监视系统 的设计者和厂商一直希望 微控制器 能够为日常监视应用提供不断增加的通用功能，包括满足用电计量、汽车监控、数据搜集和传感器调节等方面的要求。 MAXQ3120 就是为了满足这些要求而开发的低功耗、高速微控制器。它的主要技术规范如下。
监视系统的设计者和厂商一直希望微控制器能够为日常监视应用提供不断增加的通用功能，包括满足用电计量、汽车监控、数据搜集和传感器调节等方面的要求。maxq3120 就是为了满足这些要求而开发的低功耗、高速微控制器。它的主要技术规范如下。
•16 位、每秒8 百万条指令(8mips)、单周期risk 核 •32kb 闪存(flash 存储器) • 512b ram •具有独立波特率产生器的2 个UART •3 个定时器，其中1 个支持PWM D/A • 红外通信功能 •可驱动112 段LCD 的控制器 • 依靠电池备份、具有日历和亚秒闹钟功能的实时时钟 •16 x 16 位单周期乘法器和40 位累加器 •2 个16 位精密 模数转换器(adc)
下面介绍利用maxq3120 微控制器的以上特性和模拟i/o 及DSP 功能可以完成一些什么样的任务。
语音记录子系统
概念: 给一组工程师一片adc，他们就会发现如何用它来记录语音。但是，除了简单的记录声音，maxq3120 还能够做很多事情。以maxq3120 为核心，配合用户接口元件和廉价的nand 闪存，就可构建一个功能完善的语音记录子系统。
细节: 可以利用maxq3120 的一个adc 和pwm 定时器实现音频i/o。adc 的额定输入电压为+1v 到-1v，其内置的前置放大器的可编程增益可达16。通常，具有内置阻抗匹配的电容式拾音头可以直接连接到adc 的输入端。如果需要低噪声或高增益，可以采用maxim 公司的前置放大器max4467 ，该放大器能为拾音头提供所需的偏置，且为电池供电的应用提供功耗极低的关断模式。在输出端，用一个单级放大器驱动扬声器，该放大器同时还具有一定的抗混叠和pwm 平滑功能。
音频信号被转换成数字信号后，必须进行压缩和存储，以备重放。8mips 的处理能力使maxq3120 拥有足够的“马力”来应付许多常用的标准语音编码任务。此领域的“金科玉律”是itu g.711 编码，其工作速率为64kbps ，每秒发送和接收8000 个8 位采样。itu g.711 编码有两种不同的传递函数，用来将12 位采样值转换为8 位编码字。这两种函数就是通常所谓的a 律(主要用在欧洲)和&mICro;律(主要用在美国)。
如果期望更高的压缩率，可以牺牲一些话音质量，采用itu g.726 编码。g.726 编码采用自适应差分脉冲编码调制(adPCM)方案对语音信号进行更高效率的编码。这种编码支持多种位率，最低为16kbps 。对大多数应用来说，该编码要求的处理速度不大于3mips。itu g.711 和itu g.726 编码都只需要很少的ram。在录音阶段，定时器每125µs (8mHz 时钟频率下每1000 个处理器周期)产生一次中断请求，微处理器响应中断后，计算在上一个定时器周期内得到的采样值的平均值(二或三个采样，adc 每48µs 采样一次)，以便获得需要的8khz 采样率。之后，所采集的16 位采样就可采用选定的编码方案进行编码。在回放时，采样数据被线性化后送到pwm 控制器，驱动扬声器。
压缩后的音频数据就可用于存储，但maxq3120 微控制器除了程序闪存外没有其他的存储器，因此需用外部存储器来存储语音数据。对于此应用性价比最高的外部存储器是nand 闪存，其容量可达8 吉位。对于16kbps 编码，这种器件可提供超过6 天的语音存储。但是，nand 闪存并不完善。首先，大多数nand 闪存器件都带有一个“瑕疵图”，告诉应用软件在存储器阵列中的何处有“坏点”存在。其次，就像其他的可擦除存储器一样，在长期使用后，nand 闪存的有些单元会丧失存储能力。幸运的是，nand 闪存的这些缺陷对语音应用的影响不大，不像对固态磁盘等应用的影响那么大。在语音应用中，nand 闪存的这些缺陷可以被忽略，它们最多使语音中存在瞬间干扰。
对于容量如此巨大的语音存储，必须进行有效的存储管理。这项工作由系统的用户接口部分完成，用户接口部分的核心是lcd 控制器。它能够驱动4 个公共面上的28 段显示，maxq3120 的lcd 控制器兼容于大量现有的3v lcd 玻璃。可以非常低的成本获得定制的lcd 模块。
用户可以通过连接到maxq3120 通用i/o 端口的按钮来控制语音记录系统。maxq3120 有4 个8 位通用i/o 端口与器件的其他功能共用。
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还需要做什么? MAXQ3120 是用于高级语音记录系统的理想 微控制器 。在利用它设计语音记录系统时，设计者仅需要完成下列工作：
•设计用户接口: 选择一款LCD ，确定如何显示信息、设置按钮功能、如何记录和组织语音数据。 •选择声码器: 可以选用以上提到的两个itu 编码器之一，也可以选用其他的专用编码器，在存储器容量足够大时还可以直接存储语音信号的原始采样值。许多标准编码器的c 语言源代码是可以买到的，因此只需要简单地开发接口程序。 •选择存储介质: nand 闪存是理想的选择，但也可以根据实际情况选择其他的存储器，例如，廉价的通用可移动存储器(sd、smartmedia™ 或mmc 存储卡)。有些厂商还可提供存储卡接口的c 语言源代码和开发工具。 •电池管理: 如果语音记录系统用电池供电，就需要某种形式的电源管理。maxim 有多种高效的低功耗电池管理方案。结合这些 方案和maxq3120 的低功耗停止和睡眠模式，将使语音记录器具有满意的电池寿命。
多普勒雷达
概念: 很多年以前执法部门就在使用多普勒测速雷达。如果这种雷达系统的造价能够大大降低，那它的用途就不仅仅限于对付那些道路上的超速者。比如，它可在前方车辆停车时提醒驾驶员。maxq3120 能在多普勒雷达系统中发挥哪些作用呢?
