基于SPCE061A的車(chē)載DVD播放器設計與實(shí)現

摘要：介紹了基于凌陽(yáng)單片機SPCE061A的車(chē)載多碟DVD播放器的硬件結構設計和系統軟件設計，詳細闡述了MCU與DVD多碟碟盒（CDC）之間的通信以及聲音控制器的軟件實(shí)現，同時(shí)還分析了該設計方案的獨特方面。本設計方案現場(chǎng)測試結果令人滿(mǎn)意。
關(guān)鍵字：車(chē)載DVD播放器；SPCE061A；微控制器

1 引言
近幾年來(lái)，我國汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，汽車(chē)相關(guān)的電子產(chǎn)品市場(chǎng)日趨龐大。車(chē)載DVD作為新一代汽車(chē)影音市場(chǎng)消費潮流的代表，發(fā)展前景相當廣闊。目前在中國銷(xiāo)售的汽車(chē)影音系統以外資品牌居多，國內品牌較少。因此，研究并開(kāi)發(fā)出一套有自主特色的車(chē)載DVD控制系統，有其實(shí)際應用價(jià)值。本文為此設計并實(shí)現一套基于凌陽(yáng)單片機SPCE061A的車(chē)載多碟DVD播放器。

2 系統硬件
本文介紹的車(chē)載多碟DVD系統，其硬件結構圖如圖1所示：虛線(xiàn)右方為車(chē)載多碟DVD播放器的硬件結構框圖，它以凌陽(yáng)16位單片機SPCE061A為核心，集成了DVD控制模塊、FM/AM收音模塊、聲音控制模塊、LCD顯示模塊、鍵盤(pán)模塊以及紅外遙控處理模塊；虛線(xiàn)左方為多碟DVD機盒，它受控于DVD播放器，負責音/視頻解碼，提供音頻信號以及PAL/NTSC制式的視頻信號，實(shí)時(shí)返回當前播放信息。
接下來(lái)介紹一下組成DVD播放器系統的幾個(gè)主要功能模塊。

2.1 微控制器SPCE061A[1]
SPCE061A是凌陽(yáng)科技推出的一款16位結構的微控制器。它功耗小，系統處于備用狀態(tài)（睡眠狀態(tài)）時(shí)的耗電僅為2μA/3.6V；內置2K字SRAM和32K字的FLASH；2個(gè)16位可編程定時(shí)器/計數器；2個(gè)10位DAC（數/模轉換）輸出通道；2個(gè)16位通用可編程輸入/輸出端口IOA和IOB；豐富的中斷資源：定時(shí)器A/B中斷、時(shí)基中斷、2個(gè)外部中斷以及觸鍵喚醒中斷；7通道10位電壓模/數轉換器（ADC）和單通道聲音模/數轉換器；具備串行設備接口（SIO）；可通過(guò)鎖相環(huán)PLL振蕩器選擇系統時(shí)鐘信號；低電壓復位功能和低電壓檢測功能；WatchDog功能等。與其它單片機相比，SPCE061A是一款資源豐富、功能強大、集成度高的微控制器，采用此款單片機作為本系統的微控制器具有較高的性?xún)r(jià)比。

2.2 面板模塊
包括按鍵電路和紅外接收電路兩部分，其中鍵盤(pán)部分共有16個(gè)用戶(hù)按鍵。為了合理利用SPCE061A的I/O端口資源和8路A/D資源，這里采用電阻陣列電路，當不同按鍵按下時(shí)得到不同的電壓，并通過(guò)兩路A/D （IOA2和IOA3）來(lái)采集按鍵的電壓信號。由于部分按鍵具有長(cháng)按/短按復用功能，因此設置一路A/D專(zhuān)門(mén)負責采集短按鍵信號，另一路A/D負責采集具有復用功能的按鍵信號，根據A/D轉換得到的電壓值，查表判別出對應的功能鍵值。

本系統的紅外遙控碼采用UPD6122編碼方式，即引導碼由一個(gè)9ms 的低電平和一個(gè)4.5ms 的高電平構成，緊跟引導碼的是8位系統碼、8位系統反碼、8位功能碼以及8位功能碼的反碼。紅外接收電路將接收到的紅外信號經(jīng)過(guò)光電轉換、解調以及整形，最終得到脈沖數據。連接紅外碼數據的IOB3（外部中斷2）在常態(tài)下為高電平輸入狀態(tài)。當脈沖數據到達時(shí)，產(chǎn)生下降沿觸發(fā)MCU外部中斷2，這時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器B開(kāi)始接收串行遙控數據。

