基于智能接口的音頻系統設計

隨著(zhù)現代電子技術(shù)的發(fā)展，接口技術(shù)的發(fā)展也越來(lái)越迅猛，而USB接口正是在這樣的背景下發(fā)展并壯大起來(lái)的。在傳統的硬件體系結構中，接口被看作是相應外部設備的一部分，每個(gè)接口一般都只能連接到同一種設備上。雖然通過(guò)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(lèi)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(lái)越豐富，種類(lèi)越來(lái)越多，為了滿(mǎn)足這樣的需求，這里給出一種USB 2.0接口的解決方案，通過(guò)USB接口讀取各種USB設備；通過(guò)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(pán)／USB硬盤(pán)／USB閃存盤(pán)／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的解決方案，使音頻系統的擴展性進(jìn)一步增強，原則上來(lái)說(shuō)可以連接目前大多數主流存儲設備，實(shí)現了一臺設備多種用途的擴展。能夠進(jìn)一步把現有資源的利用率提高，具有一定的經(jīng)濟和社會(huì )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(gè)系統的功耗降低至傳統類(lèi)似設備的50％左右，符合我國節能環(huán)保的主題。

l硬件系統設計

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(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執行時(shí)間，ATmega128的數據吞吐率高達1 MIPS／MHz。AVR內核具有豐富的指令集和32個(gè)通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與算術(shù)邏輯運算單元(ALU)相連接，使得1條指令可以在1個(gè)時(shí)鐘周期內同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)2個(gè)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倍的數據吞吐率。

CH376S是文件管理控制芯片，用于單片機系統讀寫(xiě)U盤(pán)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(zhuān)用通信協(xié)議的固件；SD卡的通訊接口固件和FAT16，FAT32以及FAT12文件系統的管理固件支持常用的USB存儲設備和SD卡。

VS1053B是1個(gè)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(gè)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的數據RAM。VS1053B內部有1個(gè)串行控制和數據輸入／輸出接口、8個(gè)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(shí)現USB與標準RS 232串行端口之間的轉換，2個(gè)獨立的大型緩沖用于2種總線(xiàn)的連接，大型數據緩沖器用于USB的批量數據傳輸，自動(dòng)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(xiàn)與供電模塊合二為一，大大簡(jiǎn)化了系統的設計復雜度，NOKIA 5110液晶顯示器為傳統的點(diǎn)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(guò)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(diǎn)陣信息，然后通過(guò)串口把點(diǎn)陣信息傳輸到液晶顯示器中進(jìn)行顯示。

1.2 硬件設計框圖

該硬件系統主要由主控模塊、智能擴展接口、音頻編解碼模塊、液晶顯示模塊、鍵盤(pán)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。