车载MP3的系统设计

   摘要：基于微控制器系统的软硬件设计与调试，以及系统集成调试成功的基础上，完成了车栽MP3的系统设计。利用技术成熟的单片机技术，以微处理器P89LPC935做主要控制器件，并通过扩展外围电路完成对整个系统的控制。车载MP3的系统设计具有播放USB海量存储设备上的MP3音频文件及FM立体声收音功能。
关键词：MP3；系统设计；P89LPC935；FM；USB

O 引言
    在当今的数字化时代背景下，多媒体技术是当今信息技术领域发展最快、最活跃的技术，是新一代电子技术发展和竞争的焦点。而专门的数字视听产品，也大量进入了汽车内，如CD，VCD，DVD等设备。本设计完成的车载MP3系统主要包括6大模块：控制模块，数字音频处理模块，模拟音频处理模块，收音机模块，键盘控制模块，液晶显示模块。整个系统围绕两个CPU即微处理器P89LPC935和带有解码器的AT89C5l-SNDI进行设计。根据设计要求，车载MP3的应用设计系统完成了播放USB海量存储设备上的MP3音频文件及FM立体声收音功能。

1 系统总体设计方案
1．1 车载MP3系统总体设计方案
    对于任何一个车载MP3系统来说，其设计的主要工作是系统结构的选择、进行硬件和软件的功能合理分配、操作面板的设计。

    在此，根据系统需要完成的功能，画出了图l所示的车载MP3系统的总体设计方案框图。系统主要包括六大模块：数字音频处理模块，模拟音频处理模块，控制模块，收音机模块，键盘模块，液晶显示控制模块。整个系统围绕两个微处理器P89LPC935和带有解码器的AT89C51-SNDI进行设计。
1．1．1 硬件系统构成
    好的智能仪器仪表必须有好的硬件系统，才能够现场完成数据的传输、转换、存储。车载MP3的系统硬件部分的总体设计首先应选择好性价比高、系统级的CPU芯片，然后在其基础上扩展，选择其他的元器件，设计出与其相配套的电路部分，经调试后组成硬件系统。
    车载MP3的硬件设计采用的核心芯片是微处理器AT89C51SNDI和P89LPC935。
1．1．2软件系统构成
    设计一个关于车载MP3的系统，软件设计是必不可少的。车载MP3系统的软件设计分为两部分：
    AT89C51SND1：单片机则响应各种来自系统的USB标准请求，完成各种数据的交换工作和事件处理；而客户驱动程序则让主机可以识别USB设备，并通过应用软件来存取USB设备，完成通信功能。

2 硬件系统设计
2．1 硬件系统的结构组成
    车载MP3的系统设计主要使用的集成芯片有：带有解码器的微控制器(AT89C51 SND1)、微控制器(P89LPC935)、四声道音质处理器(PT23-13L)，USB接口芯片(SL811HS)、静态RAM(CY62256)、收音机芯片(TEA5767H)、音频功率放大器(TDA7384)、音频数模转换器(PCMl754)、液晶显示控制芯片(UPDl6431A)。构成的硬件框图如图2所示。

2．2 控制模块的硬件设计
    整个系统的工作状态分为两个状态：关闭状态，工作状态。
    下载时(烧录)，它的外设电路全部断电，只有P89LPC935有电，且有计算机供电。它的5 V工作电源通过6个引脚的双排插针与计算机相连而获得。

2．3 收音机模块的硬件设计
    调频87．5 MHz～108 MHz的数字调谐收音机模块，使用了便携式、低功耗调频立体声收音机芯片TEA5767HN。工作电压低，需要很少并且低价的外围电路。由于集成了低噪声RF输入放大器，具有高灵敏度；自由调节的立体声解码器，调谐系统的锁相环合成器。通过引脚BUSMODE有两种总线可以选择：I2C总线和3线总线。本系统选用了I2C总线，即把BUSMODE设置为O。图4为TEA5767HN的硬件设计电路。

3 系统软件设计
    设计一个USB系统，要想使其正常工作，就要进行软件的设计。车载MP3的系统软件设计分为三部分：(1)USB外设端的单片机固件(Firm-ware)程序；(2)主机操作系统上的客户驱动程序；(3)主机应用软件。单片机固件响应各种来自系统的USB标准请求，完成各种数据的交换工作和事件处理；客户驱动程序则让主机可以识别USB设备，并通过应用软件来读取USB设备，完成通信功能；主机应用软件通过客户驱动程序与系统USB(USB Device Interface)进行通信，由系统产生USB数据的传送动作。包括检测枚举程序、中断服务、人机接口、文件操作函数集、FAT文件系统函数集、USB协议层、硬件提取层、数据转换程序。
3．1 车载MP3的系统设计工作流程描述

