【正文】 增加的外圍模塊 僅為 音頻解碼芯片，外圍 電路相對簡單 。 基于 Kiis K20的 WAV音頻播放器的設計 3 工程技術支持中心 (ETSC) 3. 方案論證 播放器設計方案分析 本次設計播放器須達到的具體要求： 首先需通過 PC 機 USB 端口向 存儲器 中傳輸音頻文件，用人機輸入接口控制讀 存儲器 中已存在的音頻文件，經(jīng)音頻解碼芯片解碼后向外部設備 耳機 輸入高質模擬音頻信號，實現(xiàn)播放音樂。 本次設計的出發(fā)點為 研究數(shù)字音頻技術在嵌入式系統(tǒng)中的應用，結合數(shù)字音頻和嵌入式系統(tǒng)這兩個前沿技術，設計一個基于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)字音頻播放 器 。 項目意義 畢業(yè)設計是對大學四年所學知識的總結并應用，在完成作品的過程中，遇 到問題積極主動思考，并解決問題，能夠曾強自身對知識的理解，這 也 將為以后找到好的工作 打下 基礎。與此同時，人機交互 GUI 模塊實現(xiàn)內(nèi)部存儲文件和當前文件的信息顯示，并對 人機輸入接口 功能做出提示。 可以更多的集中精力進行軟件移植和測試 。 SPI Nor Flash 比 Parallel Nor Flash 便宜，接口簡單一些，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，只需要做簡單的修改。 本方案結構簡單，單片 VS1003 就可以實現(xiàn)音頻解碼、濾波、功率放大，外圍電路少，程序設計簡單， 音質較好 。 人機交互 人機界面是人機交互的重要途徑，好的人機界面設計能給用戶帶來更好的體驗，提升播放器的實用性。 基于 Kiis K20的 WAV音頻播放器的設計 13 工程技術支持中心 (ETSC) 5. 進度安排 畢業(yè)設計時間進度安排如 表 所示。 人機輸入接口 人機輸入接口是用戶進行信息輸入的基本途徑，設計合理的人機 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音頻播放器的設計 9 工程技術支持中心 (ETSC) 的組成結構如 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總線比較簡單，這里不多做陳述。 Nor flash 的特點歸納如下： ? Nor Flash 的容量較??； ? Nor Flash 的寫入和擦除速度慢，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)結構組成簡單，便于開發(fā)。 圖 系統(tǒng)整體結構圖 微控制器 MCU選型 畢 業(yè)設計微處理器的選擇不僅對作品質量、功能、復雜程度上有影響，對畢業(yè)正式工作的方向和未來發(fā)展也會具有一定影響，因此 MCU的選擇至關重要。 盡管 現(xiàn)有 音頻播放器的 產(chǎn)品已經(jīng)很成熟，開發(fā)出一個音頻播放器的商機不大，但是 音頻播放器 所涉及的領域包括數(shù) 字電子、模擬電子 、 音頻解碼 、 嵌入式系統(tǒng)等眾多方面，通過設計音頻播放器 ，提出解決問題的方案，培養(yǎng) 了 知識綜合應用能力和實踐動手能力 ，對于 學習USB 協(xié)議 、音頻解碼、軟件架構等 知識 也 有眾多益處。在音頻數(shù)據(jù)編碼方面，因為涉及到大量的數(shù)學計算， MP3 解碼器的結構越來越復雜， 所以 對其處理器與內(nèi)存的要求也越來越高。利用自己大學積累的嵌入式設計知識 ，并且通過導師 的指導，相信會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 進行音頻解碼與輸出。其組成結構如 圖 所示。本系統(tǒng)組成如 圖 所示。 人機輸出接口 基于 Kiis K20的 WAV音頻播放器的設計 11 工程技術支持中心 (ETSC) 顯示屏是播放器信息輸出的重要途徑，主要用來顯示文件信息、播放列表、播放進度等信息。 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，電路簡單，音質較好。 FAT32 的特征如下： ? FAT32 文件系統(tǒng)磁盤利用率高； ? FAT32 文件系統(tǒng)運行速度稍差； ? FAT32 文件系統(tǒng)兼容性好； ? FAT32 文件系統(tǒng)分區(qū)上限大。因為項目要求 SD卡數(shù)據(jù)傳輸速度越高越好，因此采用 SDIO 模式來操作 SD卡。 Nand Flash 以塊為單位進行讀和寫操作，所以基于 Nand Flash 的存儲器就可以取代硬盤或其他塊設備。 總結 基于 Kiis K20的 WAV音頻播放器的設計 5 工程技術支持中心 (ETSC) 此次設計音頻播放器需要支持 USB 下載、 SD卡存儲、人機交互等功能，為了簡化外圍電路設計， 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)濟可行性分析 本系統(tǒng)的開發(fā) 用到的外圍芯片相對較少，多數(shù)由微控制器內(nèi)部集成。嵌入式系統(tǒng)已經(jīng) 廣泛地滲透到科學研究、工程設計、軍事技術、商業(yè)文化及人們的日常生活的 方方面面中。 由此可見，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音頻播放器的設計 4 工程技術支持中心 (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處理功能混合的數(shù)字信號控制市場。下面我們就這幾種存儲媒介進行分別介紹。 概括地講， Nand flash 有以下幾個特點： ? Nand Flash 的容量大； ? Nand Flash 的傳輸速度快； ? Nand Flash 中存在壞塊，需要進行壞塊管理； ? Nand Flash 芯片的體積小。 U 盤有以下特點： ? U 盤的容量大，最低的容量為 32M，相當于 23 張軟盤； ? U 盤的傳輸速度快； ? U 盤的穩(wěn)定性好，在數(shù)據(jù)安全上有很大的改善； ? U 盤的便攜性極佳，可以裝在口袋里，也可以串在鑰匙鏈上； ? U 盤的訪問需要一個 USB 控制器。 表 文件系統(tǒng)性能比較 文件系統(tǒng) 磁盤利用率 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 ，本設計采用 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)境對輸出信號線的干擾，輸出信噪比高達 117dB。 表 系統(tǒng)最終方案設計 MCU 存儲介質 文件系統(tǒng) 解碼器 顯示屏 輸入方式 K20P64M72SF1RM SD 卡 FATFS VS1003 128x64 OLED