圖1 系統硬件結構圖

2.3 聲音控制模塊
聲音控制模塊分為聲音控制器與功率放大器兩部分，其中聲音控制器的輸出信號輸入到功率放大器進(jìn)行放大。本設計采用Philips公司的TEA6320[2]芯片作為聲音處理控制芯片。這是一款適用于車(chē)載音響電路的具有高保真度的聲音衰減控制電路，通過(guò)I2C總線(xiàn)控制實(shí)現立體聲預放大功能。它最多可有4路雙聲道的聲音源輸入和1路單聲道的聲音源輸入，本系統共有三路聲音源：DVD聲音源、收音聲音源和麥克風(fēng)輸入。

功率放大器選用TDA7384A[3]芯片。該芯片適用于車(chē)載音響放大電路，能放大4路信號，具有失真小、輸出噪聲低、大功率輸出（每路通道的功率可達35W/4Ω）等特點(diǎn)。此外，管腳ST-BY和MUTE可控制功率放大器的工作狀態(tài)：當ST-BY和MUTE都為高電平，則功率放大器處于工作模式；當ST-BY和MUTE都為低電平，則功率放大器停止工作。

2.4 LCD顯示模塊
采用芯片CS1685[4]作為液晶顯示的驅動(dòng)電路，直接驅動(dòng)156段的LCD。本設計中將SPCE061A的串行設備輸入輸出端口SIO作為MCU與LCD之間的數據通信接口，以字節為單位連續發(fā)送顯示數據。其中IOB0為時(shí)鐘端口（SCK），IOB1為數據端口（SDA），分別與芯片的63腳CL（同步時(shí)鐘）和64腳DI（傳輸數據）直接相連。

3 系統軟件
3.1 軟件結構設計
一個(gè)系統性能的好壞跟系統軟件的整體設計密不可分。為了實(shí)現系統功能的穩定性和易擴展性，本系統軟件設計遵循以下幾點(diǎn)編程原理：
（1）消息驅動(dòng)的編程模式。整個(gè)軟件系統由主程序、中斷服務(wù)程序和功能子程序三大部分組成，其中中斷服務(wù)程序僅負責設置標志位，向主程序的消息隊列添加相應信息。主程序若檢測到標志位，則執行對應功能。采用這種編程模式，大大減少了中斷處理程序占用的時(shí)間，避免發(fā)生事件沖突，提高了系統響應的及時(shí)性和精確性。
（2）各個(gè)功能子程序模塊化。功能塊與功能塊之間的信息通過(guò)入口參數、出口參數來(lái)傳遞，使模塊間具有很好的獨立性。
（3）主程序中，每次循環(huán)結束時(shí)清除看門(mén)狗計數器WatchDog，防止因異常情況而發(fā)生程序“跑飛”的現象。系統主程序設計流程框圖如圖2所示。

圖2 系統主程序流程框圖
SPCE061A的系統時(shí)鐘頻率由32768Hz的實(shí)時(shí)時(shí)鐘經(jīng)過(guò)PLL倍頻電路產(chǎn)生，通過(guò)對寄存器P_SystemClock單元編程可選擇不同的系統時(shí)鐘頻率和CPU時(shí)鐘頻率。由于默認狀態(tài)下系統時(shí)鐘頻率fosc=24.576 MHz，并且上電復位或系統從睡眠狀態(tài)被喚醒后，默認的CPU時(shí)鐘頻率為fosc/8?？紤]到系統的穩定性，本設計方案選用24.576 MHz作為系統時(shí)鐘頻率，fosc/8作為CPU時(shí)鐘頻率。

3.2 MCU與多碟DVD機之間的通信
車(chē)載多碟DVD播放器中，如何實(shí)時(shí)控制DVD機的播放/暫停、停止、選取上/下碟等功能是本設計的核心部分。DVD機與MCU之間的通信數據采用脈寬調制（PWM）波形，根據脈沖不同的寬度決定是“0”或是“1”。為了及時(shí)、準確地發(fā)送控制碼，選擇采用外部中斷1（IOB2）和定時(shí)器A，實(shí)現控制碼字的發(fā)送跟接收。發(fā)送控制字時(shí)，根據當前比特數據是“0”還是“1”，設置BUS電平為低或高，同時(shí)設置定時(shí)器的初始值，啟動(dòng)定時(shí)器。由于DVD機播放時(shí)，每隔1秒左右返回播放信息，如當前碟號、當前播放時(shí)間等。為了及時(shí)收到返回的信息，利用外部中斷1下降沿觸發(fā)方式，當有信息返回時(shí)，BUS線(xiàn)由常態(tài)高電平變?yōu)榈碗娖?，產(chǎn)生一個(gè)外部中斷請求信號。MCU檢測到外部中斷信號，則開(kāi)始接收數據。接收數據時(shí)，定時(shí)器用來(lái)計量相鄰比特的間隔，判斷是否接收超時(shí)。若在接收數據過(guò)程中進(jìn)入定時(shí)器中斷，則表示接收超時(shí)。

