車載MP3的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

   摘要：基于微控制器系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)與調(diào)試，以及系統(tǒng)集成調(diào)試成功的基礎(chǔ)上，完成了車栽MP3的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。利用技術(shù)成熟的單片機(jī)技術(shù)，以微處理器P89LPC935做主要控制器件，并通過擴(kuò)展外圍電路完成對整個(gè)系統(tǒng)的控制。車載MP3的系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有播放USB海量存儲(chǔ)設(shè)備上的MP3音頻文件及FM立體聲收音功能。
關(guān)鍵詞：MP3；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；P89LPC935；FM；USB

O 引言
    在當(dāng)今的數(shù)字化時(shí)代背景下，多媒體技術(shù)是當(dāng)今信息技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展最快、最活躍的技術(shù)，是新一代電子技術(shù)發(fā)展和競爭的焦點(diǎn)。而專門的數(shù)字視聽產(chǎn)品，也大量進(jìn)入了汽車內(nèi)，如CD，VCD，DVD等設(shè)備。本設(shè)計(jì)完成的車載MP3系統(tǒng)主要包括6大模塊：控制模塊，數(shù)字音頻處理模塊，模擬音頻處理模塊，收音機(jī)模塊，鍵盤控制模塊，液晶顯示模塊。整個(gè)系統(tǒng)圍繞兩個(gè)CPU即微處理器P89LPC935和帶有解碼器的AT89C5l-SNDI進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，車載MP3的應(yīng)用設(shè)計(jì)系統(tǒng)完成了播放USB海量存儲(chǔ)設(shè)備上的MP3音頻文件及FM立體聲收音功能。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案
1．1 車載MP3系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案
    對于任何一個(gè)車載MP3系統(tǒng)來說，其設(shè)計(jì)的主要工作是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的選擇、進(jìn)行硬件和軟件的功能合理分配、操作面板的設(shè)計(jì)。

    在此，根據(jù)系統(tǒng)需要完成的功能，畫出了圖l所示的車載MP3系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案框圖。系統(tǒng)主要包括六大模塊：數(shù)字音頻處理模塊，模擬音頻處理模塊，控制模塊，收音機(jī)模塊，鍵盤模塊，液晶顯示控制模塊。整個(gè)系統(tǒng)圍繞兩個(gè)微處理器P89LPC935和帶有解碼器的AT89C51-SNDI進(jìn)行設(shè)計(jì)。
1．1．1 硬件系統(tǒng)構(gòu)成
    好的智能儀器儀表必須有好的硬件系統(tǒng)，才能夠現(xiàn)場完成數(shù)據(jù)的傳輸、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)。車載MP3的系統(tǒng)硬件部分的總體設(shè)計(jì)首先應(yīng)選擇好性價(jià)比高、系統(tǒng)級的CPU芯片，然后在其基礎(chǔ)上擴(kuò)展，選擇其他的元器件，設(shè)計(jì)出與其相配套的電路部分，經(jīng)調(diào)試后組成硬件系統(tǒng)。
    車載MP3的硬件設(shè)計(jì)采用的核心芯片是微處理器AT89C51SNDI和P89LPC935。
1．1．2軟件系統(tǒng)構(gòu)成
    設(shè)計(jì)一個(gè)關(guān)于車載MP3的系統(tǒng)，軟件設(shè)計(jì)是必不可少的。車載MP3系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)分為兩部分：
    AT89C51SND1：單片機(jī)則響應(yīng)各種來自系統(tǒng)的USB標(biāo)準(zhǔn)請求，完成各種數(shù)據(jù)的交換工作和事件處理；而客戶驅(qū)動(dòng)程序則讓主機(jī)可以識別USB設(shè)備，并通過應(yīng)用軟件來存取USB設(shè)備，完成通信功能。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2．1 硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成
    車載MP3的系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要使用的集成芯片有：帶有解碼器的微控制器(AT89C51 SND1)、微控制器(P89LPC935)、四聲道音質(zhì)處理器(PT23-13L)，USB接口芯片(SL811HS)、靜態(tài)RAM(CY62256)、收音機(jī)芯片(TEA5767H)、音頻功率放大器(TDA7384)、音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器(PCMl754)、液晶顯示控制芯片(UPDl6431A)。構(gòu)成的硬件框圖如圖2所示。

2．2 控制模塊的硬件設(shè)計(jì)
    整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)分為兩個(gè)狀態(tài)：關(guān)閉狀態(tài)，工作狀態(tài)。
    下載時(shí)(燒錄)，它的外設(shè)電路全部斷電，只有P89LPC935有電，且有計(jì)算機(jī)供電。它的5 V工作電源通過6個(gè)引腳的雙排插針與計(jì)算機(jī)相連而獲得。

