數字多媒體存儲式智能車(chē)載音響系統解決方案

隨汽車(chē)電子技術(shù)的迅速發(fā)展， 車(chē)載音頻領(lǐng)域正在經(jīng)歷一個(gè)前所未有的技術(shù)變革，使用者對車(chē)載音頻提出了功能多樣化、操作人性化的要求， 主要包括以下三個(gè)方面:（1）具備更好的電臺接收效果以及更簡(jiǎn)便的數字式調臺操作；（2） 支持多種外加存儲設備， 如支持大容量的U 盤(pán)和SD 卡等；（3）提供更加豐富的音效處理， 如高音、重低音、等響度、平衡度等的調節以及提供流行、搖滾、爵士、古典等音效處理。以這些需求為出發(fā)點(diǎn)，設計了一款數字車(chē)載音響系統。

1 I2C 協(xié)議

I2C 總線(xiàn)作為同步串行數據輸出總線(xiàn)， 由一條串行數據線(xiàn)（SDA） 和一條串行時(shí)鐘線(xiàn)（SCL） 組成。它是一個(gè)真正的多主機總線(xiàn)，如果多個(gè)主機同時(shí)進(jìn)行初始化數據傳輸，可以通過(guò)沖突檢測和仲裁防止數據被破壞。每個(gè)連接到總線(xiàn)的器件都可以通過(guò)唯一的地址和一直存在的簡(jiǎn)單的主機/從機關(guān)系軟件設定地址。主機可以作為主機發(fā)送器或主機接收器。

2 硬件電路

2.1 電路設計

根據車(chē)載音響系統的特點(diǎn)， 設計選用STC12C5624AD系列單片機，它是宏晶公司推出的51 增強型單片機，具有低功耗、計算速度快等特點(diǎn)。當關(guān)閉音響系統時(shí)， 單片機進(jìn)入低功耗休眠狀態(tài)， 單片機切斷所有外圍模塊的供電；當系統需要工作時(shí)， 通過(guò)外部中斷喚醒單片機工作，這樣最大限度地減少功耗。音響系統電路圖如圖1 所示。

圖1 音響系統模塊電路圖

2.2 外圍硬件模塊

該系統以STC12C5624AD 單片機為核心， 通過(guò)I2C 總線(xiàn)控制其他模塊的工作。硬件模塊框圖如圖2 所示。

圖2 車(chē)載音響系統硬件模塊框圖

2.2.1 電源模塊

電源模塊采用美國國家半導體公司推出的電流輸出降壓開(kāi)關(guān)型集成穩壓電路LM2576 和LM2575 , 它們內含固定頻率振蕩器（52 kHz） 和基準穩壓器（1.23 V） , 并具有完善的保護電路（電流限制及熱關(guān)斷電路）。集成穩壓電路引入閉環(huán)控制，只需極少的外圍器件便可構成高效為穩壓電路， 輸出端電壓穩定、紋波小。

輸入端電壓范圍為10 V~40 V.輸入電壓范圍寬使系統能夠適應12 V/24 V 兩種供電車(chē)系，同時(shí)也很好地解決了汽車(chē)工作在不同工況時(shí)， 輸出電壓變化的問(wèn)題。

2.2.2 MP3 解碼模塊

MP3 解碼模塊選用的是AU7842 , 集成了微控制器、MP3/WMA 解碼器、USB 主機控制器、SD/MMC 卡控制器、16 bit 音頻解碼器和一個(gè)紅外線(xiàn)解碼器，如圖3 所示。

圖3 MP3/WMV 解碼模塊電路

AU7842 芯片是將以數字信號形式存儲的音樂(lè )文件（MP3 和WMA） 解碼成可以播放的模擬信號。開(kāi)機后，單片機循環(huán)檢測解碼芯片周?chē)娐返膭?dòng)作。當檢測到芯片外圍有存儲設備接入， 單片機控制芯片直接訪(fǎng)問(wèn)（DMA）存儲器里的內容，讀取數據并送入MP3/WMA 解碼器，解碼得到的數字信號通過(guò)數模轉換器（DAC） 轉換成模擬信號， 經(jīng)模擬音頻放大和低通濾波，就可以得到聽(tīng)到的音樂(lè )。

