【正文】 增加的外圍模塊 僅為 音頻解碼芯片，外圍 電路相對(duì)簡(jiǎn)單 。 基于 Kiis K20的 WAV音頻播放器的設(shè)計(jì) 3 工程技術(shù)支持中心 (ETSC) 3. 方案論證 播放器設(shè)計(jì)方案分析 本次設(shè)計(jì)播放器須達(dá)到的具體要求： 首先需通過(guò) PC 機(jī) USB 端口向 存儲(chǔ)器 中傳輸音頻文件，用人機(jī)輸入接口控制讀 存儲(chǔ)器 中已存在的音頻文件，經(jīng)音頻解碼芯片解碼后向外部設(shè)備 耳機(jī) 輸入高質(zhì)模擬音頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)播放音樂(lè)。 本次設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)為 研究數(shù)字音頻技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用，結(jié)合數(shù)字音頻和嵌入式系統(tǒng)這兩個(gè)前沿技術(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)基于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)字音頻播放 器 。 項(xiàng)目意義 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的總結(jié)并應(yīng)用，在完成作品的過(guò)程中，遇 到問(wèn)題積極主動(dòng)思考，并解決問(wèn)題，能夠曾強(qiáng)自身對(duì)知識(shí)的理解，這 也 將為以后找到好的工作 打下 基礎(chǔ)。與此同時(shí)，人機(jī)交互 GUI 模塊實(shí)現(xiàn)內(nèi)部存儲(chǔ)文件和當(dāng)前文件的信息顯示，并對(duì) 人機(jī)輸入接口 功能做出提示。 可以更多的集中精力進(jìn)行軟件移植和測(cè)試 。 SPI Nor Flash 比 Parallel Nor Flash 便宜，接口簡(jiǎn)單一些，但是速度慢一些。 SD 卡的 SD 總線 接口模型如 圖 。 FATFS 可以被嵌入到低成本的微控制器中，如 AVR、 805 PIC、 ARM、 Z80 等等，只需要做簡(jiǎn)單的修改。 本方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，單片 VS1003 就可以實(shí)現(xiàn)音頻解碼、濾波、功率放大，外圍電路少，程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單， 音質(zhì)較好 。 人機(jī)交互 人機(jī)界面是人機(jī)交互的重要途徑，好的人機(jī)界面設(shè)計(jì)能給用戶帶來(lái)更好的體驗(yàn)，提升播放器的實(shí)用性。 基于 Kiis K20的 WAV音頻播放器的設(shè)計(jì) 13 工程技術(shù)支持中心 (ETSC) 5. 進(jìn)度安排 畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間進(jìn)度安排如 表 所示。 人機(jī)輸入接口 人機(jī)輸入接口是用戶進(jìn)行信息輸入的基本途徑，設(shè)計(jì)合理的人機(jī) 輸入接口使得播放器操作便捷、舒適，并能更好地發(fā)揮播放器的性能。本方案基于 Kiis K20的 WAV音頻播放器的設(shè)計(jì) 9 工程技術(shù)支持中心 (ETSC) 的組成結(jié)構(gòu)如 圖 所示。 FATFS 的特征如下： ? FATFS 文件系統(tǒng)兼容 FAT16 和 FAT32； ? FATFS 文件系統(tǒng)的一直很方便； ? FATFS 文件系統(tǒng)適合小型嵌入式系統(tǒng)。由于 SPI總線比較簡(jiǎn)單，這里不多做陳述。 Nor flash 的特點(diǎn)歸納如下： ? Nor Flash 的容量較?。? ? Nor Flash 的寫(xiě)入和擦除速度慢，但是讀取速度很快； ? Nor Flash 接口靈活。 基于 AM9 內(nèi)核的 S3C2440A處理器制作 WAV音頻播放器， 其外圍所需要的模塊僅為音頻編碼芯片，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成簡(jiǎn)單，便于開(kāi)發(fā)。 圖 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖 微控制器 MCU選型 畢 業(yè)設(shè)計(jì)微處理器的選擇不僅對(duì)作品質(zhì)量、功能、復(fù)雜程度上有影響，對(duì)畢業(yè)正式工作的方向和未來(lái)發(fā)展也會(huì)具有一定影響，因此 MCU的選擇至關(guān)重要。 盡管 現(xiàn)有 音頻播放器的 產(chǎn)品已經(jīng)很成熟，開(kāi)發(fā)出一個(gè)音頻播放器的商機(jī)不大，但是 音頻播放器 所涉及的領(lǐng)域包括數(shù) 字電子、模擬電子 、 音頻解碼 、 嵌入式系統(tǒng)等眾多方面，通過(guò)設(shè)計(jì)音頻播放器 ，提出解決問(wèn)題的方案，培養(yǎng) 了 知識(shí)綜合應(yīng)用能力和實(shí)踐動(dòng)手能力 ，對(duì)于 學(xué)習(xí)USB 協(xié)議 、音頻解碼、軟件架構(gòu)等 知識(shí) 也 有眾多益處。