BS66FV340/350/360 在觸控 + 語音產品的應用與開發

AN0398T V1.10 1 / 22 June 5, 2016

BS66FV340/350/360 在觸控 + 語音產品的

應用與開發

文件編碼：AN0398T

概述

Holtek 繼 BS66F340/350/360 之後，再度推出 Enhanced Touch Voice Flash MCU 系列

BS66FV340/350/360，內建最新版本的 Enhanced Touch Key Engine，具有硬體加速電路，可增

強 Touch Key 演算法的執行效率，內建 16-bit DAC 與 Audio Power Amplifier，滿足消費者對

於高品質聲音的需求，提供客戶觸控+語音的產品需求；此外，內建數位音量功能控制喇叭

輸出，可取代外部可變電阻控制音量，綜合以上，BS66FV340/350/360 可以在同一顆 MCU

執行主控與觸控和語音撥放的功能，為一高整合度的 SoC 系列。經由 SPI 介面外接外部 SPI

Flash ROM 讀取語音的資料，使得更換語音內容變的非常容易，可以解決過去以來的多國語

言與生產庫存的困擾。外掛標準的 SPI Flash ROM，客戶可根據不同的語音的應用，諸如音

質、語音長短、語音變化等等情況，彈性地選擇不同容量的 SPI Flash ROM。BS66FV3x0 系

列可以應用在含有觸控+語音功能的家電類、一般消費性電子、健康醫療等產品。

BS66FV340/350/360 的特點在於集'觸控'和'語音'功能於一身而且可操作於工規 (-40℃ ~ 85

℃)，工作電壓 2.2V~5.5V、4K/8K/16K Words 程式記憶體、SRAM 為 512/768/1024 Bytes、觸

摸按鍵與 I/O 功能複用、支援 I2C/SPI/UART 傳輸界面，並內建高精準度 RC 振盪器，LVR 有

4 種電壓可做選擇，LVD 有 8 種電壓可做選擇，分別支援最多 20/24/28 個觸控按鍵，除了保

有原有 Holtek 觸控家族的優點之外，觸控偵測的更新率更高，並且抗干擾的能力更好。而

內建的 LED 驅動更俱備 4 段電流輸出控制，可直推 LED 不須外掛限流電阻或三極管，大幅

簡化產品應用零件及降低成本。軟體方式之 LCD 驅動電路，可用於液晶顯示的產品，增加

BS66FV340/350/360 的應用領域。

BS66FV340/350/360 內建 8 個通道的 12-bit ADC，可應用於溫度/溼度或其他訊號量測，內建

EEPROM 方便直接儲存應用參數與設定，具有極低功耗的 RTC 時鐘功能，IAP 可實現在線

升級軟體並可儲存大量資料/參數與設定。

本產品具有 Holtek 8-bit MCU 的高抗雜訊特性，看門狗(Watchdog)及 LVR 的功能用以加強

MCU 防當機能力，在產品開發階段提供了 e-Link 搭配專用的 OCDS (On Chip Debug Support)

架構 MCU 及最新的 Touch Key 開發平台(Touch MCU Workshop)並結合語音函式庫，使用簡

單可快速的開發觸控+語音新產品。此外，可以經由語音開發平台(Voice MCU Workshop)的"

專案模式"(Professional Mode)載入客製化音源檔，用於將語音資料燒錄於外部 SPI Flash ROM。

BS66FV340/350/360 提供 48-pin LQFP(7mmx7mm)以及 44-pin LQFP(10mmx10mm)封裝型式，滿

足客戶不同產品應用的需求。

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BS66FV340/350/360 重點規格比較表

Note：SPIA 為硬體 SPI 串列界面，專門用來存取外部 SPI Flash ROM 播放語音資料且可由

VDDIO Pin 實現 Level Shift 功能

IC 方塊圖

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應用方塊圖

Traditional Solution

BS66FV3x0 SoC Solution

Master MCU

SPIFlashROM

PowerAmplifier+

Touch Peripheral

MCU

Voice MCU

BS66FV3x0(SoC)

觸控專案開發

觸控開發平台(Touch MCU Workshop)

