基于便攜式DAB接收機(jī)的MP3播放器設(shè)計(jì)

引言

近年來，數(shù)字音頻廣播(Digital Audio Broadcasting，DAB)憑借其音質(zhì)好，靈敏度高，頻譜利用率高等諸多優(yōu)點(diǎn)引起了國際通信廣播行業(yè)的關(guān)注，并取得了飛速的進(jìn)展。廣電總局于2006年6月推出的《30~3000 MHz地面數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，不僅使DAB在我國有了標(biāo)準(zhǔn)的支持，更對DAB在全國的普及產(chǎn)生了重大而積極的影響。考慮到便攜式MP3播放器在當(dāng)今社會的普及程度與消費(fèi)者對其的依賴性，在DAB接收機(jī)中融合MP3解碼功能對消費(fèi)市場的開拓是很必要的。本文在不改動一款DAB接收整機(jī)原有性能的基礎(chǔ)上，提出了一種適當(dāng)加入MP3解碼功能的可行性方案。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

1.1 DAB接收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1 DAB接收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

DAB接收系統(tǒng)是基于重慶郵電大學(xué)微電子重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的一款名為ID200的基帶解碼芯片設(shè)計(jì)而成。

其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。ID200具有面積較小、功耗極低等特性。MCU采用Atmel公司推出的AT91SAM7S64微處理器，該芯片具有64 KB片內(nèi)高速Flash存儲器、32個(gè)可編程的復(fù)用I/O、SPI和TWI等豐富的內(nèi)部集成資源，性價(jià)比較高。該接收系統(tǒng)的靈敏度在3波段與L波段能達(dá)到-97 dBm以上。MPEG L2音源解碼，支持48 kHz和24 kHz采樣頻率，自動識別聲道模式，支持單通道、雙通道、立體聲。

1.2 主要器件選擇

考慮到DAB接收機(jī)的基帶解碼芯片尚未加入MP3解碼功能，以及生產(chǎn)成本、單片機(jī)速率、芯片成熟度等因素，采用了ST公司的STA013解碼芯片。該芯片具有以下特點(diǎn)：支持MPEG1、MPEG2與MPEG2.5格式解碼；支持立體聲、雙聲道、單聲道解碼；支持8~320 kbps的壓縮速率；串行位流輸入和PCM輸出接口，支持I2C總線；低功耗消耗，24 V時(shí)為85 mW；10 MHz、1431818 MHz、147456 MHz的外部輸入時(shí)鐘，或內(nèi)嵌工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)XTAL晶振，以滿足不同頻率需求。

由于STA013沒有DAC和耳機(jī)功放的功能，需選用DAC芯片，這里選用Maxim公司的MAX9850芯片。該芯片是一款低功耗、高性能的立體聲音頻DAC，集成了直接驅(qū)動耳機(jī)放大器，允許放大器輸出直接驅(qū)動耳機(jī)，無需大量隔直電容，可節(jié)約成本和布線空間，同時(shí)還提供了I2C總線和PCM輸出接口。

考慮到便攜式整機(jī)的開發(fā)與存儲器的普及程度，本方案選用MicroSD卡作為音頻數(shù)據(jù)存儲單元。MicroSD卡體積超小，卻擁有著傳輸速度高、移動靈活性強(qiáng)、安全可靠的諸多優(yōu)勢，可以運(yùn)用于各類的數(shù)碼產(chǎn)品，不浪費(fèi)產(chǎn)品內(nèi)部設(shè)計(jì)的空間。同時(shí)，它采用FAT16/32文件系統(tǒng)，且提供了SPI接口，便于消費(fèi)者文件下載與管理。

2 方案原理與設(shè)計(jì)思路

2.1 方案原理

DAB接收機(jī)中融合MP3解碼功能的方案如圖2所示。這里主要介紹與MP3解碼相關(guān)的部分。AT91SAM7S64微處理器利用SPI接口的片選線，最多能與4個(gè)從屬設(shè)備進(jìn)行通信。該系統(tǒng)中MCU的4根SPI片選線分別選中ID200、MicroSD卡、STA013以及液晶顯示模塊。RF芯片和ADC分別選用Maxim公司的MAX2170和MAX1191。MCU通過SPI總線將存在SD卡中的音頻數(shù)據(jù)讀取到MCU內(nèi)的緩沖器中，然后再通過SPI總線將數(shù)據(jù)發(fā)送到STA013中進(jìn)行音頻解碼，解碼后的音頻數(shù)據(jù)流能通過PCM輸出接口送入MAX9850，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換和耳機(jī)功放，最終由耳機(jī)輸出。

圖2 DAB結(jié)合MP3解碼功能的系統(tǒng)方案

STA013主要是靠I2C總線來傳輸控制信息，串行數(shù)據(jù)線接收音頻數(shù)據(jù)?？梢詫⒂蒘DI、SCKR、DATA_REQ三個(gè)引腳組成的串行數(shù)據(jù)線，看成是一個(gè)只有SIMO（從機(jī)輸入主機(jī)輸出）沒有SOMI（從機(jī)輸出主機(jī)輸入）的SPI總線。當(dāng)DATA_REQ置高時(shí)，將MCU緩沖器中的數(shù)據(jù)以盡可能快的速度通過SDI引腳輸入STA013，利用SCKR為解碼芯片提供串行時(shí)鐘。當(dāng)STA013的緩沖區(qū)快溢出時(shí)將DATA_REQ置低，數(shù)據(jù)停止傳輸。MCU的I2C總線與STA013的I2C接口相連，利用其傳輸命令、初始化解碼芯片及控制解碼進(jìn)程。

2.2 設(shè)計(jì)思路

圖3 MP3解碼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

MP3解碼系統(tǒng)中各模塊的連接如圖3所示。SD存儲卡系統(tǒng)定義了SD和SPI兩種通信協(xié)議，應(yīng)用時(shí)可以選擇其中一種模式。由于本方案中采用的AT91SAM7S64沒有提供硬件的SD總線接口，但提供了SPI總線接口，為了避免用軟件方式將I/O口模擬為SD總線接口，這里選用SPI總線模式進(jìn)行Micro SD卡與MCU之間的命令和數(shù)據(jù)通信。SD卡上電時(shí)總是處于SD模式下，如果系統(tǒng)想使用SPI模式進(jìn)行通信，可以在SD卡發(fā)送復(fù)位命令CMD0期間，將主控片選（SD_CSN）信號置低，從而進(jìn)入SPI模式。通過掉電再上電，能夠使SD卡系統(tǒng)重新回到SD模式。Micro SD卡是按簇存儲的，一簇中又有32個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)可存放512個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。由于SD卡、STA013和液晶都是通過SPI總線與MCU進(jìn)行通信，所以要處理好總線通信的時(shí)序問題。在SD卡初始化時(shí)打開的SPI總線，需要在獲取卡信息后關(guān)閉，然后打開LCD的SPI接口；在MP3節(jié)目播放時(shí)，需要關(guān)閉LCD的SPI，打開STA013的SPI總線。

STA013解碼芯片有3個(gè)重要的接口，分別是串行輸入接口、I2C接口以及PCM輸出接口。串行輸入接口的SDI、SCKR分別與MCU的SPI總線中的SIMO、SPICLK相連，由DATA_REQ向MCU提供中斷信號。PCM輸出接口與DAC的I2S接口相連，MCU通過I2C總線接口對MCU和DAC進(jìn)行控制。在初始化STA013芯片時(shí)，必須先通過I2C總線接口寫入由ST公司提供的配置文件。