基于智能接口的音頻系統設計

摘 要:在傳統的底層硬件體系結構中，一個接口只能連接同種設備。在此，提出智能型接口技術的解決方案，使同一個接口可以連接異種異構設備，將音頻系統與智能接口技術結合在一起，進一步完善了當前設備的應用，提高了現有資源的利用率。支持常用的USB 存儲設備和SD 存儲設備。

關鍵詞:智能接口; USB; SD卡接口; 音頻系統

中圖分類號:TP368.1 文獻標識碼:B

文章編號:1004-373X(2010)10-0181-03

Design of Audio System Based on Intelligent Interface

ZHAO Jian-fei， DUAN Xin-wen

(Qinghai Normal University， Xining 810008， China)

Abstract:In a traditional low-level hardware architecture， an interface can only be connected to the same kinds of devices. A solution of the intelligent interface technology that can connectan interface to heterogeneous devices is presented.Combining the audio system with the intelligent interface technology， further improved the application of the available devices and the utilization of existing resources are improved， andthe common USB storage devices and SD memory devices are supported.

Keywords:intelligent interface; USB; interface for SD card; audio system

0 引 言

隨著現代電子技術的發展，接口技術的發展也越來越迅猛，而USB接口正是在這樣的背景下發展并壯大起來的。在傳統的硬件體系結構中，接口被看作是相應外部設備的一部分，每個接口一般都只能連接到同一種設備上。雖然通過所謂“菊花鏈”(daisyohain)方式可以把若干同種設備連接到同一接口上，卻不能將不同種類的設備混合連接到同一接口上，由于目前USB接口的設備越來越豐富，種類越來越多，為了滿足這樣的需求，這里給出一種USB 2.0[1]接口的解決方案，通過USB接口讀取各種USB設備;通過SD卡接口，讀取各種主流存儲卡。該方案支持常用的USB 存儲設備(包括U 盤/USB 硬盤/USB 閃存盤/USB 讀卡器)和SD 卡(包括標準容量SD 卡和高容量HC-SD卡以及協議兼容的MMC 卡和TF 卡)。本文提出了一種智能多接口的全硬件音頻系統的解決方案，使音頻系統的擴展性進一步增強，原則上來說可以連接目前大多數主流存儲設備，實現了一臺設備多種用途的擴展。能夠進一步把現有資源的利用率提高，具有一定的經濟和社會效益，并且采用全硬件解碼和單片機降頻工作等功耗控制方式，使整個系統的功耗降低至傳統類似設備的50%左右，符合我國節能環保的主題。

1 硬件系統設計

1.1 芯片概述

ATmega128是基于增強的AVR[2] RISC結構的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執行時間，ATmega128 的數據吞吐率高達1 MIPS/MHz。AVR內核具有豐富的指令集和32 個通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與算術邏輯運算單元(ALU) 相連接，使得1條指令可以在1個時鐘周期內同時訪問2個獨立的寄存器。這種結構大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10 倍的數據吞吐率。

CH376S[3] 是文件管理控制芯片，用于單片機系統讀寫U 盤或者SD 卡中的文件。CH376S 支持USB 設備方式和USB 主機方式，并且內置了USB通信協議的基本固件，處理Mass-Storage海量存儲設備的專用通信協議的固件;SD卡的通訊接口固件和FAT16，FAT32 以及FAT12 文件系統的管理固件支持常用的USB 存儲設備和SD 卡。

VS1053B[4]是1個單芯片Ogg Vorbis/MP3/AAC/WMA/MIDI音頻解碼器和IMA ADPCM/user-loadable Ogg Vorbis音頻編碼器，支持CD級的音頻回放和錄制，芯片內部包含1個高性能、低功耗的DSP處理器內核VS_DSP，內含16 KB的指令RAM和0.5 KB的數據RAM。VS1053B內部有1個串行控制和數據輸入/輸出接口、8個GPIO接口、高性能可變采樣率的DAC和ADC、立體聲音頻輸入接口和立體聲音頻輸出接口。

