基于CH375的U盤MP3播放器設(shè)計(jì)

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，MP3播放器向大容量、高音質(zhì)、小巧便攜不斷發(fā)展。雖然播放器與存儲器的一體化設(shè)計(jì)使MP3播放器便于攜帶，但與此同時(shí)他也帶來了很多新的問題，比如存儲容量固定，如果想裝下更多的歌曲只能去購買新的產(chǎn)品，造成了巨大的浪費(fèi);另一方面，一體化又限制了MP3播放器在其他領(lǐng)域的應(yīng)用，比如車載MP3等不方便移動(dòng)的播放器。于是將存儲器與播放器分離成為MP3的另一發(fā)展方向，同時(shí)HOSTUSB的開發(fā)也為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的移動(dòng)存儲提供了價(jià)格低廉的解決方案。本文將從軟硬件方面詳細(xì)介紹如何用AVR控制HOSTUSB讀取U盤中的文件并將其解碼播放。

　　l 方案設(shè)計(jì)

　　1.1 系統(tǒng)功能簡介

　　本設(shè)計(jì)主要完成U盤的識別和數(shù)據(jù)的讀取，并將U盤中讀取的MP3文件解碼播放出流暢的音樂，完成.MP3播放器的存儲與解碼的分離。系統(tǒng)功能主要包括讀取U盤數(shù)據(jù)和MP3解碼播放2部分。實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能需要USB接口芯片、MP3解碼芯片、主控制器和其他外圍電路。

　　1.2主要芯片的選擇

　　通過比較本文選擇南京沁恒電子生產(chǎn)的一款USB通用接口芯片CH375。CH375芯片支持HOST主機(jī)方式和DEVICE設(shè)備方式，內(nèi)部集成了PLL倍頻器、主從USB接口、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、被動(dòng)并行接口、異步串行接口、命令解釋器、控制傳輸?shù)膮f(xié)議處理器、通用的固件程序等。

　　音頻解碼芯片選擇芬蘭VLSI公司生產(chǎn)的VSl003。VSl003具有MP3/wMA/MIDI解碼和ADPCM編碼功能，他內(nèi)部包含一個(gè)高性能、低功耗的DSP處理核(VSD一SP)，一個(gè)工作內(nèi)存，一片可供用戶程序使用的5.5 kBRAM，一個(gè)串行SPI總線接口，一個(gè)高質(zhì)量的采樣頻率可調(diào)的過采樣DAC以及一個(gè)16位的采樣ADC。

　　采用高性能低功耗的8位AVR閃存微處理器作為系統(tǒng)主控制器，ATmega64內(nèi)部具有豐富的資源，64 kB的系統(tǒng)內(nèi)可編程FLASH，2 kB E2PROM，4 kB SRAM，53個(gè)通用I/O口線，32個(gè)通用工作寄存器，RSIC設(shè)計(jì)的單指令周期使單片機(jī)具有高速處理能力，能保證MP3文件的順暢播放。

　　2硬件接口

　　2.1 USB接口芯片CH375與MCU的連接

　　CH375可以方便地掛接到MCU系統(tǒng)總線上，MCU通過CH375按照相應(yīng)的USB協(xié)議可以很方便地與其他USB設(shè)備進(jìn)行通信。本設(shè)計(jì)中CH375工作在USBHOST模式下，將CH375的TXD端接地，RXD端懸空采取并行傳輸?shù)姆绞?，?位并行數(shù)據(jù)線D0～D7與AT-mega64L的PD口相連實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與命令的并行傳輸，RD，WR，CS，INT和A0五根控制線分別連接至ATmega64L的PC3～.PC7引腳，接口的系統(tǒng)框圖如圖1所示。RD，WR和CS分別為讀選通、寫選通和片選，低電平有效;INT中斷請求為低電平有效;地址輸入線AO為高電平時(shí)選擇命令端口，可以向CH375寫人命令;當(dāng)AO引腳為低電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)端口，可以向CH375讀寫數(shù)據(jù)。

