1、车载数控音频转发器0目录摘 要 .2Abstract.3第 1 章 绪 论 .41.1 课题背景 .41.2 车载 mp3 播放系统国内外现状 .51.3 车载 mp3 播放系统设计的研究意义及主要内容 .61.4 车载 mp3 播放系统设计所采用的技术 .6第二章 设计思想与方案论证 .72.1 解码模块的方案 .72.1.1 软件解码 .72.1.2 硬件解码 .82.2 发射模块的方案 .82.2.1 基于芯片 BA1404 的发射电路 .82.2.2 基于芯片 BH1417 的发射电路 .92.3 方案论证 .102.3.1 解码模块选择 .102.3.2 发射模块选择 .10第三章
2、硬件设计 .113.1 硬件系统的结构组成 .123.2 AT89C51SND1SND1 最小系统 .123.3 USB 模块硬件设计 .143.3.1 SL811HS 硬件特性 .143.3.3 SL811HS 与 AT89C51SND1SND1 的接口电路设计 .183.4 MP3 解码模块硬件设计 .213.4.1 VS1011 硬件特性 .213.4.2 VS1011 电路设计 .233.5 射频模块硬件设计 .233.6 系统电源设计 .25第四章 软件设计 .274.1 主程序 .274.2 USB 主机软件的任务 .274.3 USB 与单片机 AT89C51SND1 通信的流图
3、 .304.3 FAT 文件系统的设计 .304.4 mp3 解码器软件的设计 .324.5 FM 发射电路流程图 .364.5.1 BH1417 的原理特性 .36结 论 .38参考文献 .39致 谢 .40附件 A 总电路图 .41附件 B 主程序 .42车载数控音频转发器1摘 要随着数字信息技术以及网络技术的高速发展，汽车的自动化、智能化和网络化也被相应地提上了口程。而车载播放系统作为汽车的一个不可分割的部分也必然面临着新的技术革新。本文根据设计要求以及目前车载播放器的特点，提出了一种车载 MP3 播放系统的设案。本论文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
4、成了车载 MP3 的系统设计。通过控制驱动芯片 SL811HST，按照 USB1.1 协议，AT89C51SND1 的固件程序完成了对 U 盘的枚举，FAT 文件的管理，MP3 文件的识别，对 MP3 音频流进行解码变成音频信号，再进行数、模转换 。 系统主要包括 4 大模块:控制模块，数字音频处理模块，发射模块，接收模块。整个系统围绕带有解码器的 AT89C 51 进行设计。数字音频处理模块采用了嵌入式的 USB 控制器 SL811 HS 和 AT89C51SND1 控制器。发射模块采用 BH1417。接收模块采用的CXA1019S 来玩成。关键词 USB 主机;FAT 文件系统;MP3 解
5、码;单片机 AT89C51SND1车载数控音频转发器2AbstractWith the rapid development of digital information technology and network technology, automation, intelligent and network of the car were brought forward in the mouth. The car player system as an inseparable part of the car will also face the technical innovation. A
6、ccording to the design request and the characteristic of car player, put forward a kind of car MP3 player system set case.In this paper, the hardware and software design and debugging microcontroller based system, as well as the basis of system integration and debugging success, completed the system
