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播放器與存儲器的一體化設(shè)計(jì)對。MP3播放器的便攜性起了關(guān)鍵性的作用，但與此同時(shí)，它又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播放器在其它領(lǐng)域的應(yīng)用，比如汽車電子等。于是，將存儲器與播放器分離，成為MP3的另一發(fā)展方向，也是開發(fā)這款U盤MP3播放器的意義所在。 主要芯片簡介 AT89C5lSNDl是ATMEL推出的基于8位C5l MCU內(nèi)核的MP3解碼器芯片。它內(nèi)置MP3硬件解碼器，支持48kHz、44．1kHz、32kHz、24kHz、22．05kHz及l(fā) 6kHz采樣頻率，具有重低音、中音、高音均衡控制和重低環(huán)繞聲效果。它可以適應(yīng)市場上不同DAC的可編程音頻輸出接口，兼容PCM和12S格式。內(nèi)置2304B RAM和64KB Flash程序空間，方便用戶增加復(fù)雜的功能。并通過內(nèi)置鎖相環(huán)提供MP3和音頻時(shí)鐘以及USB時(shí)鐘。 要想讀取U盤，USB主機(jī)控制器必不可少。為了將來進(jìn)一步升級系統(tǒng)，本文選用了功能強(qiáng)大的LISB一OTG芯片ISPl362。ISPl362在單芯片上集成了0TG控制器、高級主機(jī)控制器和外設(shè)控制器。ISPl362的OTG控制器完全兼容LISB2．0以及On-The-Go Supplement 1.0協(xié)議，主機(jī)和設(shè)備控制器兼容USB 2.0協(xié)議，并支持l2Mbps的全速傳輸和1.5Mbps的低速傳輸。 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 整個(gè)系統(tǒng)的搭建圍繞AT89C51SNDl進(jìn)行，如圖1所示。由于其內(nèi)部具有硬件解碼器，因此電路構(gòu)成并不復(fù)雜。首先由單片機(jī)控制ISPl362，將U盤中的MP3文件讀取出來，送到硬件解碼器進(jìn)行解碼。解碼之后由數(shù)字音頻接口將數(shù)字信號傳送至音頻DAC CS4330，轉(zhuǎn)換之后產(chǎn)生音頻信號。由于DAC輸出的信號功率有限，在后端又加入了運(yùn)算放大器，經(jīng)過放大之后的信號就可以直接輸出給音箱或耳機(jī)等設(shè)備了。 除了這些基本的總線連接，ISPl362還需要連接一些特殊的控制引腳： AO：用于決定控制器處于命令狀態(tài)還是數(shù)據(jù)狀態(tài)：O表示數(shù)據(jù)狀態(tài)，l表示命令狀態(tài)； Al：用于決定控制器工作于主機(jī)還是設(shè)備控制模式：O表示處于主機(jī)控制(HC)模式；1表示處于設(shè)備控制(DC)模式。 OTG－MODE接至MCU的P1.5。P1.5=O時(shí)表示處于OTG工作狀態(tài)，P1.5=1貝U表示處于非OTG狀態(tài)。 INTl_USB、INT2_USB分別接至MCU的INTO和INTl引腳，用以產(chǎn)生中斷。 ISPl362有兩個(gè)USB端口，分別是OTG端口和主機(jī)端口。因?yàn)镺TG端口包含了主機(jī)功能，所以系統(tǒng)中使用0TG端口來連接U盤。根據(jù)USB2.O協(xié)議，USB主機(jī)需要2個(gè)15k的下拉電阻，但OTG端口同時(shí)又可作為設(shè)備端口使用，而設(shè)備是沒有下拉電阻的。因此ISPl362提供了"軟連接"機(jī)制，通過內(nèi)部的寄存器來控制電阻的連接與否。所以在硬件設(shè)計(jì)時(shí)并不需要在外部加下拉電阻。而H－PSW1為開漏輸出，因此加入了一個(gè)10kΩ的上拉電阻R14_USB。如圖3所示。 在開始播放。MP3文件之前，需要一系列初始化操作。這些操作是通過設(shè)置AT89C51SNDlC及ISPl362內(nèi)部的相關(guān)寄存器來完成的。 AT89C51SNDlC的初始化 為了正常播放：MP3文件，首先要對主控制器AT89C5lSNDlc進(jìn)行以下幾方面的設(shè)置。 鎖相環(huán)初始化 MP3解碼器和音頻輸出接口使用的都是內(nèi)部鎖相環(huán)提供的時(shí)鐘。鎖相環(huán)的初始化是通過設(shè)置PLLCON、PLLNDIV和PLLNDIV來完成的。