基于ISPl362 U盘MP3播放器设计
发布时间：2010-7-24 14:58
发布者：conniede
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播放器与存储器的一体化设计对。MP3播放器的便携性起了关键性的作用，但与此同时，它又带来了很多新的问题。比如存储容量固定，如果想装下更多的歌曲只能去购买新的产品，造成了巨大的浪费。另一方面，一体化又限制了MP3播放器在其它领域的应用，比如汽车电子等。于是，将存储器与播放器分离，成为MP3的另一发展方向，也是开发这款U盘MP3播放器的意义所在。 主要芯片简介 AT89C5lSNDl是ATMEL推出的基于8位C5l MCU内核的MP3解码器芯片。它内置MP3硬件解码器，支持48kHz、44．1kHz、32kHz、24kHz、22．05kHz及l 6kHz采样频率，具有重低音、中音、高音均衡控制和重低环绕声效果。它可以适应市场上不同DAC的可编程音频输出接口，兼容PCM和12S格式。内置2304B RAM和64KB Flash程序空间，方便用户增加复杂的功能。并通过内置锁相环提供MP3和音频时钟以及USB时钟。 要想读取U盘，USB主机控制器必不可少。为了将来进一步升级系统，本文选用了功能强大的LISB一OTG芯片ISPl362。ISPl362在单芯片上集成了0TG控制器、高级主机控制器和外设控制器。ISPl362的OTG控制器完全兼容LISB2．0以及On-The-Go Supplement 1.0协议，主机和设备控制器兼容USB 2.0协议，并支持l2Mbps的全速传输和1.5Mbps的低速传输。 系统硬件结构 整个系统的搭建围绕AT89C51SNDl进行，如图1所示。由于其内部具有硬件解码器，因此电路构成并不复杂。首先由单片机控制ISPl362，将U盘中的MP3文件读取出来，送到硬件解码器进行解码。解码之后由数字音频接口将数字信号传送至音频DAC CS4330，转换之后产生音频信号。由于DAC输出的信号功率有限，在后端又加入了运算放大器，经过放大之后的信号就可以直接输出给音箱或耳机等设备了。   除了这些基本的总线连接，ISPl362还需要连接一些特殊的控制引脚： AO：用于决定控制器处于命令状态还是数据状态：O表示数据状态，l表示命令状态； Al：用于决定控制器工作于主机还是设备控制模式：O表示处于主机控制(HC)模式；1表示处于设备控制(DC)模式。 OTG－MODE接至MCU的P1.5。P1.5=O时表示处于OTG工作状态，P1.5=1贝U表示处于非OTG状态。 INTl_USB、INT2_USB分别接至MCU的INTO和INTl引脚，用以产生中断。 ISPl362有两个USB端口，分别是OTG端口和主机端口。因为OTG端口包含了主机功能，所以系统中使用0TG端口来连接U盘。根据USB2.O协议，USB主机需要2个15k的下拉电阻，但OTG端口同时又可作为设备端口使用，而设备是没有下拉电阻的。因此ISPl362提供了"软连接"机制，通过内部的寄存器来控制电阻的连接与否。所以在硬件设计时并不需要在外部加下拉电阻。而H－PSW1为开漏输出，因此加入了一个10kΩ的上拉电阻R14_USB。如图3所示。  在开始播放。MP3文件之前，需要一系列初始化操作。这些操作是通过设置AT89C51SNDlC及ISPl362内部的相关寄存器来完成的。 AT89C51SNDlC的初始化 为了正常播放：MP3文件，首先要对主控制器AT89C5lSNDlc进行以下几方面的设置。 锁相环初始化 MP3解码器和音频输出接口使用的都是内部锁相环提供的时钟。锁相环的初始化是通过设置PLLCON、PLLNDIV和PLLNDIV来完成的。其输出频率的计算公式为：PLLclk=OSCclk×(R+1)／(N+1)。 MP3解码器初始化 MP3解码器的初始化需要对MP3CON和MP3CLK进行设置。MP3解码器分缺少数据中断和校验中断两类中断，在MP3CON中可以对其进行设置。简单处理可以采用查询标志位方式，避免使用中断。MP3解码器对时钟有一定的要求，MPEGI格式的MP3数据要求最低时钟为21MHz，MPEG II格式为10.5MHz。该时钟计算公式为：MP3clk=PLLclk／(MPSD4：0+1)。 音频输出接口初始化 得到两个声道串行数据前需先对音频输出接口的AuDCON0和AIJDCONl中的相关部分进行正确的设置。配合DAC芯片CS4330，其设置如下：输出3 2位数据格式(DSIZ=1)，声道选择信号中的高电平为左声道(POL=1)，选择256·Fs的数据速率(HLR=O)，选择MP3解码器的输出为数据源(SRC=0)，18位数据右对齐(JUST4：0=14)。为了听到正常的声音，还需根据MP3的采样率设置MP3CLK来得到正确的音频输出接口的时钟，该时钟的计算公式为：AUDclk=PLLclk／(AUCD4：0+1)。 按键初始化 要实现播放MP3的人机交互功能，就需要键盘的支持，AT89C51SND1C专门提供了4个中断的按键接口，当这些中断被使能后就可以简单地通过读取KBsTA得到按键的状态。