Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2004 №6

Holtek: в мире музыки и звуков. Электронные компоненты для музыкальной электроники

Ракович Николай


Звуки музыки окружают человека практически всю жизнь — от рождения и до смерти. И если несколько лет назад эти локальные источники можно было пересчитать по пальцам: телевизор, радиоприемник, магнитофон и т. п., то сегодня музыкальное сопровождение нашей жизни простирается от игрушек до сотовых телефонов и флэш-памяти со встроенным приемником.

Фирма Holtek, хорошо известная своими микросхемами памяти и микроконтроллерами, занимается также выпуском компонентов для музыкальной электроники. Для создания и воспроизведения музыкальных и немузыкальных звуков Holtek выпускает различные ИС: 8-разрядные микроконтроллеры для формирования музыкальных мелодий и речи (Music MCU, Voice MCU и Q-Voice); семейства микросхем для создания звуковых эффектов (Sound Effects Series), мелодий (Piano Series), речи (EasyVoice Series).

Начнем с семейства музыкальных синтезаторов НТ36хх (табл. 1, блок-схема на рис. 1 на примере НТ36А0).

Таблица 1
Таблица 1
Таблица 2
Таблица 2
Рис. 1
Рис. 1

Эти 8-разрядные высокоэффективные RISС-мик-роконтроллеры специально разработаны для музыкальных приложений и совмещают микроконтроллер с 16-канальным синтезатором. В памяти программ хранятся как команды управления, так и коды мелодий (в табличном виде), причем все это легко перепрограммируется. В состав НТ36хх входит встроенный 8-разрядный микропроцессор, с помощью которого программируется синтезатор для формирования мелодий установкой соответствующего специального регистра с адресом 20Н-2АН.

Рассмотрим только те функции микроконтроллера, которые отвечают за мелодии.

В ПЗУ микроконтроллера определенная область отведена под память таблицы мелодий (wavetable ROM); 16 ячеек ST(15~0) используются для определения начального адреса каждого образца мелодий из таблицы и чтения данных о форме сигнала. В НТ36А0 реализована 21 выходная адресная шина по адресным шинам WA(16~0), ST(15~0) используются для локализации основных 16 битов, то есть WA(16:5) и неизвестные данные из WA(4~0) всегда устанавливаются в 00000b. Таким образом, начальный адрес каждого образца мелодии находится по адресу, кратному 32. С другой стороны, образец мелодии не может быть считан правильно, если стартовый код неверен.

Работа 16-канального синтезатора задается специальными регистрами, расположенными по адресам 20Н-2АН (табл. 2).

Выбор одного из 16 выходных каналов выполняется соответствующими битами выбора номера канала СН (3~0) регистра 20Н. При записи в этот регистр синтезатор будет автоматически выдавать соответствующий код ИКМ (импульсно-кодовой модуляции). Этот регистр используется так же, как ключ начального воспроизведения, и записывается после того, как все другие регистры функций уже определены. Еще два бита (VM, FR) в этом регистре определяют регистр, который будет модифицироваться в выбранном канале.

Частота выхода задается данными регистров 21Н и 22Н (BL3~0, FR11~0), что, кстати, позволяет сформировать шкалу градаций: при FR (11:0), равном 800Н, и BL (3:0), равном 6Н, данные каждого образца будут выдаваться последовательно. Если тактовая частота fosc=12,8 МГц, то частота на выходе определяется как: где frecord и SR — частота и частота выборки кода образца соответственно.

Определение начального адреса в НТ36хх реализовано двумя способами: через адрес ПЗУ программ и через начальный адрес кода ИКМ. Для определения начального адреса каждого кода ИКМ и чтения данных о форме сигнала используется ST(15~0).

С целью более экономичного использования памяти данных в НТ36А0 предусмотрен выбор с помощью WBS одного из двух форматов данных образцов мелодий каждого кода ИКМ: 8 разрядов или 12. Вид форматов приведен на рис. 2 (В — один байт данных; 1Н — старший полубайт; 1М — средний полубайт; 1L — младший полубайт).

Рис. 2
Рис. 2

Если выбранный образец необходимо воспроизвести несколько раз, то для этого в регистрах 25Н и 26Н задается адрес точки повторения. При этом на выходе формируется сигнал от начального кода до конечного (один раз), а затем постоянно сигнал в диапазоне от адреса повторения до конца (код 80).

В контроллерах серии НТ36хх реализована независимая регулировка громкости по правому и левому каналам — биты VL(9~0) и VR(9~0) соответственно в регистрах 27Н, 29Н, 2АН. Регулировка громкости имеет 1024 уровня; 000Н — максимальная громкость, 3FFН — минимальная.

Программирование огибающей сигнала упрощено установкой соответствующих битов ENV[1~0] и A_R для формирования эффекта вибрато.

Звуковые данные на выходе микроконтроллера выдаются в последовательном режиме в виде 16-разрядного цифрового сигнала, начиная с младшего значащего разряда. Если тактовая частота равна 12,8 МГц, то скорость выборки составляет 50 кГц для правого и левого каналов, причем передача данных в НТ36хх для работы с ЦАП осуществляется по интерфейсу IIS. Типовая схема включения приведена на рис. 3.

Рис.3
Рис.3
Рис.4
Рис.4

На базе микроконтроллеров серии НТ36хх разработаны микроконтроллеры серии НТ38хх: полифонические музыкальные проигрыватели НТ38А1, НТ38А3 и музыкальный генератор на 12 мелодий НТ38А2.