其輸出頻率的計(jì)算公式為：PLLclk=OSCclk×(R+1)／(N+1)。 MP3解碼器初始化 MP3解碼器的初始化需要對MP3CON和MP3CLK進(jìn)行設(shè)置。MP3解碼器分缺少數(shù)據(jù)中斷和校驗(yàn)中斷兩類中斷，在MP3CON中可以對其進(jìn)行設(shè)置。簡單處理可以采用查詢標(biāo)志位方式，避免使用中斷。MP3解碼器對時(shí)鐘有一定的要求，MPEGI格式的MP3數(shù)據(jù)要求最低時(shí)鐘為21MHz，MPEG II格式為10.5MHz。該時(shí)鐘計(jì)算公式為：MP3clk=PLLclk／(MPSD4：0+1)。 音頻輸出接口初始化 得到兩個(gè)聲道串行數(shù)據(jù)前需先對音頻輸出接口的AuDCON0和AIJDCONl中的相關(guān)部分進(jìn)行正確的設(shè)置。配合DAC芯片CS4330，其設(shè)置如下：輸出3 2位數(shù)據(jù)格式(DSIZ=1)，聲道選擇信號中的高電平為左聲道(POL=1)，選擇256·Fs的數(shù)據(jù)速率(HLR=O)，選擇MP3解碼器的輸出為數(shù)據(jù)源(SRC=0)，18位數(shù)據(jù)右對齊(JUST4：0=14)。為了聽到正常的聲音，還需根據(jù)MP3的采樣率設(shè)置MP3CLK來得到正確的音頻輸出接口的時(shí)鐘，該時(shí)鐘的計(jì)算公式為：AUDclk=PLLclk／(AUCD4：0+1)。 按鍵初始化 要實(shí)現(xiàn)播放MP3的人機(jī)交互功能，就需要鍵盤的支持，AT89C51SND1C專門提供了4個(gè)中斷的按鍵接口，當(dāng)這些中斷被使能后就可以簡單地通過讀取KBsTA得到按鍵的狀態(tài)。按鍵初始化的時(shí)候只需要在KBCON開啟相應(yīng)接口的中斷，再開啟總中斷的EA即可。 ISPl362的設(shè)置 為了能正確地從U盤中讀取MP3文件，首先要對USB控制芯片ISPl362進(jìn)行以下幾方面的設(shè)置。 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的劃分 ISPl362內(nèi)部有4KB的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，可劃分為4部分以供USB的四種傳輸方式使用。其中同步傳輸為雙緩沖，占用ISTLO和ISTlLl，一般二者大小是一樣的。中斷傳輸占用INTL。控制傳輸和塊傳輸共用ATL。分別通過HclSTLButfferSize、H c I N T L B u f f e r S i z e和HcATLBufferSize來設(shè)置ISTL、INTL和ATL的大小。 中斷的設(shè)定 這里的中斷并不是指USB中的中斷傳輸，而是傳統(tǒng)意義上的硬件中斷。如果不使用中斷，則應(yīng)該將其關(guān)閉，具體操作為將HcuPInterruptEnable置O，而HcInterTuptI)isable中所有位都置1 ATL緩沖中的設(shè)定 控制傳輸是任何15SB設(shè)備都有的數(shù)據(jù)傳輸類型，而在ISPl362中，它占用的是ATL緩沖區(qū)，因此對ATL緩沖的設(shè)定是必不可少的。具體的操作是設(shè)置以下幾個(gè)寄存器：H c A T L P T D S k i p M a p、HcATLLastPTD、HcATLBlkSize、HcATLPTDDoneThresboldCoun!和HcArrLPTDI)oneThresholdTimeOut。 其它相關(guān)寄存器 ISPl362還有一些關(guān)于硬件的設(shè)置，比如端口設(shè)定以及過流保護(hù)等。除此之外，還需要確定一個(gè)幀所發(fā)送的最大數(shù)據(jù)量等信息，這些操作通過設(shè)定HcHardwareConfiguration和HcFmInterval兩個(gè)寄存器完成。 讀取U盤 U在使用U SB傳輸時(shí)使用的是塊傳輸方式，操作相對比較復(fù)雜。除了最基本的USB協(xié)議之外，還需要實(shí)現(xiàn)許多其它相關(guān)協(xié)議，比如Mass Stoiage、Bulk-Only、SCSI-2、UFI等。但對USB接口芯片ISPl362而言，需要完成的僅是按照協(xié)議規(guī)定進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送。 