在音頻數(shù)據(jù)編碼方面，因?yàn)樯婕暗酱罅康臄?shù)學(xué)計(jì)算， MP3 解碼器的結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜， 所以 對(duì)其處理器與內(nèi)存的要求也越來(lái)越高。利用自己大學(xué)積累的嵌入式設(shè)計(jì)知識(shí) ，并且通過(guò)導(dǎo)師 的指導(dǎo)，相信會(huì)提交一份完美的音頻播放器作品。低功耗方面，它具有全靜態(tài)的“等待”和“停止”兩種模式，從總體上降低了功耗 。 Nor Flash 在 1~4MB的小容量時(shí)具有很高的成本效益。 SD 卡的工作模式分為兩種： SDIO 模式和 SPI 模式。 文件系統(tǒng)的選擇 目前應(yīng)用最多的文件系統(tǒng)主要為微軟公司的 FAT3 FATFS、 NTFS 等。 VS1003方案 本方案采用專用 音頻 解碼芯片 VS1003 進(jìn)行音頻解碼與輸出。其組成結(jié)構(gòu)如 圖 所示。本系統(tǒng)組成如 圖 所示。 人機(jī)輸出接口 基于 Kiis K20的 WAV音頻播放器的設(shè)計(jì) 11 工程技術(shù)支持中心 (ETSC) 顯示屏是播放器信息輸出的重要途徑，主要用來(lái)顯示文件信息、播放列表、播放進(jìn)度等信息。 UDA1334 是低功耗音頻 DAC，最高 可 支持 24bit 采樣的音頻數(shù)據(jù)，它內(nèi)部集成濾波器、DAC、功率放大器，支持低音增強(qiáng)，電路簡(jiǎn)單，音質(zhì)較好。 FAT32 的特征如下： ? FAT32 文件系統(tǒng)磁盤(pán)利用率高； ? FAT32 文件系統(tǒng)運(yùn)行速度稍差； ? FAT32 文件系統(tǒng)兼容性好； ? FAT32 文件系統(tǒng)分區(qū)上限大。因?yàn)轫?xiàng)目要求 SD卡數(shù)據(jù)傳輸速度越高越好，因此采用 SDIO 模式來(lái)操作 SD卡。 Nand Flash 以塊為單位進(jìn)行讀和寫(xiě)操作，所以基于 Nand Flash 的存儲(chǔ)器就可以取代硬盤(pán)或其他塊設(shè)備。 總結(jié) 基于 Kiis K20的 WAV音頻播放器的設(shè)計(jì) 5 工程技術(shù)支持中心 (ETSC) 此次設(shè)計(jì)音頻播放器需要支持 USB 下載、 SD卡存儲(chǔ)、人機(jī)交互等功能，為了簡(jiǎn)化外圍電路設(shè)計(jì)， 提高數(shù)據(jù)處理速度 ， 微控制器必須內(nèi)部集成 USB 控制器 、 SPI、 I2S等功能模塊。 基于 M0+內(nèi)核的 LPC1113方案 LPC1113 是基于 ARMCortexM0 的微控制器，可用于高集成度和低功耗的嵌入式 產(chǎn)品 。 作品可行性分析 經(jīng)濟(jì)可行性分析 本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā) 用到的外圍芯片相對(duì)較少，多數(shù)由微控制器內(nèi)部集成。嵌入式系統(tǒng)已經(jīng) 廣泛地滲透到科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)、軍事技術(shù)、商業(yè)文化及人們的日常生活的 方方面面中。 由此可見(jiàn)，完成音頻播放器在操作上完全可行。 基于 M4內(nèi)核的 K20P64M72方案 基于 Kiis K20的 WAV音頻播放器的設(shè)計(jì) 4 工程技術(shù)支持中心 (ETSC) K20P64M72SF1RM 是基于 ARMCortexM4 的微控制器，用以滿足需要有效且易于使用控制和信號(hào)處理功能混合的數(shù)字信號(hào)控制市場(chǎng)。下面我們就這幾種存儲(chǔ)媒介進(jìn)行分別介紹。 概括地講， Nand flash 有以下幾個(gè)特點(diǎn)： ? Nand Flash 的容量大； ? Nand Flash 的傳輸速度快； ? Nand Flash 中存在壞塊，需要進(jìn)行壞塊管理； ? Nand Flash 芯片的體積小。 U 盤(pán)有以下特點(diǎn)： ? U 盤(pán)的容量大，最低的容量為 32M，相當(dāng)于 23 張軟盤(pán)； ? U 盤(pán)的傳輸速度快； ? U 盤(pán)的穩(wěn)定性好，在數(shù)據(jù)安全上有很大的改善； ? U 盤(pán)的便攜性極佳，可以裝在口袋里，也可以串在鑰匙鏈上； ? U 盤(pán)的訪問(wèn)需要一個(gè) USB 控制器。 表 文件系統(tǒng)性能比較 文件系統(tǒng) 磁盤(pán)利用率 最大分區(qū)容量 占用硬件資源 兼容性 FATFS 高 32G 小 好 FAT32 高 32G 大 好 NTFS 高 2T 大 差 根據(jù) 表 ，本設(shè)計(jì)采用 FATFS。 AD1853 屬于高檔音頻 DAC，左右聲道采用平衡式電流輸出，極大的降低了環(huán)境對(duì)輸出信號(hào)線的干擾，輸出信噪比高達(dá) 117dB。 表 系統(tǒng)最終方案設(shè)計(jì) MCU 存儲(chǔ)介質(zhì) 文件系統(tǒng) 解碼器 顯示屏 輸入方式 K20P64M72SF1RM SD 卡 FATFS VS1003 128x64 OLED