《DSP技术与应用》课程设计报告-基于DSP的MP3播放器设计2.doc

淮阴工学院 DSP 技术及应用技术及应用 课程设计课程设计 选题名称选题名称 基于 DSP 的 MP3 播放器设计 系 院 系 院 计算机工程学院 专专 业业 嵌入式软件设计 班班 级级 计算机 1073 姓姓 名名 学学 号号 指导教师指导教师 学年学期学年学期 2009 2010 学年 第 2 学期 2010年 6 月 10 日 摘要 DSP Digital Signal Processing 也就是我们常说的数字信号处理 它是利用 计算机或专用处理设备 以数字形式对信号进行采集 变换 滤波 估值 增强 压 缩 识别等处理 以得到符合人们需要的信号形式 使用专业的 MP3 解码芯片 辅以 简单的外围电路实现 以通用数字信号处理器 DSP Digital Signal Processor 为核 心 搭建相应的外部电路形成一个系统 解码功能通过对数字信号处理芯片编程来实 现 这种方案中 使用一定开发环境进行软件的设计实现和调试测试 为了满足解码 系统的需求 需要根据性能和技术要求 对通用的数字信号处理芯片进行外围电路扩 充 这种方案的优点是系统实现的灵活性高 功能的可扩展性强 系统成本可以通过 对芯片的选择控制到相对较低的水平 而且对于同样使用数字信号处理芯片实现的系 统来说 能最大程度地进行系统集成 但是由于整个系统从硬件到软件都需要自行设 计和搭建 系统实现的难度和复杂度比较高 关键词 DSP MP3 解码 目录目录 1 方案论证 1 1 1 硬件要求 1 1 2 软件要求 1 2 设计方案 1 2 1 两种设计方案 1 3 系统整体框图 3 4 硬件电路设计 4 4 1 电源模块 4 4 2 SDRAM 扩展 6 4 3 FLASH 存储器模块 6 4 4 ROM 模块 7 4 5 系统的 PCB 图 9 总 结 10 致 谢 11 参 考 文 献 12 DSP 系统开发与应用工程实习报告 1 1 1 方案论证方案论证 1 11 1 硬件要求硬件要求 预期的 MP3 播放器的目标系统硬件要求实现以下功能 能够存储一定量的 MP3 码流文件 供解码系统使用 在系统初步实现时 存储的 码流长度至少要保证能够从主观上感受到音频信号解码的效果 能够对 MP3 码流进行解码 从 MP3 格式恢复成 PCM 码流 系统应该能够保证解码 过程的正确性 并能够满足解码算法在实现过程中所需要的存储空间 计算速度等需 求 能够把解码后输出的 PCM 码流通过扬声设备 如耳机 音箱等播放出来 这样才 能够从直观上判断解码的效果 并且方便后期在使用该系统方案时进行直观性能评价 和直接应用 能够满足系统的功率要求 一般情况下 对于电子类便携式系统 或者嵌入式应 用方案来说 系统的功耗要比较低 用电池供电能够满足系统的工作需要 1 21 2 软件要求软件要求 系统的软件应该能够实现以下功能 1 能够从数据存储介质中读取 MP3 码流数据 要能保证数据读取的速度满足系统的 需要 2 能够正确定位 MP3 文件数据的地址和文件长度 为后期进行歌曲选择打下基础 3 能够正确对 MP3 码流进行解码 并且以所需要的格式和方式输出 解码算 法要在目标系统中实现 因此 不但要保证算法的正确性 也要保证算法的适应 性 充分利用目标系统性能特性 并满足系统的运算速度要求 4 能够正确协调硬件各个模块的工作 提供正确的芯片控制信号 这项软件功能是 专门针对硬件的 需要根据目标系统的硬件需求来设计实现 2 2 设计方案设计方案 2 12 1 两种设计方案两种设计方案 为了能够设计和实现出较高性能的系统 需要了解当前的 MP3 解码器系统的实现 方案 市场调查和技术咨询的结果显示 目前 MP3 播放器系统 MP3 解码模块一般有两 DSP 系统开发与应用工程实习报告 2 种实现方案 第一 使用专业的 MP3 解码芯片 辅以简单的外围电路实现 这种方案的优点是 系统个体集成度高 电路结构紧凑 实现相对比较简单 能够很快设计实现出目标系 统并投入使用 但是由于使用的是专业芯片 芯片中的功能模块即使能扩充 幅度和 范围都相对较小 系统很难进行算法升级或功能扩充 在嵌入式应用中与原系统的集 成度不高 第二 以通用数字信号处理器 DSP Digital Signal Processor 为核心 搭建相 应的外部电路形成一个系统 解码功能通过对数字信号处理芯片编程来实现 这种方 案中 使用一定开发环境进行软件的设计实现和调试测试 为了满足解码系统的需求 需要根据性能和技术要求 对通用的数字信号处理芯片进行外围电路扩充 这种方案 的优点是系统实现的灵活性高 