移動卡拉OK系統(tǒng)

引言

在當(dāng)今這樣一個充滿競爭與挑戰(zhàn)的社會，人們的生活顯得日益緊張而繁忙，同時也對休閑娛樂的要求越來越高?？ɡ璷k作為一種休閑娛樂項目一直備受人們青睞。但人們在唱歌時往往被局限于狹小的卡拉ok廳內(nèi)，行動、思維、靈感上都大大受到影響，無法最佳發(fā)揮。針對這種現(xiàn)狀，我們設(shè)計出一種基于u盤存儲的體積小巧的移動卡拉ok系統(tǒng)。用戶可以在精心設(shè)計的環(huán)境中隨心所欲地引吭高歌，充分展示自己的激情與靈感，使人與音樂達(dá)到完美結(jié)合。

系統(tǒng)硬件實現(xiàn)

本系統(tǒng)以at89c51snd1c為核心處理器，采用美國國家半導(dǎo)體公司的lm4832、lmv722和lm4838作為立體聲音頻功率放大器， 以cs4330為音頻dac，k9f5608u0a為存儲器并通過usb接口與主機通信，從而實現(xiàn)歌曲播放與麥克風(fēng)輸入；同時輔以鍵盤輸入控制和lcd實時顯示。整體硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

歌曲播放部分主要實現(xiàn)歌曲播放與麥克風(fēng)輸入，即實現(xiàn)音樂與用戶歌聲的融合，是系統(tǒng)的核心部分。本系統(tǒng)采用at89c51snd1c作為中央處理器。flash中存儲的mp3文件經(jīng)解碼器解碼后輸出i2s格式的數(shù)字信號，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換后輸出左右兩路微弱的音頻模擬信號，分別作為lm4832左右聲道的輸入信號。本設(shè)計利用lm4832、lmv722和lm4838的巧妙結(jié)合(如圖1所示)，對音樂信號和用戶歌聲進(jìn)行混合和功率放大，達(dá)到絕佳的音響效果。

lm4832是具有i2c接口的數(shù)控音質(zhì)音量的立體聲音頻功率放大器。它的左右聲道、高低音均獨立可調(diào)，并具有3d音響效果和軟件可控低功耗休眠模式。此外，它還提供兩路獨立可選的麥克風(fēng)輸入前置放大與音量控制，這就使得整個系統(tǒng)實現(xiàn)卡拉ok的功能成為可能。但lm4832的音頻輸出與麥克風(fēng)輸出是獨立的，這就需要對歌曲和用戶歌聲進(jìn)行前置混合。在此采用lmv722構(gòu)成的加法運算電路，它具有低噪聲高增益帶寬的特點，其增益帶寬高達(dá)10mhz，完全滿足本系統(tǒng)的要求。由于lmv722是單電源供電的，要結(jié)合前級輸入信號幅值來設(shè)計它的直流偏置電壓值，同時其輸出的兩路混合信號要經(jīng)過濾波電路濾除其直流偏置后方可作為后級功放輸入。為了達(dá)到卡拉ok震撼人心的音響效果，需要對音頻信號進(jìn)行功率放大，因此選用功率高達(dá)2w的lm4838音頻功率放大器。它具有dc音量控制、可選內(nèi)外部增益、低音加重等特點，并帶有過熱保護(hù)電路和低功耗休眠模式（休眠電流為0.7 a）。這里通過螺旋電位器來調(diào)節(jié)功率大小。lm4838輸出提供揚聲器和耳機兩種接口，而且兩者之間可以方便切換，使得用戶可以隨意改變自己的方式。

值得注意的是：在整個音頻功放實現(xiàn)過程中，要合理分配每級電路的增益，以免音頻信號失真。 lcd實時顯示部分設(shè)計

lcd用于實時歌詞和狀態(tài)顯示。由于windows 系統(tǒng)自帶的字庫有267k之多，因此選用容量為512k的flash w29c040來存放字庫。同時考慮到主處理器ram大小及音頻解碼的連續(xù)性，我們選用一片單片機（即從處理器）來專門處理lcd的顯示，它與主處理器之間通過串口（uart）來通信。lcd上的每個漢字是以16 16點陣方式來顯示的，需用32字節(jié)來表示；每個ascii字符是以8 16點陣方式顯示,需用16字節(jié)來表示。而1首歌曲歌詞文件（*.lrc）一般有1～2k字節(jié)左右大小，故采用外擴ram(62256)來存儲歌詞文件。整個lcd顯示部分采用總線結(jié)構(gòu)，編程簡單方便，處理數(shù)據(jù)游刃有余。

u盤設(shè)計部分

歌曲的存放與更新采用usb接口。存儲器大小可以自選，作為代表性實驗，本系統(tǒng)采用32m flash k9f5608u0a作存儲器。u盤設(shè)計的硬件電路十分簡單，只需將flash和主處理器的一些相應(yīng)引腳相連即可。u盤設(shè)計的重點是usb協(xié)議的實現(xiàn)，在后文將會詳細(xì)介紹。為了保證系統(tǒng)能正確識別出當(dāng)前狀態(tài)是處于u盤狀態(tài)，還是處于歌曲播放狀態(tài)，需要設(shè)置狀態(tài)判定電路，如圖2所示。

