基于智能接口的音頻系統(tǒng)設計

隨著現(xiàn)代電子技術的發(fā)展，接口技術的發(fā)展也越來越迅猛，而USB接口正是在這樣的背景下發(fā)展并壯大起來的。在傳統(tǒng)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(xié)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(tǒng)的解決方案，使音頻系統(tǒng)的擴展性進一步增強，原則上來說可以連接目前大多數(shù)主流存儲設備，實現(xiàn)了一臺設備多種用途的擴展。能夠進一步把現(xiàn)有資源的利用率提高，具有一定的經(jīng)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(tǒng)的功耗降低至傳統(tǒng)類似設備的50％左右，符合我國節(jié)能環(huán)保的主題。

l硬件系統(tǒng)設計

1.1 芯片概述

ATmega128是基于增強的AVR 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(zhí)行時間，ATmega128的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)吞吐率。

CH376S是文件管理控制芯片，用于單片機系統(tǒng)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(xié)議的基本固件，處理Mass-Storage海量存儲設備的專用通信協(xié)議的固件；SD卡的通訊接口固件和FAT16，F(xiàn)AT32以及FAT12文件系統(tǒng)的管理固件支持常用的USB存儲設備和SD卡。

VS1053B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(shù)據(jù)RAM。VS1053B內部有1個串行控制和數(shù)據(jù)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(xiàn)USB與標準RS 232串行端口之間的轉換，2個獨立的大型緩沖用于2種總線的連接，大型數(shù)據(jù)緩沖器用于USB的批量數(shù)據(jù)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(xié)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(tǒng)的設計復雜度，NOKIA 5110液晶顯示器為傳統(tǒng)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?shù)揭壕э@示器中進行顯示。

1.2 硬件設計框圖

該硬件系統(tǒng)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下載接口構成，邏輯連接圖如圖1所示。