功能的可扩展性强 系统成本可以通过对芯片的选择 控制到相对较低的水平 而且对于同样使用数字信号处理芯片实现的系统来说 能最 大程度地进行系统集成 但是由于整个系统从硬件到软件都需要自行设计和搭建 系 统实现的难度和复杂度比较高 对于本系统设计采用方案二 即采用以 DSP 实现编解码的系统 基于 DSP 的系统设计方案 MP3 解码器的解码算法完全由 DSP 芯片实现 其控制部分用单片机实现 作为硬件 电路设计的一个部分 电路的整体设计与开发需要综合考虑前面两部分程序算法接口 内容 可以在进行详细的程序设计的基础上进行 这样 可以把 MP3 解码器的开发工 作分为两大模块 即 MP3 解码程序 DSP 实现 即软件设计 以单片机控制程序和电路 板设计部分 即硬件设计 MP3 系统开发从模块上可以划分为硬件开发和软件开发两个部分 软件主要实现 MP3 解码算法 单片机实现存储器访问控制 MP3 文件播放控制等功能 系统总体的 功能结构如图一所示 DSP 系统开发与应用工程实习报告 3 硬件系统 MP3播放器系统 软件系统 主译码模块 控制模块 模拟音频模块 电源模块 DSP 子系统 控制 子系统 图 2 1 系统结构框图 软件系统设计方案是用 DSP 软件实现 MP3 解码算法功能 并完成相应的接口访问 功能 软件功能图如图二所示 键盘 用户接口 应用程序 FLASH 文件系统 HPI 驱动 通用 驱动 应用程序 HPI 驱动 MP3 解码 输出 均衡 D A 控制子系统MP3子系统 图 2 2 MP3 解码器软件系统功能原理图 3 3 系统整体框图系统整体框图 MP3 解码算法要被用来实现数码 MP3 实时解码适配器 所以必须通过硬件实现其算 法 本系统以 DSP TMS320VC5416 作为解码的主要部分 还包括音频 D A 转换 单片 机的控制模块 电源系统 存储器模块等组成 图三给出了系统框图 DSP 系统开发与应用工程实习报告 4 DSP MP3解码 MCBSP DMA HPI 接 口 音频D A转 换模块 电源模块 FLASH SDRAM AT89C52 人机接 口模块 USB 接口 驱动 LCD 显示 耳机 基于DSP的MP3播放器框图 图 3 1 系统整体框图 4 4 硬件电路设计硬件电路设计 4 14 1 电源模块电源模块 TMS320C6711 的内核电压典型值为 1 26V 电压范围为 1 1 1 8V 外部接口电压 典型值为 3 3V 电压范围为 3 0 3 6V 另外单片机需 5V 供电 电平转换电路需 3 3V 供电 故电源系统有 5V 3 3V 和 1 26V 四种电压 电系统的 5V 电压由外部稳压 电源供给 3 3V 和 1 26V 由系统内部线性电压调节器提供 采用 TI 公司的 TPS767D3011 线性调压电路芯片 能满足系统设计要求 TPS767D3011 为双输出低漏电压调整器 其特点如下 具有快速瞬态响应功能 3 3V 1 26V 可调电压输出 输出电流范围为 0 1A 200MS 延迟的双通道上电复位 热关断保护 超低静态电流 典型值为 80uA 关断电流为 1uA 采用 TPS767D3011 构成的电源电路如图 6 2 所示 从外部稳压电源引入 5V 电压 5V 电压一方面输入给 TPS767D3011 经 TPS767D3011 后输出电压 1 26V 和 3 3V 另 一方面又直接供给单片机电源 DSP 系统开发与应用工程实习报告 5 图 4 1 电源电路 Sch TPS676D3011 芯片各功能引脚图如下所示 图 4 2 TPS676D3011 Lib DSP 系统开发与应用工程实习报告 6 4 24 2 SDRAMSDRAM 扩展扩展 本系统采用 MICron 公司生产的 MT48LC4M16AZ 作为 SDRAM 存储芯片 并可与 DSP 完全兼容 能够与 6711 实现无缝连接 MT48LC4M16AZ 连线图如图 4 12 所示 通过对 6711 的 EMIF 与 SDRAM 相关寄存器的设置之后 DSP 对 SDRAM 的访问操作将变的非常 透明 可像访问片外 SRAM 一样访问它 因此非常方便 系统中采用一片 Mieron 公司 的 MT48LC4M16AZ 数据宽度 16bit 工作电压为 3 3V 该芯片可以满足系统对内存容 量和读写速度的要求 板上通过 6711 的 EMIF 总线扩展了一片 64M 位 IM 4Blank 16 的 SDRAM 它将占用 oM642 的石而和瓦 1 二个片外存储空间可寻址范围 oXo40000 一 oX7FFFFF 最大配置时 板上可安装一片 128M 为的 