НТ38А1 представляет собой 16-канальный музыкальный проигрыватель на восемь инструментов и восемь типов ударных. Для связи с внешними устройствами используется 3-проводной интерфейс. Стандартные файлы General MIDI (GM) версии 1,0 преобразуются в исполняемый файл программой преобразования (разработка Holtek). Вставка в MIDI-файл специальных команд позволяет управлять четырьмя светодиодами (типовая схема включения — на рис. 4).

В состав НТ38А1, работающего с тактовой частотой 8 МГц, входит один 16-разрядный ЦАП с потенциальным выходом (по напряжению) и 6-канальный табличный генератор мелодий.

НТ38А3 содержит 18 инструментов и 12 ударных, работает с тактовой частотой 11,059 МГц, имеет два ЦАП на 16 разрядов со стереовы-ходом по напряжению и 16-канальный генератор мелодий (естественно, табличный). Схема включения аналогична НТ38А1.

Файлы MIDI должны соответствовать спецификации 1,0 GM и сохраняться в формате

MIDI Format 0. Максимальное число треков равно 16, причем десятый трек — резерв для ударных. Временная база файла MIDI должна быть кратна 24, например, 24, 48, 72 и т. д.

С каждым музыкальным инструментом в спецификации GM сопоставляется число от 1 до 128. Кроме этого, имеется 61 ударный инструмент (нумерация от 25 до 85) и 16 треков (нумерация от 1 до 16). Любой ноте в MIDI-файле соответствует число от 0 до 127, причем нота «до» средней октавы равна 60. Диапазон, поддерживаемый программой, можно менять, действительное значение имеется в руководстве пользователя. Максимальное число доступных звуковых каналов — 8.

Величину уровня сигнала (громкость) можно изменять в диапазоне от 0 до 127 изменением параметра громкости (Volume) или быстродействия (Velocity). Диапазон изменения быстродействия — 40x280, при этом он может меняться незамедлительно, если в состав одного файла входит несколько видов темпа.

Программа преобразования con_midi midfile переведет формат MIDI-файла в файл формата BIN, который после этого будет использоваться проигрывателями НТ38А1/3. Те инструменты или ударные, которые не распознаны, будут заменены первым инструментом или ударным из банка звуков.

Музыкальный генератор НТ38А2 — СБИС, выполненная по КМОП-технологии (блоксхема на рис. 5) и предназначенная для использования в телефонах (полифонический звонок), игрушках, дверных звонках и т. п.

Рис.5
Рис.5

Встроенный контроллер и табличный синтезатор мелодий (табл. 3), напряжение питания от 2,4 до 5,0 В, детектор пониженного напряжения, сигнал отбоя, полифония на 8 нот и 16-разрядный ЦАП делают эту ИС достаточно универсальной. Многофункциональность НТ38А2 расширяется и за счет дополнительного режима управления с помощью кнопок (табл. 4). Подключение в режиме управления от кнопок показано на рис. 6.

Таблица 3
Таблица 3

При выборе конкретного типа ИС необходимо учитывать, что серия НТ36хх — масочная, то есть по определению хороша для крупносерийного производства. Минимальное количество микросхем в партии поставки составляет:

HT36A4 — 15 500 шт.

HT36A3 — 15 000 шт.

HT36A2— 11 500 шт.

HT36A1— 11 500 шт.

HT36A0 — 8 500 шт.

HT36B2 — 7 500 шт.

Для экспериментальных работ и при мелкосерийном производстве рационально использовать ИС серии НТ38хх.

Номенклатура выпускаемых Holtek ИС для различных музыкальных приложений не ограничивается сериями НТ36хх и НТ38хх. Для клавишных инструментов выпускается серия Piano (табл. 5).

Таблица 5
Таблица 5
Рис.6
Рис.6
Таблица 4
Таблица 4

Завершая краткий обзор ИС фирмы Holtek для музыкальных приложений, необходимо хотя бы упомянуть о микросхемах для обработки голоса (как известно, собственный голос — самая приятная мелодия).

8-разрядные микроконтроллеры серии НТ86ххх (табл. 6) со встроенным синтезатором голоса и генератором тональной частоты предназначены для применения в системах безопасности, генераторах звуковых эффектов, обучающих системах. Минимум внешних элементов не создает проблем при разработке (рис. 7).

Таблица 6
Таблица 6

Модулятор голоса НТ8950 (блок-схема на рис. 8) сдвигает частоту входного голосового сигнала, создавая на выходе эффекты вибрато (Vibrato) или робота (Robot).

Эффект вибрато заключается в изменении частоты входного сигнала вверх-вниз с частотой 8 Гц. Функция робота — преобразование входного голоса в голос робота: металл в голосе! Каждый из эффектов выбирается нажатием соответствующей кнопки, по умолчанию (при включении питания) устанавливается эффект робота. Встроенный микрофонный усилитель, 8-разрядные АЦП и ЦАП позволяют получить на выходе высококачественный сигнал с хорошим соотношением «сигнал — шум», а драйвер светодиодного индикатора управляет вспышками светодиода в зависимости от громкости голоса на входе (один из вариантов включения — на рис. 9). Диапазон применения — от игрушек до аудиосистем и телефонов.

Рис.7
Рис.7
Рис.8
Рис.8
Рис. 9
Рис. 9
Рис. 10
Рис. 10

Для различных аудиосистем, включая караоке, телевизоры, видео и звуковое оборудование предназначен процессор для создания эффектов эха и объемного звучания НТ8970. В состав ИС входят предварительный усилитель, статическое ОЗУ на 20 кбайт, АЦП и ЦАП (блок-схема на рис. 10, варианты реализации режимов — на рис. 11, 12).

Рис. 11
Рис. 11
Рис. 12
Рис. 12

Описание принципов работы и вариантов применения ИС голосовых серий НТ81хх и НТ86хх будет рассмотрено в следующей статье.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Сообщить об ошибке