為了讓客戶很快的開發出觸控產品，Holtek 提供觸控開發平台，協助客戶快速上手使用

BS66FV3x0 系列的觸控功能，主要的特點如下：

• 客戶不用自行開發觸控底層程式代碼

• 平台學習曲線低，初階使用者可快速上手

• 只要把功能拖曳加入即可達成 Touch Key 功能

• 用戶可從平台產出的程式框架為基礎進行程式增修

• 可以很容易增加 Touch Key 以外 MCU 的控制功能，加快專案開發

• 開放用戶自行添加 MCU 功能的 Library

• 利用平台作為專案管理的輔助工具

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Touch MCU Workshop 軟體界面說明如下

• 設定 MCU 腳位為觸控按鍵 Pin

• 觸控 Library 之參數設定

• 有程式編譯功能與燒錄功能，點擊 Build 完成編譯後即把程式下載到 MCU 裡。

• 程式產生器

− 進階使用者可用平台產出的框架(framework)程式碼為基礎，使用 HT-IDE3000 繼續開發

專案。

• Tuning 軟體

− 觸控按鍵靈敏度調整功能

− 內建示波器方便使用者觀察調校某按鍵時是否會影響別的按鍵

觸控開發平台的開發流程如下:

觸控開發平台軟體可在 Holtek 官網下載，並有 Youtube 教學影片實際操作演練，讓使用者

很快的學會如何操作觸控開發平台軟體完成專案。

開發平台(Development Platform)

Model Function

Holtek Touch MCU Workshop Touch MCU 的開發平台

PC 端軟體(Software)

Model Function Note

Holtek Touch MCU Workshop Touch MCU 的開發平台 Supports : Windows XP 或以上

工具操作介紹影片(Tools Introduction Video)

Model Link

Holtek Touch Key Workshop https://www.youtube.com/watch?v=1iKVCqYjYtA

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觸控軟體包

Holtek 觸控軟體包，不再單指只有觸控功能的軟體包，而是將週邊的應用功能都模塊化，例

如：LED 驅動、滑條、滾輪、通訊、語音等功能！

這些功能可藉由原廠；代理商或協力廠商的工程人員，共同來開發並封裝成軟體包的形式，

再提供給有需要的開發者使用，不需重複開發性質相同的軟體功能，以加速產品開發，同

時降低觸控應用的門檻。

軟體包結構與規則：

為達到功能模塊化，形成不同功能的軟體包，就必需建立 "規則" 包含檔案的組成結構及命

名方式，才建立標準的軟體包開發行為！

軟體包的組成結構至少要有 4 個檔案（可增加其它說明文件或原理圖），且主檔名皆相同，

只有副檔名不同，用以區分不用的用途，

這 4 個基本檔案分別為：

1. xxxx.ASM 匯編程式檔，若使用 C code，則用.C 取代.ASM 即可，若有保密需求，則用.OBJ

檔代替(觸控軟體包就.OBJ 型式)。

2. xxxx.CEX：此軟體包提供給其它軟體包參考的參考檔（C 語言型式）。

3. xxxx.AEX：此軟體包提供給其它軟體包參考的參考檔（匯編型式）。

4. xxxx.INC：此程式檔需要參考其它軟體包的參數/名稱/功能時，需將該軟體包的外部參考

檔（.AEX 或.CEX 檔）加到.INC 檔內。

使用軟體包的好處：

• 協助客戶快速上手；省去相同應用功能的重複開發行為。

• 縮知產品的開發過程。

• 方便程式的管理。

• 客戶可依需求自行產出相關 Library。

• 每個模塊都是獨立功能，可多人同時進行不同模塊開發。

• 匯編、C Code 皆相容。可配合平台使用。

配合觸控開發平台使用

• 各項參數(如：靈敏度； I/O 配置) ，可在平台上直接調整。

• 可疊加不同的功能模塊使用。

• 功能不符時，可自行增修應用功能，再加回平台內。

• 檔案(程式檔)管理，更有效率。

• 達到資源共享目的。

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觸摸按鍵 Layout 注意事項

請參考 http://www.holtek.com.tw/chinese/tech/appnote/uc/pdf/ha0353t.pdf

16-bit DAC 與 Power Amplifier BS66FV3x0 內建 Class AB，1.5W(@5V, 10% THD+N) 高輸出功率的音頻功率放大器，其相關

的腳為分別如下所示。

SP+ Power amplifier 輸出正端 SP- Power amplifier 輸出負端 AUD_IN Power amplifier 輸入 BIAS Power amplifier 內部參考電壓 AUD 16-bit DAC 輸出 AVDD_PA Power amplifier 正電源 AVSS_PA Power amplifier 負電源