7、 design of vehicle MP3. The control chip SL811HST, according to USB1.1 protocol, AT89C51SND1 firmware program complete enumeration of U disk, FAT file management, identification of MP3 files, into audio signal of MP3 audio stream, then the number, mode conversion.The system consists of 3 modules: co
8、ntrol module, digital audio processing module, transmitter module, receiver module. The whole system is designed around 51 with a AT89C decoder. Digital audio processing module using the embedded USB controller HS and AT89C51SND1 controller SL811. Transmitter module using BH1417. The receiving modul
9、e uses CXA1019S to play into the. keyword USB host; FAT file system; MP3 decoding; single chip microcomputer AT89C51SND1车载数控音频转发器3第 1 章 绪 论1.1 课题背景在当前数字信息技术和网络技术高速发展的时代，嵌入式系统己经广泛地渗透到科学研究、工程设计、军事技术、各类产业和商业文化艺术以及人们的口常生活等方方面面中。随着国内外各种嵌入式产品的进一步开发和推广，嵌入式技术越来越和人们的生活紧密结合。目前，嵌入式技术己经成为通信和消费类产品的共同发展方。嵌入式系统几乎包
10、括了生活中的所有电器设备，如掌上 PDA、移动计算设备、数字电视机顶盒、多媒体、汽车、电梯、冰箱、自动取款机、手机等等。与此同时，近几年来，随着我国汽车工业的迅速发展，汽车电子产业也快速地成长起来，成为汽车市场发展的重要动力。目前的汽车电子产品主要包括安全系统、网络系统和信息娱乐系统三大类，其中以信息娱乐系统涉及的技术最为复杂，功能也最为丰富，能够直接面对用户，为他们带来视听享受和资讯便利，这个也是汽车技术革命最重要的内容。车载音乐播放系统作为汽车的一个不可分割的部分也必然面临着新的技术革命，将网上的数字音乐直接与汽车音响连在一起己经成为车载音响发展的必然趋势。本文所研究的内容，就是设计一种车
11、载音乐播放系统，能通过 USB 接口将大容量存储设备中的 MP3 等格式的文件读取并解码进过 D/A 转换，最后利用车载调频接收机播放出来。1.2 车载 mp3 播放系统国内外现状在我国，国产车的音响配置一般较低，普通汽车一般只装配收音机、卡带机，汽车音响音质可想而知。高品质的汽车音响固然很好，但是其高昂的价格却也令不少人望而却步，这是高性能汽车音响难以普及的重要原因。不少国内汽车生产厂家，为了适应市场变化的需求，在设计方面也做了许多改进:从先前的收音机变化为带磁带的收音机，又变化成单碟 CD 收音机和多碟 CD,磁带收音机，以至发展到 CD, VCD, DVD，多碟 CD,磁带收音机为一体的
12、车载娱乐系统。现有的各种车载播放系统大致特点如下磁带播放器历史最长，不过车载磁带音响会由于传动机械而出现绞带现象，音质不好，在中高端汽车上己基本淘汰了，但由于其低成本的原因在低端车载音响系统中还有使用。车载数控音频转发器4车载 CD 播放系统较磁带播放系统己经在音质方面有了很大的提高，但是该类播放系统只能读取 CD 格式、MP3 格式的 CD 光盘，不能随时更新内容，因而使用起来还是有些不方便。DVD 是采用 MPEG2 标准压缩的全数字影音光碟，它有大容量、高品质、高画质的特点，但是高昂的价格阻碍这种产品在汽车市场上广泛应用。在国外，美国 Visteon 公司生产的基于硬盘机的 MACH M