2．3 收音機(jī)模塊的硬件設(shè)計(jì)
    調(diào)頻87．5 MHz～108 MHz的數(shù)字調(diào)諧收音機(jī)模塊，使用了便攜式、低功耗調(diào)頻立體聲收音機(jī)芯片TEA5767HN。工作電壓低，需要很少并且低價(jià)的外圍電路。由于集成了低噪聲RF輸入放大器，具有高靈敏度；自由調(diào)節(jié)的立體聲解碼器，調(diào)諧系統(tǒng)的鎖相環(huán)合成器。通過引腳BUSMODE有兩種總線可以選擇：I2C總線和3線總線。本系統(tǒng)選用了I2C總線，即把BUSMODE設(shè)置為O。圖4為TEA5767HN的硬件設(shè)計(jì)電路。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    設(shè)計(jì)一個(gè)USB系統(tǒng)，要想使其正常工作，就要進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)。車載MP3的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分為三部分：(1)USB外設(shè)端的單片機(jī)固件(Firm-ware)程序；(2)主機(jī)操作系統(tǒng)上的客戶驅(qū)動(dòng)程序；(3)主機(jī)應(yīng)用軟件。單片機(jī)固件響應(yīng)各種來自系統(tǒng)的USB標(biāo)準(zhǔn)請求，完成各種數(shù)據(jù)的交換工作和事件處理；客戶驅(qū)動(dòng)程序則讓主機(jī)可以識別USB設(shè)備，并通過應(yīng)用軟件來讀取USB設(shè)備，完成通信功能；主機(jī)應(yīng)用軟件通過客戶驅(qū)動(dòng)程序與系統(tǒng)USB(USB Device Interface)進(jìn)行通信，由系統(tǒng)產(chǎn)生USB數(shù)據(jù)的傳送動(dòng)作。包括檢測枚舉程序、中斷服務(wù)、人機(jī)接口、文件操作函數(shù)集、FAT文件系統(tǒng)函數(shù)集、USB協(xié)議層、硬件提取層、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序。
3．1 車載MP3的系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作流程描述

3．2 端點(diǎn)配置階段程序設(shè)計(jì)
    前面已經(jīng)提到固件的程序結(jié)構(gòu)框架可基于中斷或基于查詢方式，這里以查詢方式為例。對于一個(gè)USB Mass Storage設(shè)備而言，必須支持3個(gè)端點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理。
    (1)O號端點(diǎn)：控制端點(diǎn)用于控制傳輸，主機(jī)通過與端點(diǎn)O相對應(yīng)的管道來讀取設(shè)備描述符，完成對設(shè)備地址的設(shè)置，并完成配置。此端點(diǎn)為雙向數(shù)據(jù)傳輸端點(diǎn)。
    (2)兩個(gè)非O端點(diǎn)：批量傳輸端點(diǎn)。這種端點(diǎn)為單向數(shù)據(jù)傳輸端點(diǎn)，分別為Bulk-In端點(diǎn)和Bull-Out端點(diǎn)。
3．3 設(shè)備配置階段程序設(shè)計(jì)
    USB設(shè)備一旦插入到PC機(jī)的USB接口，USB檢測到設(shè)備插入以后，就會(huì)通過控制管道向默認(rèn)地址發(fā)送USB標(biāo)準(zhǔn)請求，進(jìn)入設(shè)備配置階段。
    配置階段就是主機(jī)向設(shè)備索取各種描述符的過程。每當(dāng)設(shè)備收到主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)后，便會(huì)觸發(fā)端點(diǎn)中斷寄存器中端點(diǎn)O所代表的位。此時(shí)，應(yīng)該讀取端點(diǎn)O的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，讀取指定長度(長度由UBYCTX寄存器表示)的數(shù)據(jù)。然后對照USB標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備請求的數(shù)據(jù)格式，對請求類型進(jìn)行識別，然后轉(zhuǎn)向相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)請求處理函數(shù)。
3．4 批量傳輸階段(BullOnly)程序設(shè)計(jì)
    按照USB協(xié)議中的規(guī)定，控制管道是消息管道，控制管道中的信息具有固定的格式。而其他管道則是流管道，流管道中的數(shù)據(jù)，USB協(xié)議中沒有規(guī)定其格式。
    Mass Storage協(xié)議通過Bulk傳輸方式來傳送命令與數(shù)據(jù)。在這種傳輸方式下，有3種類型的數(shù)據(jù)(CBW，CSW和普通數(shù)據(jù))在USB和設(shè)備之間傳送。CBW和CSW數(shù)據(jù)都有一定的格式，普通數(shù)據(jù)根據(jù)其前面的命令塊來決定其歸屬和意義。因此，批量傳輸階段程設(shè)計(jì)的任務(wù)就是識別來自BulkOut端點(diǎn)的CBW數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，然后通過BulkIn端點(diǎn)向主機(jī)回傳相應(yīng)的CSW或數(shù)據(jù)。
3．5 播放任務(wù)
    USB播放模式下，按壓重復(fù)鍵打開重復(fù)播放功能，此時(shí)可連續(xù)重復(fù)播放當(dāng)前曲目，點(diǎn)按快退鍵或快進(jìn)鍵可選擇你希望重復(fù)播放的曲目，再次點(diǎn)按此鍵時(shí)取消重復(fù)播放功能。進(jìn)入該功能后，LCD上“RPT”字符將變亮。按壓瀏覽鍵打開瀏覽功能，可順序播放每個(gè)曲目的前幾秒，此時(shí)可點(diǎn)按快退鍵或快進(jìn)鍵向后或向前瀏覽曲目，當(dāng)聽到要選的曲目時(shí)，輕旋音量鈕可播放所選的曲目，同時(shí)取消該功能。進(jìn)入該功能后，LCD上“INT”字符將變亮。按壓隨機(jī)鍵打開隨機(jī)播放功能，此時(shí)本機(jī)將隨機(jī)播放曲目而非按正常的播放順序播放USB盤中的曲目，點(diǎn)按快退鍵或快進(jìn)鍵，可隨機(jī)播放其他的曲目，再次點(diǎn)按此鍵取消隨機(jī)播放功能。進(jìn)入該功能后，LCD上“RDM"字符將變亮。按壓暫停／播放鍵，暫?；虿シ徘?。暫停播放時(shí)，LCD上顯示“STOP ON”字符。