2.2.3 收音機模塊

收音芯片采用恩智浦半導體公司針對汽車(chē)收音機主機設計的一款包含PLL 調諧系統的低中頻調諧器TEF6606 .除了基本特征外，TEF6606 還提供良好的弱信號處理功能和一個(gè)動(dòng)態(tài)頻寬控制。TEF6606 工作原理如圖4 所示，其本振信號由PLL 調諧系統產(chǎn)生， 通過(guò)I2C總線(xiàn)對可編程分頻器的分頻系數進(jìn)行調諧， 使壓控振蕩器（VCO） 輸出的本振頻率發(fā)生變化，從而達到數字化調臺的目的[ 4].收音系統電路原理圖如圖4 所示。

圖4 收音系統電路原理圖

TEF6606 芯片具有良好的微弱信號處理功能， 提高了汽車(chē)在高速行駛和在大山之間行駛過(guò)程中收音機的收音性能。

2.2.4 音效處理模塊

音效處理模塊處理來(lái)自MP3 解碼芯片和收音芯片的聲音。主控芯片通過(guò)I2C 總線(xiàn)控制音效芯片相應寄存器， 可以設置音量、音調（低音、高音）、平衡度（ 左、右） 和響度（ 前、后）； 選擇流行、搖滾、爵士、古典等音效；芯片在低音量時(shí)通過(guò)提升高頻和低頻聲進(jìn)行聽(tīng)覺(jué)補償， 可以得到低失真、低噪聲和低直流電平漂移的聽(tīng)覺(jué)效果。

2.2.5 按鍵系統和顯示系統電路

按鍵系統采用的是兩個(gè)EC11 編碼器和4 個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)， 便于汽車(chē)在行駛過(guò)程中駕駛員的操作。LCD 采用根據汽車(chē)音響的功能而定制的筆段液晶， 能夠顯示包括收音頻率、音頻播放時(shí)間、U 盤(pán)狀態(tài)、SD 卡狀態(tài)、RPT 單曲重復播放、RDM 隨機播放、ST 立體聲狀態(tài)、LOUD 等響度、MUTE 靜音和左右聲道的電平指示等狀態(tài)。

3 系統軟件設計

系統軟件的總體流程框架如圖5 所示。在軟件的輔助下， 系統可以完成斷電記憶功能， 即在手動(dòng)關(guān)機或自動(dòng)掉電時(shí)，系統能記憶斷電前系統的動(dòng)作和各項設定值，并在下次開(kāi)機時(shí)直接調用。收音頭電路可實(shí)現以10 kHz的步長(cháng)進(jìn)行手動(dòng)搜臺和自動(dòng)搜臺，并且能夠存儲18 個(gè)常聽(tīng)的頻段。

圖5 系統軟件流程圖

斷電記憶子程序如下：

　　
使用了斷電記憶子程序， 無(wú)論是人為關(guān)機還是系統掉電， 系統都將會(huì )自動(dòng)保存斷電前使用者所設定的音效值如音量、平衡度、響度等值，以及斷電前收音機的頻段值或者是USB 和SD 中正在播放的曲目及播放的時(shí)間值， 通過(guò)Wirte_EEPROM 函數存入EEPROM.下一次系統開(kāi)啟時(shí)， 使用者不必重新設定， 系統可以直接從EEPROM 值讀取斷電前的各個(gè)設定值。

收音頭收音子程序如下：

主控芯片通過(guò)I2C 總線(xiàn)控制收音頭寄存器， 通過(guò)改變RD_DAT 的邏輯值來(lái)控制收音頭的工作狀況。通過(guò)鍵盤(pán)上按鍵操作就可以控制收音頭以三種波段切換搜臺。

旋轉搜臺按鈕， 可以以10 kHz 的步長(cháng)進(jìn)行手動(dòng)搜臺。

通過(guò)控制自動(dòng)搜臺按鈕， 收音頭可以完成10 kHz 的步長(cháng)進(jìn)行自動(dòng)搜臺。

本文設計的數字車(chē)載音響系統兼容了收音機和MP3 播放功能， 在MP3 音頻文件存儲設備方面有較大的突破，新型大容量存儲設備（USB/SD） 取代了傳統卡帶存儲。系統操作簡(jiǎn)便， 收音機和MP3 播放性能良好。為保證系統穩定工作，實(shí)驗模擬了汽車(chē)行駛狀況，將系統分別置于-40℃和+60℃環(huán)境中以及四度空間振動(dòng)試驗臺， 結果表明， 該系統能長(cháng)時(shí)間運行，且各項功能穩定。該系統已經(jīng)成功應用在某些品牌工程車(chē)。