13、P3 播放系统，采用 PC 机控制器做播放器，用硬盘做数字音乐存储器。好处是一次可以存放 1000 多首 MP3 音乐。缺点是体积大，系统复杂，灵活性差，价格高。韩国 DUAL 公司推出的 MP3 播放机转换器。该公司设计的磁带式 MP3 播放器外形做得和磁带完全一样，其结构也和磁带非常的相似，有和磁带相同的马达传送轮，并且是可以转动的，而且还有一个磁头，如果将它放到磁带随身听里，它的磁头可以直接接触到磁带随身听的磁头。该播放器的优点是传输速度快，但该产品的缺点在于:将数字化网络音乐通过卡式磁带机的磁头读取之后，在数模转换过程中信号损失大，音效下降很多，抗震性也不好。1.3 车载 mp3 播放
14、系统设计的研究意义及主要内容本系统作为车载多媒体的一个课题，充分利用了微控制器的内部资源，主要负责MP3 文件播放和收音机播放的任务。专门的车载数字音频产品，也大量出现，如 CD, VCD, DVD 等设备。但是，它们仍然具有很大的局限性。例如，CD, VCD, DVD 都是通过光盘来存储信息，它们的存储介质是光存储器，保存非常不方便，选择内容有很大的局限性，抗震性特别差。另外，VCD 和 DVD 的激光探测头易劳损，有机械寿命。基于以上车载多媒体的众多不足指出。在使用了国外技术成熟的高性能、高集成度、低成本的双 CPU 基础之上，设计出了车载 MP3 系统。在国内，车载 MP3 是一个新事
15、具有以下独特的优越性。(一)存储介质好，使用 U 盘。存储介质为高密度、非易失性的读 /写闪存存储器。存储容量大;(二)MP3 节目源;内容完全自己选择;(三)抗震性好 ;寿命长;车载数控音频转发器5技术难点：(一)合理地选择元器件，硬件的设计;(二)保证音质效果 ;电子防震功能，抗震性好(三)掉电存储功能，现场保护功能，物，处于开发阶段，但其前景肯定是美好的。(四)程序的编写、调试 ;(五)系统的功能实现。1.4 车载 mp3 播放系统设计所采用的技术根据上述技术要求，结合实际情况，对车载 MP3 的系统设计采取如下所述的研究方法和技术路线。CPU 是智能仪器仪表系统的灵魂。智能仪器仪表系统
16、的整体性能在很大程度上取决于 CPU 的先进性和灵活性。就车载 MP3 的系统设计而言，整个系统以片机为核心来开发，系统的 3 个大模块:控制模块，发射模块，调频接收模块都是通过单片机控制完成的。因为随着半导体、单片机技术的发展，陆续出现了不少增强型的 CPU，高档的单片机层出不穷，特别是随着微电子技术和超大规模集成电路技术的发展，单片微型计算机以其速度快、体积小、性价比高、功能强、可靠性高等独有的特点，在各个领域(如工业控制、家电产品、汽车电子、汽车多媒体、通信、智能仪器仪表)得到了广泛的应用，相关技术也越来越成熟，片内集成了高精度 ADC 和 DAC，片内大容量闪速/电擦除程序存储器，看门
17、狗定时器(WDT )，电源监视器(PSM), UART, I2C、和 SPI 串行 I/O 接口。这些单片机的性能不仅在上述方面大大增加，在处理速度上也有了极大提高，有的还支持浮点数处理，功耗相对于用传统方法设计的系统也大大降低。当前，用在控制方面的单片机技术无论是在硬件上还是软件上都有许多成熟的经验可以借鉴，使得单片机控制系统的开发周期不断缩短，开发出的系统也更加可靠。相应的，与单片机配套的外围设备的性能也有了长足的进步。基于上述原因，车载 MP3 的系统设计采用单片机控制器。USB 控制器芯片完成对 U盘的检测，MP3 文件的识别。MP3 文件的解码，音频信号的输出。围绕一个单片机扩展相应