PL2303 用于實現USB與標準RS 232串行端口[5]之間的轉換，2個獨立的大型緩沖用于2種總線的連接，大型數據緩沖器用于USB 的批量數據傳輸，自動握手模式可用于串行通信，因而可以達到遠大于標準UART 控制器的波特率。PL2303 支持USB 電源管理和遠程喚醒協議。該設計中，PL2303芯片主要應用在將主控單元的下載線與供電模塊合二為一，大大簡化了系統的設計復雜度，NOKIA 5110液晶顯示器為傳統的點陣式液晶顯示器，不內置英文及漢字字庫，因此在NOKIA 5110液晶顯示的過程中，需要單片機把從存儲器中讀取到的ASCII碼值轉換成對應的英文及漢字點陣信息，然后通過串口把點陣信息傳輸到液晶顯示器[6]中進行顯示。

1.2 硬件設計框圖

該硬件系統主要由主控模塊、智能擴展接口、音頻編解碼模塊、液晶顯示模塊、鍵盤LED指示模塊、JTAG/ISP/RS 232下載接口[7]構成，邏輯連接圖如圖1所示。

圖1 硬件設計框圖

1.3 接口設計方案

1.3.1 VS1053B及鍵盤和液晶顯示接口設計

KEY1~KEY7為系統的鍵盤控制單元對應功能如表1所示。LED1~LED7對應按鍵指示燈，如按鍵KEY1被按下，則LED1燈亮。外圍接口如圖2所示。

表1 按鍵功能對應表

KEY1KEY2KEY3KEY4KEY5KEY6KEY7

音量減播放|暫停快進后退上一曲下一曲音量加

1.3.2 USB主控設備接口設計

USB主控設備的接口設計如圖3所示。

系統軟件設計[8]主要包括主程序、中斷控制子程序、鍵盤掃描子程序、LCD[9]控制子程序、外圍模塊控制程序。主程序運行流程如圖4所示，軟件系統流程圖如圖5所示。

圖2 外圍接口的設計

圖3 USB主控接口的設計

2 軟件系統設計

圖4 主程序運行圖

圖5 系統軟件流程圖

整個設計運行如圖6、圖7所示。

圖6 整體設計運行(一)

圖7 整體設計運行(二)

3 結 語

通過該設計，進一步增強了單片機在智能多接口設計中的控制功能，以及在多中斷情況下的處理方式。在單片機應用系統中，通常需要人機對話的功能，并且能夠隨時輸入數據，以及發出各種相應的控制命令，最后通過輸出接口將運行結果輸出到LCD顯示器中。由于該設計的LCD顯示器屬于傳統液晶顯示器，不內置任何字庫，因此必須通過單片機讀取SD卡Fat文件系統[10]中的漢字點陣信息，將ASCII轉換成對應的點陣信息，然后進行顯示，這也進一步增加了系統控制的難度。

由于該系統能夠對現有資源進行二次利用，采用智能接口的方案能夠靈活地對各種存儲設備進行讀取和寫入，進一步提高了資源的利用率，因此該系統具有一定的社會價值和發展前景。

參考文獻

[1]薛園園，趙建領.USB應用開發實例詳解[M].北京:人民郵電出版社，2009.

[2]金鐘夫，杜剛，王群.AVR mega 128 系列程序設計與實踐[M].北京:北京航空航天大學出版社，2008.

[3]南京沁恒電子有限公司.Ch376s 數據手冊[M].南京:南京沁恒電子有限公司，2009.

[4]VLSI.Vs1053B data sheet[EB/OL]. [2010-03-30]. http://www.vlsi.fi/en/products/vs1053.html.

[5]安格斯生.串行端口大全[M].北京:中國電力出版社，2001.

[6]孫俊喜.LCD驅動電路、驅動程序設計及典型應用[M].北京:人民郵電出版社，2009.

[7]梅麗鳳，王艷秋，汪毓鐸，等.單片機原理與接口技術[M].北京:北方交通大學出版社，2006.

[8]楊正忠，耿德根.AVR單片機應用指南與實例講解[M].北京:中國電力出版社，2008.

[9]周志敏，紀愛華.LCD背光驅動電路與應用實例[M].北京:人民郵電出版社，2009.

[10]關碩，關濟實.FAT16文件系統在單片機存儲系統上的實現[J].科技信息，2008(13):322-323.

[11]張彬，左成兵，黃少珉.EBoot下SD卡下載功能的實現[J].現代電子技術，2008，31(22):29-32.