3．2 端点配置阶段程序设计
    前面已经提到固件的程序结构框架可基于中断或基于查询方式，这里以查询方式为例。对于一个USB Mass Storage设备而言，必须支持3个端点的数据处理。
    (1)O号端点：控制端点用于控制传输，主机通过与端点O相对应的管道来读取设备描述符，完成对设备地址的设置，并完成配置。此端点为双向数据传输端点。
    (2)两个非O端点：批量传输端点。这种端点为单向数据传输端点，分别为Bulk-In端点和Bull-Out端点。
3．3 设备配置阶段程序设计
    USB设备一旦插入到PC机的USB接口，USB检测到设备插入以后，就会通过控制管道向默认地址发送USB标准请求，进入设备配置阶段。
    配置阶段就是主机向设备索取各种描述符的过程。每当设备收到主机发送的数据后，便会触发端点中断寄存器中端点O所代表的位。此时，应该读取端点O的数据缓冲区，读取指定长度(长度由UBYCTX寄存器表示)的数据。然后对照USB标准设备请求的数据格式，对请求类型进行识别，然后转向相应的标准请求处理函数。
3．4 批量传输阶段(BullOnly)程序设计
    按照USB协议中的规定，控制管道是消息管道，控制管道中的信息具有固定的格式。而其他管道则是流管道，流管道中的数据，USB协议中没有规定其格式。
    Mass Storage协议通过Bulk传输方式来传送命令与数据。在这种传输方式下，有3种类型的数据(CBW，CSW和普通数据)在USB和设备之间传送。CBW和CSW数据都有一定的格式，普通数据根据其前面的命令块来决定其归属和意义。因此，批量传输阶段程设计的任务就是识别来自BulkOut端点的CBW数据进行相应的处理，然后通过BulkIn端点向主机回传相应的CSW或数据。
3．5 播放任务
    USB播放模式下，按压重复键打开重复播放功能，此时可连续重复播放当前曲目，点按快退键或快进键可选择你希望重复播放的曲目，再次点按此键时取消重复播放功能。进入该功能后，LCD上“RPT”字符将变亮。按压浏览键打开浏览功能，可顺序播放每个曲目的前几秒，此时可点按快退键或快进键向后或向前浏览曲目，当听到要选的曲目时，轻旋音量钮可播放所选的曲目，同时取消该功能。进入该功能后，LCD上“INT”字符将变亮。按压随机键打开随机播放功能，此时本机将随机播放曲目而非按正常的播放顺序播放USB盘中的曲目，点按快退键或快进键，可随机播放其他的曲目，再次点按此键取消随机播放功能。进入该功能后，LCD上“RDM"字符将变亮。按压暂停／播放键，暂停或播放曲目。暂停播放时，LCD上显示“STOP ON”字符。

4 系统调试
    单片机应用系统的软、硬件制作完成后，必须反复进行调试、修改，直至完全正常工作为止。调试工作通常可分3个步骤进行。
    (1)硬件调试
    首先，用逻辑笔、万用表等工具对硬件电路作脱机检查，看连线是否与逻辑图一致，有无短路、虚焊等现象。器件的型号、规格、极性是否有误，插接方向是否正确。检查完毕，可用万用电表测量一下电路板正负电源端之间的电阻，排除电源短路的可能性。
    通电检查时，可以模拟各种输入信号分别送人电路的各有关部分，观察I／O口的情况，查看电路板上是否有元件过热情况，是否有冒烟、异味等现象发生。各相关设备的动作是否符合设计要求。
    (2)软件调试
    软件的调试必须在开发系统的支持下进行。先分别调试通过各个模块程序，然后调试中断服务程序，最后调试主程序，将各部分连接进行调试。调试的范围可以由小到大、逐步增加，必要的中间信号可以先作设定。通常交叉使用单步运行、断点运行、连续运行等多种方式，每次执行完毕后，检查CPU执行现场、RAM的有关内容、I／O口的状态等。发现一个问题，解决一个问题，直至全部通过。
    (3)软硬件联调
    在软硬件分别调试成功的基础上，进行软硬件联机仿真，当仿真成功后，将固件程序写入单片机中，即可脱机运行。

5 结论
    经过系统的软硬件设计与调试，以及在系统集成调试成功的基础上，完成了车载MP3的系统设计。车载MP3的系统设计具有USB盘立体声播放及FM立体声收音功能。摒弃了传统音响系统中的CD和磁带播放功能，具有电子抗震、抗干扰性强等优点，可根据USB盘的存储大小随时下载最新的MP3歌曲，免去购买碟片的大量花费，并且本机具有掉电记忆功能和现场保护功能。