18、的外围电路，完成了从数据传输和数据转换到各个控制电路的软硬件设计。然后再结合项目的整体要求，编制与硬件电路相对应的软件程序。车载数控音频转发器6第二章 设计思想与方案论证本设计牵涉到车载 MP3 的解码模块和立体声调频发射模块，接收模块，该设计的关键之处主要在于芯片的选择以及电路的搭配。2.1 解码模块的方案2.1.1 软件解码软件解码就是通过相应的程序来解码，最终解码工作交给 CPU 完成。基于程序系统的 MP3 解码流程图如图 2.1 所示。2.1.2 硬件解码就是在某个芯片上有一套专门的算法对文件进行解码，不占用 CPU 太多资源。这种解码方式只能解固定的文件类型，但是它的效率比软件解码
19、的效率高很多。在硬件解码中，不同的芯片集成的解码功能也不尽相同，解码芯片的选择也同样关乎该设计： 飞利浦公司生产的解码双芯片 PNX0101ET，该芯片音质好、功能强而且稳定，是高端机的首选，有 MP3 编码功能。但是其低音量感较足、中音表现出色、而高音尺度因子解码哈夫曼信息解码同步及差错检查哈夫曼解码逆量化重排序立体声解码混淆缩减混淆缩减频率反转频率反转IMDCTIMDCT合成多相滤波合成多相滤波右声道 PCM左声道 PCM图 2.1 MP3 软件解码流程比特流车载数控音频转发器7则一般，而且成本较高。 韩国产的 TCC730 解码芯片从功能、性能、音质各方面来看都不错，低音感充足、各频段表
20、现比较平衡、而且音场更为宽阔。但是需要外接 ROM，外围元件比较多，应用比较复杂。 VS1011 产自于芬兰 VSLI 公司，是 DSP 核的单芯片音乐解码芯片，集成解码、DA 转换和放大功能。2.2 发射模块的方案2.2.1 基于芯片 BA1404 的发射电路BA1404 是日本 ROHM 公司出品的一款立体声调频发射专用芯片，它弥补了过去用分立元件来设计调频电路的不足，而且具有立体声调制的功能。基于 BA1404 的发射电路框图如图 2.2 所示。图 2 .2 BA1404 放射电路框该发射电路简单清晰，但是它的高频振荡是电容三点式振荡器，频率稳定性差，容易跑频，无 PLL 锁相环稳频，有
21、频率漂移而且 BA1404 所需的 38KHz 的专用晶振较少。2.2.2 基于芯片 BH1417 的发射电路BH1417 是一个最简单而又实用的集成电路，其电路框图如图 2.3 所示。它集锁相环电路、立体声编码电路、发送电路，外围加上几个器件就可以组成一台高频定多频点的调频立体声发送器。而且它设置了预加重电路、限幅电路及低通滤波器，可明显地改善BA1404混频网络OUTLiRiLC 振荡电路直流平衡音频旁电路车载数控音频转发器8音质，其总谐波失真达到了 0.3%，立体声分离度为 40dB，RF 输出电平为 100 dB。基于BH1417 的 FM 发射电路框图如图 2.3。低通滤波预加重BH
22、1417导频信号调整限幅电路低通滤波预加重滤波器端口键控晶振放大 VCO射频输出锁频信号合成信号图 2.3 基于 BH1417 的 FM 发射电路框图该电路将预加重电路、限幅电路、低通滤波电路一体化，使音频信号的质量得到保证，采用了锁相环锁频与调频发射电路一体化，发射的频率非常稳定，而且可通过键控部分进行频率设定，使用非常方便。2.3 方案论证2.3.1 解码模块选择软件解码占用太多的 CPU 资源，解码效率较低。硬件解码则相反，解码效率高，容易实现。所以选用硬件解码，解码芯片采用 VS1011 较为合适。VS1011 是 DSP 核的单芯片音乐解码芯片，集成解码、DA 转换和放大功能。2.3
23、.2 发射模块选择BA1404 的高频振荡是电容三点式振荡器，频率稳定性差，容易跑频，但组成的发射车载数控音频转发器9电路清晰，BA1404 所需的 38KHz 的专业晶振较少。采用低电压、低功耗设计，两声道分离度高。BH1417 将预加重电路、限幅电路、低通滤波电路 (LPF)一体化，使音频信号的质量比分立元件的电路(如 BA1404, NJM2035 等)有很大改进。采用锁相环锁频，并与调频发射电路一体化，使得发射的频率非常稳定。采用了 4 位拔码开关进行频率设定，可设定14 个频点，使用非常方便。比较上述两种方案，采用 BH1417 为主的立体声 FM 射频模块的优越性显而易见，故本设计选用 BH1417 为解码芯片方案。