SDRAM 它将占用 6711 的 CEO 一 CE3 全部四个片外存储空间 可寻址范围 0 x040000 一 OxFEFFFF 6711 状态寄存器 ST3 中的 MPNMC O 或 oxO40000 一 OxFFFFFF MPNMC 0 上电复位时 MPNMC 被清 0 由于 EMIF 每个片选的最大空间为 64M 比特 所以一片 64M 比特的 SDRAM 就要占用 1 个片选空间 然而仅有 1 个对应映射范围开始的 CE 引脚作为 SDRAM 的片选信号 所 以同时选用 CEO 和 CEI 空间 用 EMIF 的 CEO 与 SDRAM 片选 CS 相联 CEI 引脚悬空 如下图所示 图 4 3SDRAM 扩展 Sch 4 34 3 FLASHFLASH 存储器模块存储器模块 本系统采用 SST 公司推出的多用途 高性能 低电压 基于 CMOS 的 FLASH 存储 器 SST39VF80OA 其容量为 SMbit 512kx16bit 只需 2 7V 的电压就可完成读 写和 擦除操作 写入一个字节 sbit 仅需 20 s 整个存储器的擦除只需 8s FLASH 存储 DSP 系统开发与应用工程实习报告 7 器电路的连接图如图 4 13 所示 由于本系统 DSP 采用 ROM 加载方式 在上电复位之后首先将 CE1 空间的程序代码 搬到片内地址 O 处开始运行 因此 FLASH 主要分配到 DSP 的外部 CE1 空间 为使 DSP 能够正确地从 FLASH 引导并加载程序 还需配置相应的引脚 由于 C6000 系列 DSP 提 供了与 FLASH 的无缝接口 因此设计 6711 与 FLASH 的接口电路就变得相对较简单 其电路图扩展如下图所示 图 4 4 FLASH 存储器模块 Sch 4 4 ROM 模块 采用 EPROM 芯片 AT29LV010A 15JC 存储程序 接线图如下 DSP 系统开发与应用工程实习报告 8 图 4 5 ROM 存储器模块 Sch DSP 系统开发与应用工程实习报告 9 4 54 5 系统的系统的 PCBPCB 图图 图 4 6 系统生成的 Pcb DSP 系统开发与应用工程实习报告 10 总总 结结 通过为期一周的 DSP 课程实习加深了我对数字信号处理器课程的了解 巩固了了 Protel 电路板的绘图操作 通过上网搜索资料 查阅课本及课外书籍 对电路各部分 组成器件的工作原理加深了解 学会了仿真环境 CSS54 软件使用方法 动手设计电路 组成器件以及器件之间的布局与连接 加强了动手能力 实习是培养学生综合运用所学知识 发现 提出 分析和解决实际问题 锻炼实 践能力的重要环节 是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程 通过课程设计我 们能够比较系统的了解理论知识 把理论和实践相结合 并且用到生活当中 在做设 计的过程中总会出现各种问题 在这种情况下我们都会努力寻求最佳路径解决问题 无形间提高了我们的动手 动脑能力 并且同学之间还能相互探讨问题 研究解决方 案 增进大家的团队意识 实习是短暂的 影响却是长远的 每次我遇到问题时 刚开始的时候都很害怕 担心自己没办法解决掉 每次都是问老师 后来 马老师告诉我说 遇到问题不可怕 可拍的是你逃避问题 每次都是老师帮你 那以后你还不能养成自己独立解决问题的 能力 这句话深深的教会了我 通过实习让我体会了团队合作的益处 在团队中一起 发现问题 讨论问题 共同进步 共同提高 硬件实习主要是我们理论知识的延伸 它的目的主要是要在设计中发现问题 并且自己要能找到解决问题的方案 形成一种 独立的意识 我们还能从设计中检验我们所学的理论知识到底有多少 巩固我们已经 学会的 不断学习我们所遗漏的新知识 把所学的知识学的更加扎实 DSP 系统开发与应用工程实习报告 11 致致 谢谢 能够让我们顺利完成本次实习 我首先要感谢淮阴工学院计算机工程学院给我们 提供各种硬件设施和机房 还要感谢马岱 常波两位指导老师 谢谢他们的悉心指 导我们使用 Protel 的绘图制作 电路设计的指导 修改程序 在做课程设计时 老 师总能在我们身旁 为我们答疑解惑 帮我们修改电路 解决代码之中的错误 感谢 组长史艳和组员的相互帮助 团结协作 她们不时的为我解疑难问题 让我对 MP3 整 个系统的设计与编程有了更深刻的了解 帮我找出程序和电路中出错的地方 让我对 DSP 芯片有了更深入的了解 同时也让我掌握了本次课程设计的内容与相关知识 还 有首先学会使用 CSS 软件的使用方法的李加军和张伟 让我顺利完成了软件的仿真 此次实习课题虽然并不十分复杂 但是在设计过