基于WT2003S 芯片的音頻播放器的設計

南京理工大學紫金學院 魏明月 帥輝明

關鍵字：LPC1114；WT2003S；音頻播放

引言

工業是一個社會的經濟基礎，并且還是保障人民生活水平的基礎。德國提出工業4.0 進行工業升級的情況下，中國提出了“中國制造2025”來作為中國促進工業產業升級的目標。工業升級就是要促進產線的機器化，提高生產效率并且保證產品質量。而產線的智能小車是作為產品或者原材料運轉的中間環節，在小車運行的過程中需要發出一些音頻聲音來確定小車目前是否發生故障或者其他的情況。這就促成了在運轉智能小車上需要裝置一個能夠發聲的音樂播放器，由于各行業之間小車與播放器之間的通信信號并沒有形成標準文件，所以現在通用的都是利用24V 電平信號的變化來選擇播放的音頻。本文就是描述了一種使用在運轉循跡智能小車上的低成本音頻播放器。

1 概述

此次設計的音頻播放器整體方案由電源電路的設計、電平翻轉電路的設計、LPC1114 最小系統電路設計、WT2003S 音頻解碼芯片電路設計、功放電路設計等組成。以保證所設計的功能可以實現。

2 系統結構

音頻播放器的整體方案框圖如圖1 所示，圖1 顯示了音頻播放器包含了使用LM22676 電源芯片設計的DC-DC 電源電路，使用ULN2003 設計的電平翻轉電路作為音頻播放信號的輸入，使用LPC1114 作為CPU 芯片作為解析輸入信號并且輸出與編解碼信號的UART 信號，WT2003S 音頻編解碼芯片作為讀取TF 卡中的音頻文件并且輸出音頻DAC 信號到功率放大器中，使用TDA1308 功率放大器則是將音頻信號放大并且通過喇叭播放出來。通過這樣的方案設計，來實現所需要的播放功能。

圖1 音頻播放器的整體方案框圖

3 電源部分

考慮到播放器是使用在工業場所中，工業場所中常見直流電壓為DC24V。所以本次所用的DC-DC 直流芯片使用的是LM22676 電源芯片實現24V 轉5V，而5V 轉3.3V 電壓則是通過常規使用的LM1117 芯片進行轉換給芯片供電。如圖2 所示為電源電路輸入前級保護電路，在工業場所中常常對產品的浪涌、全脈沖干擾有著一定的等級要求，所以前級電路中有壓敏電阻、保險絲、TVS 管作為保護器件，來避免浪涌干擾，共模濾波器的使用則是為了避免群脈沖干擾。如圖3 所示為LM22676 電源電路的設計，LMN22676 電源芯片通過R10/R9 進行輸出電壓的計算。計算公式如下：R10=[Vout/1.285-1]×1.2（R9）當確定需要輸出的電壓時即可以利用此公式來計算出R10 和R9 電阻的阻值。為了保護LM22676 芯片在后級電源中的穩定性，放置一個TVS 管和壓敏電阻作為預留保護器件。3.3V 電壓的產生是使用LM1117芯片，在此不再描述。

圖2 電源前級電路

圖3 LM22676 電路設計

4 LPC1114 芯片最小系統與電頻輸入部分

圖4 所示為單片機LPC1114 芯片最小系統電路。LPC1114芯片是恩智浦公司的一款基于ARM Cortex-M0 的微控制器，可用于低成本和高集成度的工場的嵌入式應用芯片。其工作頻率可以達到50MHz，外設擁有32KB 的FLASH、數據存儲器擁有8KB 空間、UART/IIC 接口一路、定時器擁有4 路、通用I/O口42 個。本設計中為了減少電路中的空間使用SWD 下載方式，加了一個LED 控制電路作為芯片運行指示燈。

圖4 LPC1114 最小系統電路設計

如圖5 所示為電平輸入電路設計，因為工業場所常規使用的是24VDC 直流電，所以其電平輸入常規也是24V 的電平，所以需要進行電路轉化，ULN2003 芯片前端則是使用電阻分壓之后使用鉗位電路來保證進入到ULN2003 芯片之前為5V電平。本次設計中前級的分壓電路上的24V 與0V 通過一個開關進行切換，這樣可以讓輸入有效電平在高電平與低電平中相互轉換，并且芯片中的程序還可以保持一套程序，這樣的設計方式減少了產品在出貨過程中車間燒錄的錯誤概率。ULN2003 芯片則是進行電平翻轉之后由單片機芯片LPC1114進行讀取。

圖5 電平輸入電路設計

5 音頻編解碼處理部分

音頻編解碼芯片使用的是WT2003S 芯片，如圖6 為音頻編解碼播放電路設計。WT2003S 芯片是國產的一款編解碼芯片，其支持MP3 音頻解碼功能的同時還支持SPI-FLASHTF 卡U 盤三種存儲方式，可以實現播放文件指定和按照序號排列播放的要求。利用此芯片可以減少編解碼軟件的編寫，以及相關音頻電路的設計。與芯片之間通過串口連接并使用其定制的串口控制協議來實現控制播放，降低產品的電路設計難度。WT2003S 芯片還支持案件控制、USB 接口更換存儲器內的音頻文件、內置1W功放并實現音量調節。本次設計中沒有使用其內部的功放，而是使用TDA1308 功率放大器作為驅動喇叭的功率放大器。放大器的反饋電阻用來調節放大的比例，確保音頻能夠清晰的播放出來。

圖6 音頻播放電路

6 結語

本系統設計中利用LPC1114 芯片、WT2003S 作為核心器件實現音頻播放的功能。設備在工業場所中使用時，外觀結構的設計以及喇叭播放的音腔結構的設計還需完善，并且EMI等輻射問題也是后期需要做出改變的防護設計。只有這些工作都完成之后才能真正運用在工業場所中的運轉智能小車上作為提醒狀態的產品。為工業升級做出一些貢獻。