ISPl362 U盤MP3播放器設計

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 ISPl362 U盤MP3播放器設計 播放器與存儲器的一體化設計對。MP3播放器的便攜性起了關鍵性的作用，但與此同時，它又帶來了很多新的問題。比方存儲容量固定，如果想裝下更多的歌曲只能去購買新的產品，造成了巨大的浪費。另一方面，一體化又限制了MP3播放器在其它領域的應用，比方汽車電子等。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內核的MP3解碼器芯片。它內置MP3硬件解碼器，支持48kHz、44.1kHz、32kHz、24kHz、22

2、.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。它可以適應市場上不同DAC的可編程音頻輸出接口，兼容PCM和12S格式。內置2304B RAM和64KB Flash程序空間，方便用戶增加復雜的功能。并通過內置鎖相環(huán)提供MP3和音頻時鐘以及USB時鐘。 要想讀取U盤，USB主機控制器必不可少。為了將來進一步升級系統(tǒng)，本文選用了功能強大的LISB一OTG芯片ISPl362。ISPl362在單芯片上集成了0TG控制器、主機控制器和外設控制器。ISPl362的OTG控制器完全兼容LISB2.0以及On-The-Go Supplement 1.0協(xié)議，主機和設備控制器

3、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)硬件構造 整個系統(tǒng)的搭建圍繞AT89C51SNDl開展，如圖1所示。由于其內部具有硬件解碼器，因此電路構成并不復雜。首先由單片機控制ISPl362，將U盤中的MP3文件讀取出來，送到硬件解碼器開展解碼。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，轉換之后產生音頻信號。由于DAC輸出的信號功率有限，在后端又參加了運算放大器，經過放大之后的信號就可以直接輸出給音箱或耳機等設備了。 AT89C51SNDl是基于51內核的單片機，因此，系統(tǒng)構造非常簡單。除了傳統(tǒng)單片機的晶振和復位電路之外，還有PL

4、L濾波電路和USB接口電路，如圖2所示。 ISPl362是16位總線構造，不能直接和8位單片機接口。因此，將單片機的PO和P2口一同作為數(shù)據(jù)總線接至ISPl362的16位總線上，將CS、RD、WR分別接到單片機的P3.4、P3.7和P3.6，通過仿真讀寫時序控制它的數(shù)據(jù)讀取等操作。 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還是設備控制模式：O表示處于主機控制(HC)模式；1表示處于設備控制(DC)模式。 OTGMODE接至MCU的P1.5。P1.5=O時表

5、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，用以產生中斷。 ISPl362有兩個USB端口，分別是OTG端口和主機端口。因為OTG端口包含了主機功能，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主機需要2個15k的下拉電阻，但OTG端口同時又可作為設備端口使用，而設備是沒有下拉電阻的。因此ISPl362提供了軟連接機制，通過內部的存放器來控制電阻的連接與否。所以在硬件設計時并不需要在外部加下拉電阻。而HPSW1為開漏輸出，因此參加了一個10k的上拉電阻R14_USB。如圖3所示。 A

6、T89C51SNDlC及l(fā)SPl362的初始化 在開始播放。MP3文件之前，需要一系列初始化操作。這些操作是通過設置AT89C51SNDlC及ISPl362內部的相關存放器來完成的。 AT89C51SNDlC的初始化 為了正常播放：MP3文件，首先要對主控制器AT89C5lSNDlc開展以下幾方面的設置。 鎖相環(huán)初始化 MP3解碼器和音頻輸出接口使用的都是內部鎖相環(huán)提供的時鐘。鎖相環(huán)的初始化是通過設置PLLCON、PLLNDIV和PLLNDIV來完成的。其輸出頻率的計算公式為：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MP3C

7、LK開展設置。MP3解碼器分缺少數(shù)據(jù)中斷和校驗中斷兩類中斷，在MP3CON中可以對其開展設置。簡單處理可以采用查詢標志位方式，防止使用中斷。MP3解碼器對時鐘有一定的要求，MPEGI格式的MP3數(shù)據(jù)要求時鐘為21MHz，MPEG II格式為10.5MHz。該時鐘計算公式為：MP3clk=PLLclk(MPSD4：0+1)。 音頻輸出接口初始化 得到兩個聲道串行數(shù)據(jù)前需先對音頻輸出接口的AuDCON0和AIJDCONl中的相關部分開展正確的設置。配合DAC芯片CS4330，其設置如下：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256Fs的數(shù)據(jù)速率(H