經由 MCU 的暫存器，可以很簡單的控制 16-bit DAC 與 Power Amplifier，說明如下：

DAEN(PLAC.0)：控制 16-bit DAC，設定此位元為 "1" 時，Power on 16-bit DAC。

PAEN(PLAC.1)：控制 Power Amplifier，設定此位元為 "1" 時，Power on Power Amplifier。

16-bit DAC 的輸出腳位是 AUD，資料暫存器為 PLADL(Low Byte) / PLADH(High Byte)，軟體

利用 Timer Module 設定 Timer Mode 固定時間產生中斷 (Ex: 8kHz 取樣頻率的語音為 125us

產生一次中斷)，中斷時間到，軟體從 SPI Flash 讀取語音資料寫到 16-bit DAC，再經內建 Power

Amplifier 放大輸出推動喇叭發出聲音！

以下為 fSYS =16MHz，以 CTM0 之 Timer Mode 產生 8kHz 頻率中斷的範例：

;CTM0 Setting(Timer Mode), Timer Counter Clock=fSYS/4=4MHz SET T0M1 SET T0M0 ;Timer Mode SET T0CCLR ;Compare A match SET CTMA0E ;CTM0 Comparator A match interrupt control CLR TM0DL CLR TM0DH ;------8kHz--------------------- MOV A,LOW(4000/8) MOV TM0AL,A MOV A,HIGH(4000/8) MOV TM0AH,A SET T0ON ;CTM0 Enable SET MF0E ;MF0(CTM0) Enable

為避免DAC與Audio Power Amplifier ON/OFF時造成的 Pop Noise，需有Ramp up與Ramp down

的流程。

DAC 之 16-bit 資料(PLADL/PLADH)的初始狀態須設定 0000H 且 MUTEB=0。

Ramp up(開始撥放語音的流程)：

先設定 PAEN=1 與 DAEN=1，PLADL/PLADH 從 0000H 逐步增加到 8000H，MUTEB=1，然後

開始撥放語音。

Ramp down(結束撥放語音的流程)：

將目前的 16-bit DAC 內容 PLADL/PLADH 逐步調整到 8000H，MUTEB=0，DAC 內容 PLADL/PLADH

從 8000H 逐步減少到 0000H，然後關閉 Power Amplifier 與DAC (PAEN=0，DAEN=0)。

一般而言，Ramp up/down 大約需 200 ms 以上才不會有 Pop Noise 產生。

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語音資料

由外掛 SPI Flash ROM 儲存語音資料，MCU 經由內建的 SPI 介面讀取儲存在 SPI Flash 中的

語音資料(如下)。

由於 SPI Flash ROM 的最高工作電壓為 3.6V，因此在系統電源為 5V 的應用情況，需外加 LDO

降壓至 3V，並將此電壓接到 IC 的 VDDIO 腳位，而且 PBS0 暫存器位元 5 與 4 (PBS05,PBS04)

要設定為(1,0)，也就是 VDDIO 的功能，此時 SPIA 的介面電源由外部 VDDIO 腳位提供，所

以 SPI 介面電壓準位為 3V。

注意事項說明：

BS66FV3x0 語音產品在進行 EFT 測試時，與 SPI Flash Memory 連接的 SCK(SPI clock)比較容

易受到 EFT 干擾，因此在 PCB Layout 時，注意 SCK 連線要與 MCU 靠近，且走線越短越好！

所需 SPI Flash ROM 容量舉例說明：

假設取樣頻率為 16kHz，語音格式為 16-bit PCM(無壓縮)，如果要儲存時間總長度為 2 分鐘

的語音，需要 16k x 16-bit x 2 分 x 60 秒= 30720 kbits = 30 Mbits

因此 SPI Flash ROM 的容量需選用 32Mbits (Ex：MX25R3235F)。

以下為 SPIA 的 SPI_Init 與RW_SPI 的副程式範例；MCU 為Master Mode，SPI Flash 為 Salve Mode：

;*************************************************************** ;Function Name: SPI_Init ;Objective: Hardware SPIA Intialization ;*************************************************************** SPI_Init: ;SPIA Setting CLR SASPI0 CLR SASPI1 CLR SASPI2 ;SASPI2~ SASPI0=(000): SPI master mode; SPI clock is fSYS/4 SET SAMLS ;MSB First