當(dāng)CH375工作在主機(jī)方式時(shí)MCU通過RD，wR，片選CS、中斷INT和地址線AO的綜合控制，完成與CFl375的通訊，通過USB接口實(shí)現(xiàn)從U盤讀寫數(shù)據(jù)的功能。INT引腳和MCU的外部中斷輸入引腳相連，當(dāng)有U盤插入時(shí)1NT變?yōu)榈碗娖接|發(fā)外部中斷，當(dāng)CS，RD和AO都為低電平時(shí)，CH375中的數(shù)據(jù)可以通過D7～DO輸出;當(dāng)CS，wR和AO都為低電平時(shí)，D7～DO上的數(shù)據(jù)被寫入CH375芯片中;當(dāng)CS和wR都為低電平AO為高電平時(shí)，D7一DO中的數(shù)據(jù)可作為命令碼寫入CH375芯片中。

　　2.2 MP3解碼芯片與MCU的連接

　　VSl003通過同步串行總線SPI與ATmega64L進(jìn)行命令和數(shù)據(jù)的傳輸。由于ATmega64L內(nèi)部集成有SPI總線模塊，只要正確寫SPI相關(guān)寄存器就能輕松控制SPL這種硬件SPI總線減小了軟件設(shè)計(jì)的困難。VSl003的SPI接口具有2種工作模式：新模式和兼容模式。設(shè)置寄存器SM_SDI。NEW為1使'VSl003處于新模式，此時(shí)設(shè)置SMSDISFIARED為O，控制信號和數(shù)據(jù)信號的傳送將分別采用xCS和xDCS作為同步信號。

　　系統(tǒng)啟動(dòng)后，由MCU控制將存儲于U盤中歌曲的碼流信息送入到VSl003芯片中，通過VSl003芯片解碼以及其內(nèi)含的高質(zhì)量的立體聲DAC和耳機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)MP3歌曲的播放功能，在按鍵的控制下，實(shí)現(xiàn)對歌曲播放模式以及歌曲選擇等功能。

　　VSl003的所有數(shù)據(jù)和控制命令均通過SPI總線接口實(shí)現(xiàn)，因此與MCU接口實(shí)現(xiàn)比較簡單，包括3條SPI數(shù)據(jù)線和4條與PB4～PB7引腳相連的控制線，接口框圖如圖2所示。

　　3軟件編程

　　3.1 U盤文件管理系統(tǒng)

　　U盤采用的文件系統(tǒng)一般都為FAT文件系統(tǒng)他將存儲空間分為5部分：主引導(dǎo)扇區(qū)(MBR)、DOS引導(dǎo)區(qū)(DBR)、文件分配表(FAT)、文件目錄表(FDT)和數(shù)據(jù)。Ctt375提供了U盤文件級子程序庫，單片機(jī)可以直接調(diào)用子程序讀寫U盤中的文件數(shù)據(jù)。

3.2讀取U盤數(shù)據(jù)

　　應(yīng)用中的單片機(jī)讀寫U盤的程序可分成2大部分：應(yīng)用程序和固件程序。應(yīng)用程序完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理任務(wù)、外圍控制等功能;固件程序處理底層的USB通訊協(xié)議、文件系統(tǒng)，數(shù)據(jù)在USB總線上的可靠傳輸和在U盤上的存取操作。CH375內(nèi)置了處理海量存儲設(shè)備的專用通信協(xié)議的固件，所以嵌入式系統(tǒng)的單片機(jī)可以通過CH375將U盤作為可移動(dòng)的大容量存儲器。數(shù)據(jù)讀寫只需要幾條指令，而不需要詳細(xì)了解USB通信協(xié)議。

　　U盤文件的讀寫方式采取扇區(qū)模式以扇區(qū)(每個(gè)扇區(qū)通常是512字節(jié))為基本單位進(jìn)行讀寫操作，從而將USB存儲設(shè)備簡化為一種外部數(shù)據(jù)存儲器，單片機(jī)可以自由讀寫USB存儲設(shè)備中的數(shù)據(jù)，也可以自由定義其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。本文中單片機(jī)與U盤的通訊采用查詢中斷響應(yīng)的方式進(jìn)行，具體流程圖如圖3所示。