4 系統(tǒng)調(diào)試
    單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟、硬件制作完成后，必須反復(fù)進(jìn)行調(diào)試、修改，直至完全正常工作為止。調(diào)試工作通?？煞?個(gè)步驟進(jìn)行。
    (1)硬件調(diào)試
    首先，用邏輯筆、萬用表等工具對硬件電路作脫機(jī)檢查，看連線是否與邏輯圖一致，有無短路、虛焊等現(xiàn)象。器件的型號、規(guī)格、極性是否有誤，插接方向是否正確。檢查完畢，可用萬用電表測量一下電路板正負(fù)電源端之間的電阻，排除電源短路的可能性。
    通電檢查時(shí)，可以模擬各種輸入信號分別送人電路的各有關(guān)部分，觀察I／O口的情況，查看電路板上是否有元件過熱情況，是否有冒煙、異味等現(xiàn)象發(fā)生。各相關(guān)設(shè)備的動(dòng)作是否符合設(shè)計(jì)要求。
    (2)軟件調(diào)試
    軟件的調(diào)試必須在開發(fā)系統(tǒng)的支持下進(jìn)行。先分別調(diào)試通過各個(gè)模塊程序，然后調(diào)試中斷服務(wù)程序，最后調(diào)試主程序，將各部分連接進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試的范圍可以由小到大、逐步增加，必要的中間信號可以先作設(shè)定。通常交叉使用單步運(yùn)行、斷點(diǎn)運(yùn)行、連續(xù)運(yùn)行等多種方式，每次執(zhí)行完畢后，檢查CPU執(zhí)行現(xiàn)場、RAM的有關(guān)內(nèi)容、I／O口的狀態(tài)等。發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題，解決一個(gè)問題，直至全部通過。
    (3)軟硬件聯(lián)調(diào)
    在軟硬件分別調(diào)試成功的基礎(chǔ)上，進(jìn)行軟硬件聯(lián)機(jī)仿真，當(dāng)仿真成功后，將固件程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)中，即可脫機(jī)運(yùn)行。

5 結(jié)論
    經(jīng)過系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)與調(diào)試，以及在系統(tǒng)集成調(diào)試成功的基礎(chǔ)上，完成了車載MP3的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。車載MP3的系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有USB盤立體聲播放及FM立體聲收音功能。摒棄了傳統(tǒng)音響系統(tǒng)中的CD和磁帶播放功能，具有電子抗震、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可根據(jù)USB盤的存儲(chǔ)大小隨時(shí)下載最新的MP3歌曲，免去購買碟片的大量花費(fèi)，并且本機(jī)具有掉電記憶功能和現(xiàn)場保護(hù)功能。