系統(tǒng)軟件主要包括歌曲播放和usb通信程序。系統(tǒng)上電后，根據(jù)p3_4口判斷當(dāng)前所處的狀態(tài)而分別執(zhí)行相應(yīng)的程序代碼。 歌曲播放軟件設(shè)計

歌曲播放器程序要與鍵盤和lcd配合起來設(shè)計。程序流程大概可分為：硬件初始化→獲取u盤中mp3歌曲列表→歌曲播放和lcd顯示。

硬件初始化主要負(fù)責(zé)mp3解碼器的時鐘設(shè)置、flash復(fù)位和lm4832的初始化，這是系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵。lm4832上電時，其聲道音量和麥克風(fēng)音量均為無聲狀態(tài)，表1為左聲道的i2c數(shù)據(jù)流格式真值表，其他類似，具體可參考lm4832芯片資料。因此需設(shè)置各狀態(tài)初始值，將各初始值均設(shè)在0db。另外硬件初始化還包括鍵盤、lcd、uart初始化等工作。

獲取u盤中的mp3歌曲列表通過查找u盤根目錄區(qū)中每個目錄項來實現(xiàn)，同時將歌曲數(shù)目通過串口發(fā)送給lcd顯示從處理器。

usb海量存儲設(shè)計

主處理器讓usb海量存儲設(shè)備在批量傳輸方式下工作，這樣共需要3個端點。

0端點：控制端點。用于控制傳輸，pc機通過與端點0相對應(yīng)的管道來讀取設(shè)備描述符，完成對設(shè)備地址的設(shè)置，并完成配置。此端點為雙向數(shù)據(jù)傳輸端點。

兩個非0端點：批量傳輸端點。這種端點為單向數(shù)據(jù)傳輸端點，分別為批量輸入端點和批量輸出端點。

主處理器通過一個端點中斷寄存器（uepint）和pc機通信。如果某個端點完成了相應(yīng)的操作，就會引發(fā)中斷。u盤主程序流程圖如圖4所示。

在批量傳輸方式下，有3種類型的數(shù)據(jù)在usb和設(shè)備之間傳送：cbw、csw和普通數(shù)據(jù)。因此，批量傳輸階段程序設(shè)計的任務(wù)就是要識別來自批量輸出端點的cbw與數(shù)據(jù)，進(jìn)行相應(yīng)的處理，然后通過批量輸入端點向主機回傳相應(yīng)的csw或數(shù)據(jù)。pc機依次向設(shè)備發(fā)出inquiry、read capacity、ufi mode sense、read format capacity等請求，這幾個命令用于告知pc這個設(shè)備的存儲器情況，pc基于此創(chuàng)建一個存儲器設(shè)備，即在瀏覽器中生成一個移動盤符，并可以復(fù)制、刪除或創(chuàng)建文件等。系統(tǒng)自動將這些命令都轉(zhuǎn)換成read或write兩種命令，通過usb的read或write命令塊描述符從flash中相應(yīng)扇區(qū)讀取數(shù)據(jù)，或是將特定長度的數(shù)據(jù)寫入flash相應(yīng)簇中。文件在u盤中按fat16協(xié)議存儲。由于pc對存儲器的讀寫是按扇區(qū)（512字節(jié)/扇區(qū)）為最小單位進(jìn)行的，但bulk端點的最大傳輸能力為64字節(jié)。因此，主機讀寫操作的數(shù)據(jù)傳輸過程要分多次才能完成。而寫操作比讀操作更加繁瑣一些，這是因為flash在對某扇區(qū)進(jìn)行寫之前，必須要將其擦除，而擦之前存在已有數(shù)據(jù)的保存問題。為了加快主機與u盤之間數(shù)據(jù)傳輸率，讀寫操作的代碼改用匯編來編寫。測試表明，u盤的讀寫速度可達(dá)到450kbps。

結(jié)束語

本系統(tǒng)采用lm4832、lmv722和lm4838的巧妙結(jié)合作為立體聲音頻功率放大器，并利用u盤存儲技術(shù)來存儲歌曲，使得整個系統(tǒng)不僅擁有優(yōu)質(zhì)的視聽效果，而且體積僅有180mm 70mm 100mm這么大。實驗表明，本移動卡拉ok系統(tǒng)不僅具有數(shù)控音質(zhì)音量、立體聲音頻功率放大和超強3d音響效果的特點，而且功耗低、用戶界面友好、便于攜帶。同時它也可作為mp3播放器或u盤使用，功能齊全。