3.3 聲音控制器程序設計
由于SPCE061A無(wú)I2C總線(xiàn)接口，所以分別用兩個(gè)I/O口模擬I2C總線(xiàn)的數據線(xiàn)SDA和時(shí)鐘線(xiàn)SCL，對TEA6320寫(xiě)入不同的控制字，實(shí)現音量控制、低音控制、高音控制、左右平衡/前后平衡控制、靜音控制和響度開(kāi)關(guān)控制等功能。I2C總線(xiàn)寫(xiě)入格式如圖3所示，其中該芯片的從地址MAD為80H；子地址SAD從00H到07H，對應的寄存器依次為音量/響度（Vol/Loud）控制寄存器、前右聲道（FFR）控制寄存器、前左聲道（FFL）控制寄存器、后右聲道（FRR）控制寄存器、后左聲道（FRL）控制寄存器、低音（Bass）控制寄存器、高音（Treble）控制寄存器和聲道選擇（Switch）控制寄存器。SAD后的一個(gè)字節是寫(xiě)入相應寄存器的控制字。TEA6320提供三種靜音方式：一種是利用管腳12實(shí)現硬件靜音，一種是利用Switch控制字的最高位GMU直接實(shí)現整體靜音，還有一種是由Vol/Loud控制字的最高位ZCM和GMU組合來(lái)實(shí)現靜音功能。最后一種靜音方式可實(shí)現直接靜音或過(guò)零點(diǎn)靜音。

圖3 TEA6320 I2C總線(xiàn)控制字格式

各個(gè)功能的軟件實(shí)現原理基本相同，這里只介紹TEA6320的初始化。圖4是初始化的軟件流程圖。由于TEA6320在寫(xiě)入的數據超過(guò)1個(gè)字節時(shí)，子地址能自動(dòng)遞增，所以只要SAD取00H，8個(gè)控制字依次寫(xiě)入對應的控制寄存器即可完成。特別要注意，每次電路上電復位后，均要對TEA6320的8個(gè)寄存器初始化。初始化完畢，后續寫(xiě)入的控制字才會(huì )有效。

圖4 TEA6320初始化軟件流程

4 系統設計方案的獨特性
4.1 節能設計
任何電子產(chǎn)品，節約能源永遠是設計者追求的目標。利用SPCE061A的IOA0~IOA7觸鍵喚醒功能，設置IOA2、IOA3作為采集鍵盤(pán)電壓信號的兩路A/D。若在一定時(shí)間間隔內沒(méi)有按鍵按下，則關(guān)閉系統時(shí)鐘（PLL振蕩器），轉入睡眠狀態(tài)。若系統接收到喚醒信號，則接通PLL振蕩器，同時(shí)CPU響應喚醒事件的處理。觸鍵喚醒的設計方法降低了系統的功耗。

4.2 電源檢測
由于車(chē)載電子工作環(huán)境的特殊性，供應的電源往往不穩定，尤其是電壓過(guò)高時(shí)對車(chē)載電子器件的損傷較大。利用SPCE061A低電壓復位（LVR）和低電壓監測（LVD）功能，當檢測到電源不穩或電壓不在工作范圍內時(shí)，顯示屏提示電源錯誤的信息，系統進(jìn)入關(guān)機模式，避免由于電源不穩造成器件的損壞。

4.3 軟件更新
凌陽(yáng)單片機SPCE061A內嵌有32K字的FLASH ROM，只要在電路面板上引出程序下載接口，可隨時(shí)實(shí)現軟件更新，軟件升級相當方便。

4.4 實(shí)時(shí)音量顯示
不同于市面上很多產(chǎn)品采用的音量模擬顯示方式，本文介紹的系統能真實(shí)地反映出當前音量。通過(guò)對左右聲道音量的電壓采集以及AD轉換，在LCD的音量指示區實(shí)時(shí)準確地顯示音量大小。

5 結束語(yǔ)
本文介紹的車(chē)載多碟DVD播放器系統實(shí)現了設計模塊化、通用化，同時(shí)亦具有自身的特色。目前整個(gè)系統已經(jīng)順利通過(guò)測試階段，現場(chǎng)測試結果令人滿(mǎn)意。

參考文獻
[1] 羅亞非等 凌陽(yáng)16位單片機應用基礎 北京航空航天大學(xué)出版社 2003
[2] Data Sheet of TEA6320 Philips Semiconductors Dec 1995
[3] Data Sheet of TDA7384A STMicroelectronic Mar 1999
[4] Data Sheet of CS1685 無(wú)錫華潤矽科微電子有限公司 2003