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SET SACKEG SET SACKPOLB SET SPIAEN ;Enable SPI Interface SET SACSEN ;Enable SPI CS ;------------------------------------------------------- RET RW_SPI: MOV A,WriteSPIBuf MOV SPIAD,A SZ SAWCOL JMP RW_SPI CHECKTRF: CLR WDT SNZ SATRF JMP CHECKTRF CLR SATRF MOV A, SPIAD MOV READSPIBUF,A RET Main_Start: : : ;----------------------------------------------------------- ;SPIA I/O Setting SET PCS10 CLR PCS11 ;PC4/SDOA SET PCS12 CLR PCS13 ;PC5/SCKA SET PCS14 CLR PCS15 ;PC6/SDIA SET PCS16 CLR PCS17 ;PC7/SCSAB SET PCPU7 ;PC7/SCSB PULL-HIGH ENABLE MOV A, 00001100B ORM A,SLEDC1 ;SPIA Source Current MAX, (PCPS3,PCPS2)=(1,1) ;----------------------------------------------------------- : : CALL SPI_Init MOV WRITESPIBUF, A SET SACSEN CALL RW_SPI CLR SACSEN : :

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音量控制

BS66FV3x0 的音量控制有兩種方式：

1. 利用外掛可變電阻(類比式)。

2. 數位音量控制。

利用外掛可變電阻(類比式, VR Volume Control)：

在 DAC 輸出(AUD)與 Power Amplifier 輸入(AUD_IN)之間外掛一可變電阻做音量控制。

數位音量控制(Digital Volume Control)：

外部不需要可變電阻 VR，應用電路如下，經由暫存器 USVC 其中之 bit 0~6 可數位調整音

量，調整範圍從 +6dB ~ -32dB，每一階為 0.5dB(大音量)或 1dB(小音量)；USVC 位元 7 是靜

音控制位元 MUTEB，設 "0" 為靜音狀態。

應用電路如下：

• 5V 應用方塊圖

BIAS

AUD

AUD_IN

SP+SP-

I/O

SCOMxSSEGx

VSS AVSS_PA

PC4/SDOAPC5/SCKAPC6/SDIAPC7/SCSAB

SPI FlashROM

4

PB2/VDDIO

V33

F/W enable VDDIO function by PBS0 register

Speaker8Ω

XT2

XT1

OSC1

OSC2

RX

RS488 Transceiver

TX

I/O RS_DIR

System Crystal

32768HzRTC

TM PWM / Capture

1nF

1kΩ

Note:VR (Variable Resistor)for Volume Control

10kΩ

1mF

1μF

1nF

2.7kΩ Note:Digital Volume ControlWithout VR

VSS: Digital GroundAVSS_PA: Power Amplifier Ground

47μF

LDO

VCC(5V)HT7133-1

10μF

V33

VDD

1Ω 10μFKey1

Keyx

A/DAnalog signal

SPI Flash ROM maximumoperating voltage is 3.6V

VDD AVDD_PA

0.1μF 22μF

VCC(5V)

VDD: Digital PowerAVDD_PA: Power Amplifier Power

VDD

10μF

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• 3V 應用電路圖

BIAS

AUD

AUD_IN

SP+SP-

I/O

SCOMxSSEGx

VSS AVSS_PA

PC4/SDOAPC5/SCKAPC6/SDIAPC7/SCSAB

SPI FLASHROM

4

PB2/VDDIO

Speaker8Ω

XT2

XT1

OSC1

OSC2

RX

RS488 Transceiver

TX

I/O RS_DIR

System Crystal

32768HzRTC

TM PWM / Capture

1nF

1kΩ

Note:VR (Variable Resistor)for Volume Control

10kΩ

1mF

1μF

1nF

2.7kΩ Note:Digital Volume ControlWithout VR

VSS: Digital GroundAVSS_PA: Power Amplifier Ground

Key1

Keyx

A/DAnalog signal

SPI Flash ROM maximumoperating voltage is 3.6V

VDD AVDD_PA

0.1μF 22μF

VCC(3.3V)

VDD: Digital PowerAVDD_PA: Power Amplifier Power

VDD

47μF

VCC(3.3V) VDD

1Ω 10μF

VDD

F/W disable VDDIOfunction by PBS0 register

10μF

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實際應用電路(以 BS66FV340 Demo Board 為例)說明如下：

AVDD_PA 直接單點接到電源正端，AVSS_PA 直接單點接到電源負端；因 AVDD_PA 在 Power

Amplifier 工作時會輸出較大電流，可能導致 AVDD_PA 電壓會有較大變動，因此需外接

R7/C9/C10 電路作濾波，以防止 MCU 的電源 VDD 受到干擾。

PCB Layout 注意事項：

• 零件擺設時優先考慮電源濾波電容，其擺設盡可能靠近 MCU，SPI Flash ROM 之相關位置

擺設方式也盡可能靠近 MCU 為原則，特別是 SPI Clock 拉線儘可能越短越好。

• 避免 Audio Power Amplifier 操作時瞬間大電流所產生的雜訊干擾，需區分為數位電源(VDD)

