【正文】 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。 圖 系統(tǒng)最終方案設(shè)計(jì) 本方案整體硬件設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，主要工作集中在軟件移植和設(shè)計(jì)方面，如 USB 通信協(xié)議的建立、文件系統(tǒng)移植、 GUI 程序設(shè)計(jì)等。播放音頻時(shí)，主控芯片K20 從 SD 卡讀取相應(yīng)的文件內(nèi)容，通過(guò) SPI 接口送入解碼器 VS1003 進(jìn)行解碼播放。 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 機(jī)械按鍵 本次設(shè)計(jì)最終選擇 K20P64M72SF1RM 作為主控制芯片，通過(guò) USB 接口從 PC 機(jī)下載WAV、 MP WMA等格式的數(shù)字音頻文件，經(jīng)由 FATFS 文件系統(tǒng)存儲(chǔ)于 SD 卡上。 表 顯示屏對(duì)比 顯示屏 分辨率 接口 顯示效果 程序復(fù)雜程度 功耗 成本 單色 LCD 屏 低 串行口 較差 簡(jiǎn)單 低 很低 彩色 LCD 屏 高 并行口 較好 復(fù)雜 高 高 單色 OLED 屏 低 串行口 一般 簡(jiǎn)單 很低 較低 彩色 OLED 屏 低 并行口 很好 復(fù)雜 較低 很高 由于播放器須 顯示的內(nèi)容不多，采用 較低分辨率的 單色屏即可滿足要求， 綜合考慮功耗、顯示效果和成本， 本系統(tǒng)選擇單色屏作為人 機(jī) 輸出接口?？蛇x的顯示屏有： ? 單色 LCD 屏 ? 彩色 LCD 屏； ? 單 色 OLED 屏； ? 彩色 OLED 屏。 這幾種人機(jī)輸入接口的特點(diǎn)如 表 所示： 表 人機(jī)輸入接口對(duì)比 人機(jī)輸入接口 電路復(fù)雜程度 程序復(fù)雜程度 使用壽命 成本 體積 觸摸按鍵 復(fù)雜，需要專用電路 簡(jiǎn)單 很長(zhǎng) 高 小 機(jī)械按鍵 簡(jiǎn)單 簡(jiǎn)單 較長(zhǎng) 低 小 PS2 鍵盤(pán) 一般，但需要專用接口 復(fù)雜，須使用 PS2 協(xié)議 較長(zhǎng) 高 很大 遙控器 一般，但需要接收器 一般，須使用解碼程序 較長(zhǎng) 較高 較大 搖控器適用于有距離間隔的場(chǎng)合， PS2鍵盤(pán)體積過(guò)大，均不適合在音頻播放器上使用；觸摸按鍵雖然使用壽命長(zhǎng)，但需要專用控制電路，成本也較高；優(yōu)質(zhì)的機(jī)械按鍵已經(jīng)能滿足播放器的要求，且電路和程序都比較簡(jiǎn)單，故選擇機(jī)械按鍵作為人機(jī)輸入接口。 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。 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。 圖 AD1853音頻解碼方案 總結(jié) 以上三個(gè)方案，各自特性歸納如 表 所示。由于 AD1853 為電流輸出方式，應(yīng)用時(shí)需外加 I/V變換電路 和功率放大電路 ，為滿足音質(zhì)要求，平衡 LPF 濾波電路和平衡 /非平衡轉(zhuǎn)換電路也必不可少。 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。 圖 UDA1334音頻解碼方案 AD1853方案 本方案同樣利用 MCU 對(duì)音頻文件進(jìn)行軟件解碼 ，所以本方案也難以實(shí)現(xiàn) MP WMA等音頻格式的解碼。 UDA1334 無(wú)音量控制功能。軟件解碼方式可以實(shí)現(xiàn)對(duì) WAV文件的解碼，但由于 MCU的運(yùn)算速度 有限 ，難以實(shí)現(xiàn) MP WMA等音頻格式的解碼。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。 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 。 VS1003 是單片集成音頻解碼器，且能進(jìn)行 ADPCM 編碼。以下三種方案均能達(dá)到基本要求， 為選出最佳設(shè)計(jì)方案，下面分別進(jìn)行論證。 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。 NTFS 的特征如下： ? NTFS 文件系統(tǒng)磁盤(pán)利用率高； ? NTFS 文件系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性好； ? NTFS 文件系統(tǒng)硬件開(kāi)銷大； ? NTFS 文件系統(tǒng)兼容性差。 NTFS簡(jiǎn)要介紹 NTFS 是 Windows NT 引入的新型文件系統(tǒng) ，它是建立在保護(hù)文件和目錄數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，同時(shí)照顧節(jié)省存儲(chǔ)資源、減少磁盤(pán)占用量的一種先進(jìn)的文件系統(tǒng)。 這種文件系統(tǒng)也有缺點(diǎn)，那就是采用 FAT32格式分區(qū)的磁盤(pán)，由于文件分配表的擴(kuò)大，其運(yùn)行速度比采用 FAT16 格式分區(qū)的磁盤(pán)速度慢。 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)。 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。 FTAFS簡(jiǎn)要介紹 FATFS Module 是一個(gè)專門(mén)為小型嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的通用 FAT(File Allocation Table)文件系統(tǒng)模塊。 表 存儲(chǔ)媒介性能比較 存儲(chǔ)介質(zhì) 存儲(chǔ)密度 讀取速度 擦除和寫(xiě)入速度 存儲(chǔ)管理 Nor Flash 低 很快 慢 易 Nand Flash 高 快 快 困難 SD 卡 高 快 快 易 U 盤(pán) 高 快 快 需要 USB 接口 通過(guò)對(duì) 表 進(jìn)行 綜合 對(duì)比分析， 最終決定 采用 SD 卡作為存儲(chǔ)媒介。 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。 U 盤(pán)是閃存的一種，因此也叫閃盤(pán)。 SD 卡有以下幾個(gè)特點(diǎn)： ? SD 卡的容量大； ? SD 卡的數(shù)據(jù)傳輸速度快； ? SD 卡的數(shù)據(jù)安全性好； ? SD 卡的體積很??； ? SD 卡的 接口很靈活。 圖 SD 卡 SPI總線模式示意圖 圖 SD 卡 基于 Kiis K20的 WAV音頻播放器的設(shè)計(jì) 7 工程技術(shù)支持中心 (ETSC) 通過(guò)對(duì)以上兩種模式進(jìn)行對(duì)比可得知 SD卡工作在 SDIO模式下時(shí)，速度要比工作在 SPI模式下快。由于 SPI總線比較簡(jiǎn)單，這里不多做陳述。 SD 卡的 SD 總線 接口模型如 圖 。 SDIO 模式又分為 1Bit 模式和 4Bit 模式，最多可以 4線傳輸 數(shù)據(jù)，因此速度較快。 SD 卡具有大容量、高性能、安全等多種特點(diǎn)的多功能存儲(chǔ)卡。 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。 基于 Kiis K20的 WAV音頻播放器的設(shè)計(jì) 6 工程技術(shù)支持中心 (ETSC) Nand F