细节: 多普勒雷达的工作原理比较简单。雷达装置发射一个连续的、已知频率的微波束(在美国微波频率已上升到ku 波段，约24.150gHz) ，微波束遇到移动目标后被反射回来。由于反射波的频率稍微高于或低于发射波的频率，所以把反射波和发射波混频后可以得到频率由下式确定的“拍音”：
f = [v * (f0 / c)] * cosθ
其中，ν是待测目标的速度，f0 是额定发射频率，θ是目标运动方向与雷达系统之间的夹角(如图1a 所示)，c 是光速。注意，如果目标直接对着雷达系统而来，则θ= 0，cosθ= 1 ，目标的运动速度变为：
v = [f / (f0 / c)]
例如，如果ku 波段多普勒雷达产生1khz 的“拍音”，则测量的目标直面而来(或而退)的速度为12.4m/s (即每小时28 英里或45 公里)。可用maxq3120 处理这种音频信号，框图如图1b 所示。
图1a. 接收信号的多普勒频移取决于目标的运动速度和目标运动方向与雷达系统之间的夹角。
图1b. 在多普勒雷达系统中，maxq3120 控制雷达头，并从雷达模块输出的中频(if)信号中提取“拍音”信号。
利用两个adc 通道中的一个，maxq3120 能够采样雷达模块输出的差分信号，提取出其中的最强频率分量，并把它换算成每小时公里或英里数。此外，利用maxq3120 的乘-加单元还可进行一些复杂的滤波运算，从复杂的信号中提取出最强的频率分量，并且可能从微弱信号中提取出有用信息(比如，多普勒雷达系统运载车辆本身的运动速度)。
很多情况下，用户接口的设计非常琐碎——常常是一些逻辑处理或者通过开关触发音频告警。有些应用中，微控制器还要周期性地记录速度、以及进行速度测量的时间和日期等。
还需要做什么?多数厂家生产的多普勒雷达模块输出音频if。对简单的测速雷达系统，剩下的工作非常简单。对于更复杂一些的测量分析系统，还需要开发一些有关信号处理的算法。幸运的是，有许多可用于辅助开发滤波算法和识别算法的优秀工具。
有些雷达系统需要指示目标的运动方向，即目标是远离还是靠近雷达?传统的多普勒雷达不能完成这项工作;它们对速度一样而方向相反的运动产生相同的频移量。现在，有些厂家生产的雷达模块包含两路正交输出，解调这两路输出，根据它们的相位差雷达系统便可以确定目标的运动方向。maxq3120 微控制器有两个adc，用它可以很容易地实现这种功能。
电话管理器
概念: 有时人们希望追踪电话的使用情况(谁与谁通了话，什么时候通的话，通话时间是多少)，但又不愿购买昂贵、复杂的通话计费系统。这种情况的例子很多。比如，父母想追踪孩子的电话使用情况。职业人员想要一个自动记录他们何时给谁打了电话，以及谁何时给他们打了电话的日志工具。当各个房间的电话公用一条电话线时，那些以住宿加(次日)早餐方式出租房间的房东，就希望有可以追踪电话使用情况的系统。这种系统可以使他们比较容易地向客人收取电话费。可以利用maxq3120 微控制器组成监视电话线上所有通话的装置(见图2)。
本文关键字：控制器 DSP/FPGA技术，单片机-工控设备 - DSP/FPGA技术