及類比電源(AVDD_PA)，共兩組獨立電源。

• Audio Power Amplifier 電源端腳位 AVDD_PA 需直接從電源正端拉線，且走線線寬不小於

12 mil。

• 避免 Audio Power Amplifier 操作時瞬間大電流所產生的雜訊干擾，需區分為數位接地(VSS)

及類比接地(AVSS_PA)，共兩組接地。

• Audio Power Amplifier 接地端腳位 AVSS_PA 需直接從電源負端接地點拉線，且走線線寬

不小於 12 mil。

• VSS、AVSS_PA 兩組獨立接地須以鋪銅方式完成。

• 零件擺設時須預留電源及接地之走線寬度。

• Power Amplifier 輸出 SP+/SP-走線要粗且儘可能不要有灌孔。

• 由於直角容易累積電荷，有尖端放電的效應，容易影響 PCB 之穩定度，因此儘量以 45

度之斜角或弧角之方式進行走線。

語音開發平台專案模式載入客製化音源檔

語音功能，利用 Holtek 開發的語音開發平台(Voice MCU Workshop)，在專案模式下(如下圖所

示)，可以載入客製化音源檔燒錄於外部 SPI Flash Memory 並提供語音程式庫(Library)。

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撥放的語音檔，可以經由語音開發平台之專案模式，載入客製化的 wav PCM 格式的語音檔。

語音開發平台軟體可在 Holtek 官網下載，並有 Youtube 教學影片實際操作演練，讓使用者很

快的學會如何操作語音開發平台軟體完成專案。

開發平台(Development Platform)

Model Function Note

Holtek Voice MCU Workshop Development Platform for Voice MCU Can be used with ESK-66FV-100+ e-Link

PC 端軟體(Software)

Model Function Support Hardware Note

Holtek Voice MCU Workshop Voice development platform ESK-66FV-100 + e-Link Supports :

Windows XP or above

工具操作介紹影片(Tools Introduction Video)

Model Link

Holtek Voice MCU Workshop https://www.youtube.com/watch?v=fFlP32HpEfM&feature=youtu.be

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觸控+語音專案開發

觸控+語音開發流程

使用語音平台專案模式產生語音資料

Flash Memory燒錄語音資料

使用觸控開發平台建立專案

加入語音軟體包

USER_PROGRAM加入語音撥放功能

完成

語音軟體包參數設定

語音開發平台

觸控開發平台

IDE3000

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產生語音資料

選擇 MCU、設定 HIRC。

加入音源，模式選擇 HT-PCM16。

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AN0398T V1.10 15 / 22 June 5, 2016

加入所有音源。

產生語音資料。

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AN0398T V1.10 16 / 22 June 5, 2016

Flash Memory 燒錄語音資料

使用觸控開發平台建立專案

輸入專案名稱、選擇 MCU。

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AN0398T V1.10 17 / 22 June 5, 2016

點選配置選項。

設定 HIRC。

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AN0398T V1.10 18 / 22 June 5, 2016

加入語音軟體包

鼠標移至工具箱元件選擇 BS66FV3x0_PCM16_V100，將軟體包拖曳到 IC

鼠標移至工具箱元件選擇 BS66FV_VOICE_V100，將軟體包拖曳到 IC。

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AN0398T V1.10 19 / 22 June 5, 2016

語音軟體包參數設定

設定 PB2 屬性為 IO 或 VDD_IO。

設定 RAMP_Time。

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AN0398T V1.10 20 / 22 June 5, 2016

完成觸控+語音專案

建置專案。

在 USER_PROGRM 加入語音撥放功能

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Application Circuit (BS66FV340 Touch+Voice Demo Board)

BS66FV340 Demo Board

Power Circuit

SPI Flash ROM

Speaker Output

BS66FV340

LDO

Touch Key

SPI Flash

BS66FV340

Display

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Touch + Voice Library 使用之 MCU 資源 (PCM16)

MCU ROM 使用狀況 RAM 使用狀況

BS66FV340 2196/4096(53%) 324/512(63%)

BS66FV350 2236/8192 (27%) 372/768(48%)

BS66FV360 2343/14632(14%) 424/1024(41%)

使用到的中斷位址。

中斷名稱 位置

Multi-Function 0 04H

Touch key 10H

Multi-Function 2 20H

Time Base 0 24H