8、LR=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的采樣率設置MP3CLK來得到正確的音頻輸出接口的時鐘，該時鐘的計算公式為：AUDclk=PLLclk(AUCD4：0+1)。 按鍵初始化 要實現(xiàn)播放MP3的人機交互功能，就需要鍵盤的支持，AT89C51SND1C專門提供了4個中斷的按鍵接口，當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)。按鍵初始化的時候只需要在KBCON開啟相應接口的中斷，再開啟總中斷的EA即可。 ISPl362的設置 為了能正確地從U盤中讀取MP3文件，首先要對USB控制芯

9、片ISPl362開展以下幾方面的設置。 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的劃分 ISPl362內部有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?？刂苽鬏敽蛪K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來設置ISTL、INTL和ATL的大小。 中斷的設定 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，則應該將其關閉，具體操作為將HcuPInterruptEnab

10、le置O，而HcInterTuptI)isable中所有位都置1 ATL緩沖中的設定 控制傳輸是任何15SB設備都有的數(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緩沖的設定是必不可少的。具體的操作是設置以下幾個存放器：H c A T L P T D S k i p M a p、HcATLLastPTD、HcATLBlkSize、HcATLPTDDoneThresboldCoun!和HcArrLPTDI)oneThresholdTimeOut。 其它相關存放器 ISPl362還有一些關于硬件的設置，比方端口設定以及過流保護等。除此之外，還需要確定一個幀所發(fā)送的數(shù)據(jù)量等

11、信息，這些操作通過設定HcHardwareConfiguration和HcFmInterval兩個存放器完成。 讀取U盤 U在使用U SB傳輸時使用的是塊傳輸方式，操作相比照較復雜。除了基本的USB協(xié)議之外，還需要實現(xiàn)許多其它相關協(xié)議，比方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)定開展數(shù)據(jù)的傳送。 相關描述符和設置 U盤一般使用Mass Storage協(xié)議開展通信。然而在使用MassStorage協(xié)議通信之前，應首先關注傳輸協(xié)議和U盤的端點描述符。 Mass Storage中的傳輸協(xié)議常用Bulk_On

12、ly，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應首先讀取端點描述符來獲取Bulk_In和Bulk_Out這兩個端點號，之后才能開展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開展的，其大小一般均為512B。但實際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)在很多內容方面都是相同的，因此，在實際訪問中可以對其簡單的區(qū)分，然后分別開展不同的操作，就能實現(xiàn)對不同文件系統(tǒng)的U盤開展訪問，提高通用性。 播放MP3文件 播放一個MP3文件需要

13、經過以下幾個環(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內嵌的MP3解碼器，解碼后的數(shù)據(jù)經音頻輸出接口調整格式后輸出兩個聲道的串行數(shù)據(jù)，再經過DAC芯片CS4330將數(shù)字信號轉換為模擬信號，經集成運放。 MC33202將信號放大輸出。 初始化相關芯片 對主控器AT89C5lSNDlC和USB接口芯片ISPl362的初始化是至關重要的，除了上述一些需要初始化設置的地方，還應注意單片機和ISPl362復位要同步。另外還應對MP3解碼器音量控制的相關存放器開展初始化，默認情況下它們都是0，即處于靜音狀態(tài)。 獲取MP3文件中的

14、數(shù)據(jù) 從U盤中獲取MP3文件是一個相對煩瑣的過程，首先應能按照USB的相關協(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)。并且還應將得到的數(shù)據(jù)存儲在AT89C5lSNDlC內部開設的數(shù)據(jù)緩存中，等待MP3解碼器缺少數(shù)據(jù)時使用。由于MP3解碼器內部的數(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MP3解碼器之前應先對讀取來的MP3數(shù)據(jù)的幀頭開展解析，根據(jù)解析得到的采樣率設置音頻輸出接口的時鐘。從U盤中讀取的數(shù)據(jù)也應先暫存在AF89C51SNDlC內部開設的數(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