　使用AVR編程工具軟件ICCAVR編寫系統(tǒng)C程序，CH375提供了已封裝好的庫函數(shù)CH375HF6.LIB，包含大量宏定義方便了編程。

　　下面列舉一些CH375關(guān)鍵操作函數(shù)：CH375的初始化函數(shù)CH375Liblnit();查詢U盤是否準(zhǔn)備就緒函數(shù)CH375DiskReady();查詢磁盤信息函數(shù)CH375DiskQuery();打開指定名稱的文件或者目錄CH375FileOpen();CH375FileCreate()為新建文件并打開，如果文件已經(jīng)存在則先刪除后再新建;CH375FileClose()為關(guān)閉當(dāng)前文件;CH375FileReadX()以扇區(qū)為單位從當(dāng)前文件讀取數(shù)據(jù)，CH375FileWriteX()以扇區(qū)為單位向當(dāng)前文件寫入數(shù)據(jù)。

　　3.3 VSl003控制協(xié)議

　　VSl003通過一個(gè)工作于從模式的SPI串行總線與主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)和控制信息的交流，控制信號和數(shù)據(jù)信號的傳送分別采用xCS和xDCS作為同步信號。數(shù)據(jù)信號xDCS為低時(shí)通過串行接口傳送音頻數(shù)據(jù)，當(dāng)控制信號xCS為低時(shí)通過串行接口傳送控制命令，控制命令總是為16位，通過讀/寫不同的寄存器來實(shí)現(xiàn)對VSl003的控制。作為從機(jī)工作模式，VSl003通過一個(gè)信號線DREQ指示是否允許主機(jī)傳送數(shù)據(jù)，當(dāng)DREQ為高時(shí)，VSl003至少可以接受32 kB的數(shù)據(jù)或者控制命令。

　　下面介紹新模式下且SM-SDISHARE設(shè)置為O時(shí)VSl003通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)。圖4描述了傳送數(shù)據(jù)的工作時(shí)序，他以xDCS為同步信號，隨著時(shí)鐘信號的變化，數(shù)據(jù)根據(jù)控制命令的設(shè)置依次從高位或低位送出。控制命令協(xié)議包括1個(gè)控制指令字節(jié)、1個(gè)地址字節(jié)和1個(gè)16位數(shù)據(jù)字，每次讀寫控制可以操作1個(gè)寄存器。讀命令和寫命令分別為Ox03和Ox02，這2種控制命令的工作時(shí)序分別如圖5，圖6所示。

3.4播放MP3文件

　　首先完成對VSl003和SPI總線的初始化，然后等待系統(tǒng)從U盤存儲介質(zhì)中打開MP3文件，從中讀取的一個(gè)扇區(qū)的數(shù)據(jù)放入Atmeag64L的512 B緩沖區(qū)中，然后將數(shù)據(jù)發(fā)往VSl003，解碼芯片就會自動(dòng)播放出流暢的音樂。由于VSl003有32 B的數(shù)據(jù)緩存區(qū)，一次可向其發(fā)32 B數(shù)據(jù)然后檢查DREQ引腳，當(dāng)DREQ為高時(shí)送下一個(gè)32 B數(shù)據(jù)，發(fā)完一個(gè)扇區(qū)的內(nèi)容后再繼續(xù)從U盤中讀取下一個(gè)扇區(qū)內(nèi)容，重復(fù)操作直到文件播放完為止。

　　4 結(jié) 語

　　將系統(tǒng)C程序通過ICCAVR編譯成功后生成HEX可執(zhí)行文件，再在AVRStudio編譯器中用JTAG接口將編譯好的可執(zhí)行文件下載到目標(biāo)板中，將U盤插入系統(tǒng)就會播放U盤中的MP3音樂，音質(zhì)效果和播放的連貫性都很不錯(cuò)。此方案很好地實(shí)現(xiàn)了對U盤的識別和讀取，突破了MP3播放器中解碼器與存儲器一體化的限制，只需使用更大容量的U盤就可以在原有硬件基礎(chǔ)上增加存儲容量，在音響和汽車電子及數(shù)據(jù)采集存儲方面具有良好的應(yīng)用前景。