按键初始化的时候只需要在KBCON开启相应接口的中断，再开启总中断的EA即可。 ISPl362的设置 为了能正确地从U盘中读取MP3文件，首先要对USB控制芯片ISPl362进行以下几方面的设置。 数据缓冲区的划分 ISPl362内部有4KB的数据缓冲区，可划分为4部分以供USB的四种传输方式使用。其中同步传输为双缓冲，占用ISTLO和ISTlLl，一般二者大小是一样的。中断传输占用INTL。控制传输和块传输共用ATL。分别通过HclSTLButfferSize、H c I N T L B u f f e r S i z e和HcATLBufferSize来设置ISTL、INTL和ATL的大小。 中断的设定 这里的中断并不是指USB中的中断传输，而是传统意义上的硬件中断。如果不使用中断，则应该将其关闭，具体操作为将HcuPInterruptEnable置O，而HcInterTuptI)isable中所有位都置1 ATL缓冲中的设定 控制传输是任何15SB设备都有的数据传输类型，而在ISPl362中，它占用的是ATL缓冲区，因此对ATL缓冲的设定是必不可少的。具体的操作是设置以下几个寄存器：H c A T L P T D S k i p M a p、HcATLLastPTD、HcATLBlkSize、HcATLPTDDoneThresboldCoun!和HcArrLPTDI)oneThresholdTimeOut。 其它相关寄存器 ISPl362还有一些关于硬件的设置，比如端口设定以及过流保护等。除此之外，还需要确定一个帧所发送的最大数据量等信息，这些操作通过设定HcHardwareConfiguration和HcFmInterval两个寄存器完成。 读取U盘 U在使用U SB传输时使用的是块传输方式，操作相对比较复杂。除了最基本的USB协议之外，还需要实现许多其它相关协议，比如Mass Stoiage、Bulk-Only、SCSI-2、UFI等。但对USB接口芯片ISPl362而言，需要完成的仅是按照协议规定进行数据的传送。 相关描述符和设置 U盘一般使用Mass Storage协议进行通信。然而在使用MassStorage协议通信之前，应首先关注传输协议和U盘的端点描述符。 Mass Storage中的传输协议常用Bulk_Only，然而在这种传输方式下又可分多种指令集，而U盘常用SCSI指令集。Bulk_Only的传输方式在通信时应首先读取端点描述符来获取Bulk_In和Bulk_Out这两个端点号，之后才能进行USB的正常通信。 FAT文件系统 由于现在U盘的容量普遍较大，对U盘的操作往往都是按块来进行的，其大小一般均为512B。但实际U盘上的数据是以文件系统的方式来存储的，目前U盘常用的文件系统有FATl6和FAT320而这两种文件系统在很多内容方面都是相同的，因此，在实际访问中可以对其简单的区分，然后分别进行不同的操作，就能实现对不同文件系统的U盘进行访问，提高通用性。 播放MP3文件 播放一个MP3文件需要经过以下几个环节：解析U盘的文件系统，获取MP3文件的信息，从U盘中读取指定的MP3文件，将文件中的数据送至AT89C5lSNDlC内嵌的MP3解码器，解码后的数据经音频输出接口调整格式后输出两个声道的串行数据，再经过DAC芯片CS4330将数字信号转换为模拟信号，最后经集成运放。 MC33202将信号放大输出。 初始化相关芯片 对主控器AT89C5lSNDlC和USB接口芯片ISPl362的初始化是至关重要的，除了上述一些需要初始化设置的地方，还应注意单片机和ISPl362复位要同步。另外还应对MP3解码器音量控制的相关寄存器进行初始化，默认情况下它们都是0，即处于静音状态。 获取MP3文件中的数据 从U盘中获取MP3文件是一个相对烦琐的过程，首先应能按照USB的相关协议读取U盘上指定块的数据，之后还要根据得到的数据解析文件系统，从而得到指定MP3文件的起始块地址，然后通过查FAT表的方法得到后继的数据。并且还应将得到的数据存储在AT89C5lSNDlC内部开设的数据缓存中，等待MP3解码器缺少数据时使用。由于MP3解码器内部的数据缓存较小，因而就要求获取MP3文件数据的时间要尽可能的少，这就需要该部分的代码要尽量精简。 MP3解码器解码 启动MP3解码器之前应先对读取来的MP3数据的帧头进行解析，根据解析得到的采样率设置音频输出接口的时钟。从U盘中读取的数据也应先暂存在AF89C51SNDlC内部开设的数据缓存中，开始播放之前需要先通过MP3DAT向MP3解码器的数据缓存中送满lKB的数据，之后待MP3解码器出现缺少数据的状态(MP3STAl寄存器中的MPFREQ=1)，再将AT89C5lSNDlc内部数据缓存中的数据写入MP3解码器中。当数据缓存中的数据全部用完后，就应立即再次读取U盘，如此往复直到整个MP3文件都播放完毕为止。 结语 本系统很好地实现了对U盘的识别和读取，突破了传统MP3播放器中解码器与存储器一体化的限制，只需使用更大容量的U盘就可以在原有硬件基础上增加存储容量，在音响和汽车电子方面具有良好的应用前景。 |
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