電路如圖2所示。

　　在這個電路中，C520的CS_N用S3C4510B的I/O P0進行控制。其實如果在片選信號線夠用的情況下，可選擇S3C4510B中ROM/SRAM/Flash片選信號 Nrcs[5∶0]中的任何一根信號線，這樣可以節(jié)省1根GPIO；同理，如果不想再控制C520復(fù)位，可以將其復(fù)位信號與S3C4510B的復(fù)位線nRESET相連，這樣S3C4510B與C520將在上電時同時復(fù)位；C520 PD腳是低功耗狀態(tài)控制引腳，“1”為正常工作狀態(tài)，“0”為進入低功耗狀態(tài)；C520 IRQ腳為中斷輸出腳，其可連接S3C4510B的外部中斷請求信號腳XINTREQ[0]。

3.2 芯片初始化

　　C520的初始化工作非常簡單，包括：

　?、?根據(jù)外部時鐘設(shè)置PLL分頻比。PLL分頻比由寄存器CLOCK(read:10h/write:11h)和寄存器Master Clock(read:18h/write:19h)共同決定。內(nèi)部時鐘頻率fsys=fclock·(DN+1)/(DM+1)。其中DM為寄存器CLOCK[4∶0]，DN為寄存器Master clock tuning[5∶0]，fclock是外部輸入時鐘，內(nèi)部系統(tǒng)時鐘頻率fsys必須定在48 MHz~50 MHz之間。

　?、?打開模擬模塊,向寄存器Analog Power Down（read:66h/write:67h）的bit3寫0。

　?、?設(shè)置Analog Select,根據(jù)寄存器Analog Select（read:60h/ write:61h）選擇模擬功能。

3.3 播放MIDI音樂文件

　　C520可以播放MIDI FORMAT 0和MMD格式的MIDI文件。

　　MIDI FORMAT 0文件開頭4字節(jié)數(shù)據(jù)ASCII值為“MThd”，MMD文件開頭4字節(jié)數(shù)據(jù)ASCII值為“MMhd”。ARM發(fā)送這兩種格式的MIDI數(shù)據(jù)過程不同，在發(fā)送前根據(jù)文件開頭4字節(jié)數(shù)據(jù)進行區(qū)分。

　　發(fā)送MIDI FORMAT 0格式的MIDI文件，文件中的所有數(shù)據(jù)都要發(fā)送。

　　MMD格式的文件，可分為四塊，每塊的開頭都有8字節(jié)的頭數(shù)據(jù)部分。第1塊頭數(shù)據(jù)部分前4字節(jié)的ASCII碼值是“MMhd”，第2塊頭數(shù)據(jù)部分前4字節(jié)的 ASCII 碼值是 “MMly”， 第 3 塊頭數(shù)據(jù)部分前 4 字節(jié)的ASCII碼值是“MMdd”。第4塊頭數(shù)據(jù)部分前4字節(jié)的ASCII碼值是“MMex”。每一塊頭數(shù)據(jù)的第5、6、7、8字節(jié)是這塊數(shù)據(jù)的長度（不包括頭數(shù)據(jù)），第5字節(jié)是低字節(jié)位，第8字節(jié)是高字節(jié)位，這4個字節(jié)組成的十六進制數(shù)據(jù)加上頭數(shù)據(jù)長度8，就是這塊數(shù)據(jù)的長度。MMdd塊數(shù)據(jù)的頭數(shù)據(jù)后面就是經(jīng)過壓縮的MIDI數(shù)據(jù)；MMly塊數(shù)據(jù)是用于卡拉OK的專用數(shù)據(jù)，播放MIDI時無須發(fā)送該塊；Mmex為擴展塊。

　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　圖3播放MIDI文件流程

　　向C520發(fā)送MMD格式的MIDI數(shù)據(jù)時，先發(fā)送MMhd塊，接著發(fā)送MMdd塊的MIDI數(shù)據(jù)部分（即該塊中除塊名及塊長度的部分），而MMly塊不用發(fā)送。

　　圖3為播放MIDI文件流程。

結(jié)語

　　本文介紹了智多微公司的手機和弦芯片C520，給出了其原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。采用三星的RISC芯片S3C4510B做控制器，實現(xiàn)了和弦音樂的播放。文中給出了詳細的電路原理圖和播放MIDI音樂文件的流程，可以作為和弦芯片在移動產(chǎn)品上的應(yīng)用參考。