車載MP3的系統(tǒng)設(shè)計
摘要:基于微控制器系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計與調(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。利用技術(shù)成熟的單片機技術(shù),以微處理器P89LPC935做主要控制器件,并通過擴展外圍電路完成對整個系統(tǒng)的控制。車載MP3的系統(tǒng)設(shè)計具有播放USB海量存儲設(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;P89LPC935;FM;USB
O 引言
在當今的數(shù)字化時代背景下,多媒體技術(shù)是當今信息技術(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。而專門的數(shù)字視聽產(chǎn)品,也大量進入了汽車內(nèi),如CD,VCD,DVD等設(shè)備。本設(shè)計完成的車載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,收音機模塊,鍵盤控制模塊,液晶顯示模塊。整個系統(tǒng)圍繞兩個CPU即微處理器P89LPC935和帶有解碼器的AT89C5l-SNDI進行設(shè)計。根據(jù)設(shè)計要求,車載MP3的應(yīng)用設(shè)計系統(tǒng)完成了播放USB海量存儲設(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)計方案
1.1 車載MP3系統(tǒng)總體設(shè)計方案
對于任何一個車載MP3系統(tǒng)來說,其設(shè)計的主要工作是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的選擇、進行硬件和軟件的功能合理分配、操作面板的設(shè)計。
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,收音機模塊,鍵盤模塊,液晶顯示控制模塊。整個系統(tǒng)圍繞兩個微處理器P89LPC935和帶有解碼器的AT89C51-SNDI進行設(shè)計。
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。車載MP3的系統(tǒng)硬件部分的總體設(shè)計首先應(yīng)選擇好性價比高、系統(tǒng)級的CPU芯片,然后在其基礎(chǔ)上擴展,選擇其他的元器件,設(shè)計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)計一個關(guān)于車載MP3的系統(tǒng),軟件設(shè)計是必不可少的。車載MP3系統(tǒng)的軟件設(shè)計分為兩部分:
AT89C51SND1:單片機則響應(yīng)各種來自系統(tǒng)的USB標準請求,完成各種數(shù)據(jù)的交換工作和事件處理;而客戶驅(qū)動程序則讓主機可以識別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
2.1 硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成
車載MP3的系統(tǒng)設(shè)計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
整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)分為兩個狀態(tài):關(guān)閉狀態(tài),工作狀態(tài)。
下載時(燒錄),它的外設(shè)電路全部斷電,只有P89LPC935有電,且有計算機供電。它的5 V工作電源通過6個引腳的雙排插針與計算機相連而獲得。
2.3 收音機模塊的硬件設(shè)計
調(diào)頻87.5 MHz~108 MHz的數(shù)字調(diào)諧收音機模塊,使用了便攜式、低功耗調(diào)頻立體聲收音機芯片TEA5767HN。工作電壓低,需要很少并且低價的外圍電路。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)計電路。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
設(shè)計一個USB系統(tǒng),要想使其正常工作,就要進行軟件的設(shè)計。車載MP3的系統(tǒng)軟件設(shè)計分為三部分:(1)USB外設(shè)端的單片機固件(Firm-ware)程序;(2)主機操作系統(tǒng)上的客戶驅(qū)動程序;(3)主機應(yīng)用軟件。單片機固件響應(yīng)各種來自系統(tǒng)的USB標準請求,完成各種數(shù)據(jù)的交換工作和事件處理;客戶驅(qū)動程序則讓主機可以識別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;主機應(yīng)用軟件通過客戶驅(qū)動程序與系統(tǒng)USB(USB Device Interface)進行通信,由系統(tǒng)產(chǎn)生USB數(shù)據(jù)的傳送動作。包括檢測枚舉程序、中斷服務(wù)、人機接口、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)計工作流程描述
3.2 端點配置階段程序設(shè)計
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USB Mass Storage設(shè)備而言,必須支持3個端點的數(shù)據(jù)處理。
(1)O號端點:控制端點用于控制傳輸,主機通過與端點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。此端點為雙向數(shù)據(jù)傳輸端點。
(2)兩個非O端點:批量傳輸端點。這種端點為單向數(shù)據(jù)傳輸端點,分別為Bulk-In端點和Bull-Out端點。
3.3 設(shè)備配置階段程序設(shè)計
USB設(shè)備一旦插入到PC機的USB接口,USB檢測到設(shè)備插入以后,就會通過控制管道向默認地址發(fā)送USB標準請求,進入設(shè)備配置階段。
配置階段就是主機向設(shè)備索取各種描述符的過程。每當設(shè)備收到主機發(fā)送的數(shù)據(jù)后,便會觸發(fā)端點中斷寄存器中端點O所代表的位。此時,應(yīng)該讀取端點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標準設(shè)備請求的數(shù)據(jù)格式,對請求類型進行識別,然后轉(zhuǎn)向相應(yīng)的標準請求處理函數(shù)。
3.4 批量傳輸階段(BullOnly)程序設(shè)計
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)計的任務(wù)就是識別來自BulkOut端點的CBW數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的處理,然后通過BulkIn端點向主機回傳相應(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,此時可連續(xù)重復(fù)播放當前曲目,點按快退鍵或快進鍵可選擇你希望重復(fù)播放的曲目,再次點按此鍵時取消重復(fù)播放功能。進入該功能后,LCD上“RPT”字符將變亮。按壓瀏覽鍵打開瀏覽功能,可順序播放每個曲目的前幾秒,此時可點按快退鍵或快進鍵向后或向前瀏覽曲目,當聽到要選的曲目時,輕旋音量鈕可播放所選的曲目,同時取消該功能。進入該功能后,LCD上“INT”字符將變亮。按壓隨機鍵打開隨機播放功能,此時本機將隨機播放曲目而非按正常的播放順序播放USB盤中的曲目,點按快退鍵或快進鍵,可隨機播放其他的曲目,再次點按此鍵取消隨機播放功能。進入該功能后,LCD上“RDM"字符將變亮。按壓暫停/播放鍵,暫?;虿シ徘?。暫停播放時,LCD上顯示“STOP ON”字符。
4 系統(tǒng)調(diào)試
單片機應(yīng)用系統(tǒng)的軟、硬件制作完成后,必須反復(fù)進行調(diào)試、修改,直至完全正常工作為止。調(diào)試工作通??煞?個步驟進行。
(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電源端之間的電阻,排除電源短路的可能性。
通電檢查時,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)備的動作是否符合設(shè)計要求。
(2)軟件調(diào)試
軟件的調(diào)試必須在開發(fā)系統(tǒng)的支持下進行。先分別調(diào)試通過各個模塊程序,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行、斷點運行、連續(xù)運行等多種方式,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)一個問題,解決一個問題,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,進行軟硬件聯(lián)機仿真,當仿真成功后,將固件程序?qū)懭雴纹瑱C中,即可脫機運行。
5 結(jié)論
經(jīng)過系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計與調(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。車載MP3的系統(tǒng)設(shè)計具有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、抗干擾性強等優(yōu)點,可根據(jù)USB盤的存儲大小隨時下載最新的MP3歌曲,免去購買碟片的大量花費,并且本機具有掉電記憶功能和現(xiàn)場保護功能。