相關(guān)描述符和設(shè)置 U盤一般使用Mass Storage協(xié)議進(jìn)行通信。然而在使用MassStorage協(xié)議通信之前，應(yīng)首先關(guān)注傳輸協(xié)議和U盤的端點(diǎn)描述符。 Mass Storage中的傳輸協(xié)議常用Bulk_Only，然而在這種傳輸方式下又可分多種指令集，而U盤常用SCSI指令集。Bulk_Only的傳輸方式在通信時(shí)應(yīng)首先讀取端點(diǎn)描述符來獲取Bulk_In和Bulk_Out這兩個(gè)端點(diǎn)號，之后才能進(jìn)行USB的正常通信。 FAT文件系統(tǒng) 由于現(xiàn)在U盤的容量普遍較大，對U盤的操作往往都是按塊來進(jìn)行的，其大小一般均為512B。但實(shí)際U盤上的數(shù)據(jù)是以文件系統(tǒng)的方式來存儲的，目前U盤常用的文件系統(tǒng)有FATl6和FAT320而這兩種文件系統(tǒng)在很多內(nèi)容方面都是相同的，因此，在實(shí)際訪問中可以對其簡單的區(qū)分，然后分別進(jìn)行不同的操作，就能實(shí)現(xiàn)對不同文件系統(tǒng)的U盤進(jìn)行訪問，提高通用性。 播放MP3文件 播放一個(gè)MP3文件需要經(jīng)過以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：解析U盤的文件系統(tǒng)，獲取MP3文件的信息，從U盤中讀取指定的MP3文件，將文件中的數(shù)據(jù)送至AT89C5lSNDlC內(nèi)嵌的MP3解碼器，解碼后的數(shù)據(jù)經(jīng)音頻輸出接口調(diào)整格式后輸出兩個(gè)聲道的串行數(shù)據(jù)，再經(jīng)過DAC芯片CS4330將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，最后經(jīng)集成運(yùn)放。 MC33202將信號放大輸出。 初始化相關(guān)芯片 對主控器AT89C5lSNDlC和USB接口芯片ISPl362的初始化是至關(guān)重要的，除了上述一些需要初始化設(shè)置的地方，還應(yīng)注意單片機(jī)和ISPl362復(fù)位要同步。另外還應(yīng)對MP3解碼器音量控制的相關(guān)寄存器進(jìn)行初始化，默認(rèn)情況下它們都是0，即處于靜音狀態(tài)。 獲取MP3文件中的數(shù)據(jù) 從U盤中獲取MP3文件是一個(gè)相對煩瑣的過程，首先應(yīng)能按照USB的相關(guān)協(xié)議讀取U盤上指定塊的數(shù)據(jù)，之后還要根據(jù)得到的數(shù)據(jù)解析文件系統(tǒng)，從而得到指定MP3文件的起始塊地址，然后通過查FAT表的方法得到后繼的數(shù)據(jù)。并且還應(yīng)將得到的數(shù)據(jù)存儲在AT89C5lSNDlC內(nèi)部開設(shè)的數(shù)據(jù)緩存中，等待MP3解碼器缺少數(shù)據(jù)時(shí)使用。由于MP3解碼器內(nèi)部的數(shù)據(jù)緩存較小，因而就要求獲取MP3文件數(shù)據(jù)的時(shí)間要盡可能的少，這就需要該部分的代碼要盡量精簡。 MP3解碼器解碼 啟動(dòng)MP3解碼器之前應(yīng)先對讀取來的MP3數(shù)據(jù)的幀頭進(jìn)行解析，根據(jù)解析得到的采樣率設(shè)置音頻輸出接口的時(shí)鐘。從U盤中讀取的數(shù)據(jù)也應(yīng)先暫存在AF89C51SNDlC內(nèi)部開設(shè)的數(shù)據(jù)緩存中，開始播放之前需要先通過MP3DAT向MP3解碼器的數(shù)據(jù)緩存中送滿lKB的數(shù)據(jù)，之后待MP3解碼器出現(xiàn)缺少數(shù)據(jù)的狀態(tài)(MP3STAl寄存器中的MPFREQ=1)，再將AT89C5lSNDlc內(nèi)部數(shù)據(jù)緩存中的數(shù)據(jù)寫入MP3解碼器中。當(dāng)數(shù)據(jù)緩存中的數(shù)據(jù)全部用完后，就應(yīng)立即再次讀取U盤，如此往復(fù)直到整個(gè)MP3文件都播放完畢為止。 結(jié)語 本系統(tǒng)很好地實(shí)現(xiàn)了對U盤的識別和讀取，突破了傳統(tǒng)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，在音響和汽車電子方面具有良好的應(yīng)用前景。 |
