基于USB HOST音頻解碼器的數字音頻系統設計

以往在設計數字音頻系統時(shí)，需要工程師具備相關(guān)的知識和經(jīng)驗，并且在軟件開(kāi)發(fā)方面也要花費大量的時(shí)間和精力。ROHM公司的USB HOST音頻解碼器大大簡(jiǎn)化了設計流程，軟件解碼都由芯片內部實(shí)現，設計者可以很輕松地構建數字音頻系統。

傳統的CD播放系統、MP3播放器的設計通常需要存儲器控制器、解碼器、DAC、系統控制器等，這些模塊分散在各個(gè)IC中，硬件和軟件設計都比較復雜。而USB HOST音頻解碼器將這些功能集成于單芯片中，外部?jì)H需少量的晶振和阻容元件，大大降低了成本，而且可靠性提高。

芯片功能

ROHM公司的USB HOST音頻解碼器中所有的解碼工作都是由硬件自動(dòng)完成的，不同于其它內嵌CPU的設計方案，減少了軟件編程的復雜度。內部集成了USB和SD卡控制器，可以直接訪(fǎng)問(wèn)存儲器中的文件。芯片按Unicode編碼對存儲器內的音樂(lè )文件排序，并按順序播放。內置了FAT文件系統，可以自動(dòng)區分音樂(lè )文件和非音樂(lè )文件。芯片還可以自動(dòng)跳讀損壞文件，來(lái)防止產(chǎn)生噪音。芯片內置了鍵盤(pán)控制器，可以外接4 X 3按鍵矩陣。音頻輸出支持模擬輸出和數字輸出。模擬輸出時(shí)可直接連接揚聲器放大器，并且內置了7種音效均衡器，在輸出時(shí)可以通過(guò)I²C總線(xiàn)來(lái)選擇。數字輸出支持高通用性的I2S BUS和SPDIF，可以很方便地連接到下一級數字信號處理電路中。芯片內置了一個(gè)I²C總線(xiàn)接口，可以與微型控制器進(jìn)行通訊。USB HOST音頻解碼器的功能框圖見(jiàn)圖1。

圖1: USB HOST音頻解碼器功能框圖。

芯片可執行的音樂(lè )文件操作包括：播放、暫停、停止、快進(jìn)/快退、跳到下一曲/上一曲、重復播放、隨機播放、音量調節、文件瀏覽、讀取ID3信息等。

該芯片具有三種工作模式，可通過(guò)功能引腳來(lái)選擇：

模式1也叫“獨立模式”。芯片工作時(shí)不需要外接微型控制器，可以作為主機直接播放存儲器中的音樂(lè )文件，通過(guò)內置的鍵盤(pán)控制器讀取外部的按鍵操作來(lái)選擇播放模式。芯片還內置了7個(gè)LED驅動(dòng)接口，通過(guò)LED豐富的表現，可以清楚地了解到其工作模式。在該模式下芯片還支持自動(dòng)播放功能，上電后會(huì )自動(dòng)讀取和播放存儲器中的音樂(lè )文件，不需要外部干預。

模式2和模式3稱(chēng)為“從動(dòng)模式”。芯片需要外接微型控制器，通過(guò)I²C總線(xiàn)傳輸指令，設計人員需要編寫(xiě)相應的控制軟件。這兩種模式的實(shí)現相對于模式1復雜一些，但可以構建更高性能的系統。其中，模式2的工作流程類(lèi)似于模式1的按鍵輸入，需要通過(guò)接收微型控制器發(fā)出的指令執行PLAY、PAUSE等操作。在模式3中，芯片通過(guò)I²C總線(xiàn)將存儲器中的音樂(lè )文件的位置發(fā)送給微型控制器，然后控制器通過(guò)指定文件的位置來(lái)選擇播放。播放時(shí)，芯片會(huì )每隔100ms讀取播放時(shí)間，通過(guò)LCD可以將曲目的播放時(shí)間、曲名等信息顯示出來(lái)。在這兩種模式中，芯片還具有RESUME功能，在下次播放時(shí)可從上次停止的地方繼續播放。

設計實(shí)現

本文將介紹使用ROHM的USB HOST音頻解碼器BU9437AKV和NEC的16位單片機uPD1166組成的數字音頻系統的設計實(shí)例。BU9437支持MP3和WMA文件解碼，具有上面所述的USB HOST音頻解碼芯片的所有功能。

1．硬件設計

硬件電路主要參考BU9437的從動(dòng)模式來(lái)設計，通過(guò)I²C總線(xiàn)接收MCU發(fā)來(lái)的控制信息，實(shí)現模式2和模式3的功能。

BU9437配置了SD卡和USB接口，同時(shí)為了保護USB設備在熱插拔的過(guò)程中不受到損壞，我們還設計了USB保護開(kāi)關(guān)，使用的也是ROHM的USB High Side Switch芯片。音頻輸出使用的是模擬立體聲輸出，外接了一個(gè)耳機功放，可以通過(guò)耳機或有源音箱來(lái)收聽(tīng)聲音。MCU外接了一個(gè)五向的開(kāi)關(guān)，可以方便地進(jìn)行菜單的選擇。LCD為16 X 2的字符型點(diǎn)陣液晶，可以顯示功能菜單、文件信息等簡(jiǎn)單畫(huà)面。芯片通過(guò)I²C總線(xiàn)與MCU通訊。硬件系統框圖見(jiàn)圖2，BU9437應用電路見(jiàn)圖3。

圖2：USB HOST數字音頻系統框圖