基于DSP的mp3的设计.ppt

第四组组长 杨舒婷组员 覃吉渊邓晓蕾刘洋宣章洋张凡邸健帅高搏杨玉张通 软件要求 1 能够存储一定量的MP3码流文件 供解码系统使用 2 能够对MP3码流进行解码 从MP3格式恢复成PCM码流 3 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 4 能够满足系统的功率要求 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 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 2 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 3 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 方案设计选择 方案一 使用专业的MP3解码芯片 辅以简单的外围电路实现 方案二 以通用数字信号处理器 DSP DigitalSignalProcessor 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 录取 系统结构框图 系统硬件模块 DSP芯片选取 杨舒婷 TMS320C6711DSP处理系统 TMS320C6711TMS320C6711是美国TI公司的高速浮点DSP芯片 功能方框图 TMS320C6711组成 TMS320C6711处理器由三个主要部分组成 CPU内核 外设和存储器 CPU中8个功能单元可以并行操作 这些功能单元被分成类似的两套 每套由4个基本功能单元组成 CPU有两组寄存器 每组寄存器由16个32位寄存器组成 由于在运行期间个做硬件数据相关性的检查 所以程序的并行性在编译时就被确定 片内程序存储器的总线宽度为256的 使每个周期可取8条32位指令 TMS320C6711芯片包括片内程序存储器和数据存储器 有些芯片将这些存储器作为高速缓冲存储器 外设包括直接存储器访问 DMA 低功耗逻辑 外部存储器接口 串口 扩展总线或主机口和定时器等 TMS320C6711特点 1运行速度快 指令周期为6ns 峰值运算能力为1336MIPS 对于单精度运算可达1GFLOPS 对于算精度运算可达250MFLOPS 2硬件支持IEEE格式的32位单精度与64为双精度浮点操作 3继承了32 32bit的乘法器 其结果可为32或64bit 4TMS320C6711的指令集在C62的指令集基础上增加了浮点执行能力 可以看作是C62指令集的超集 与C62系列芯片一样 由于其出色的运算能力 高效的指令集 智能外设 大容量的片内存储器和大范围的寻址能力 这个系列的芯片适合用于基站数字波束形成 图像处理 语音识别等对运算能力和存储量有高要求的应用场合 JTAG仿真接口电路 覃吉渊 2020 3 31 为什么需要JTAG仿真测试 JTAG JointTestActionGroup 联合测试行动小组 是一种国际标准测试协议 主要用于芯片内部测试及对系统进行仿真 调试 JTAG技术是一种嵌入式调试技术 它在芯片内部封装了专门的测试电路TAP TestAccessPort 测试访问口 通过专用的JTAG测试工具对内部节点进行测试 目前大多数比较复杂的器件都支持JTAG协议 如ARM DSP FPGA器件等 标准的JTAG接口是4线 TMS TCK TDI TDO 分别为测试模式选择 测试时钟 测试数据输入和测试数据输出 JTAG测试允许多个器件通过JTAG接口串联在一起 形成一个JTAG链 能实现对各个器件分别测试 JTAG接口还常用于实现ISP In SystemProgrammable在系统编程 功能 如对FLASH器件进行编程等 通过JTAG接口 可对芯片内部的所有部件进行访问 因而是开发调试嵌入式系统的一种简洁高效的手段 设计一个DSP系统 一般必须考虑系统的软 硬件调试 调试DSP系统一般离不开DSP仿真器 而仿真器通过仿真接口实现与DSP之间的数据交互 2020 3 31 JTAG仿真测试 连接测试组 JTAG 接口用于连接最小系统和仿真器 实现仿真器对DSP的访问 JTAG接口的连接需要和仿真器上的接口一致 一般情况下 最小系统板需要引出双排的14脚插针 图中引脚间隔为0 1英寸 引脚宽度为0 025英寸 引脚长度为0 235英寸 在大多数情况下 如果开发板和仿真器之间的连接电缆不超过6英寸 可采用上述接法 在EMU0和EMU1接上拉电阻4 7K 2020 3 31 JTAG电路 2020 3 31 JTAG测试的两大优点 1 方便芯片的故障定位 迅速准确地测试两个芯片管脚的连接是否可靠 提高测试检验效率 2 具有JTAG接口的芯片 内置一些预先定义好的功能模式 通过边界扫描通道来使芯片处于某个特定的功能模式 以提高系统控制的灵活性和方便系统设计 2020 3 31 边界扫描 边界扫描技术的基本思想是在靠近芯片的输入输出管脚上增加一个移位寄存器单元 因为这些移位寄存器单元都分布在芯片的边界上 周围 所以被称为边界扫描寄存器 Boundary ScanRegisterCell 边界扫描寄存器提供了一个便捷的方式用以观测和控制所需要调试的芯片 2020 3 31 JTAG测试原理 边界扫描测试是通过边界扫描单元以及一些附加的测试控制逻辑实现的 当芯片处于调试状态的时候 这些边界扫描寄存器可以将芯片和外围的输入输出隔离开来 通过这些边界扫描寄存器单元 可以实现对芯片输入输出信号的观察和控制 在正常的运行状态下 这些边界扫描寄存器对芯片来说是透明的 所以正常的运行不会受到任何影响 2020 3 31 每个I O管脚都有一个BSC 每个BSC有两个数据通道 一个是测试数据通道 测试数据输入TDI testdatainput 测试数据输出TDO testdataoutput 另一个是正常数据通道 正常数据输入NDI normaldatainput 正常数据出NDO normaldataoutput 如图1所示 2020 3 31 图2所示是边界扫描测试应用的示意图 为了测试两个JTAG设备的连接 首先将JTAG设备1某个输出测试脚的BSC置为高或低电平 输出至NDO 然后 让JTAG设备2的输入测试脚来捕获 capture 从管脚输入的NDI值 再通过测试数据通道将捕获到的数据输出至TDO 对比测试结果 即可快速准确的判断这两脚是否连接可靠 2020 3 31 另外 芯片输入输出管脚上的边界扫描寄存器单元可以相互连接起来 在芯片的周围形成一个边界扫描链 Boundary ScanChain 一般的芯片都会提供几条独立的边界扫描链 用来实现完整的测试功能 边界扫描链可以串行的输入和输出 通过相应的时钟信号和控制信号 就可以方便的观察和控制处在调试状态下的芯片 2020 3 31 JTAG电路结构 JTAG控制器的电路结构如图3所示 JTAG控制器主要由三个部分组成 测试端口 TAP testaccessport 控制器指令寄存器 包括指令译码器 数据寄存器 2020 3 31 JTAG电路结构 1 TAP控制器是边界扫描测试核心控制器 TAP有以下5个控制信号 TCK TCK为TAP的操作提供了一个独立的 基本的时钟信号 TAP的所有操作都是通过这个时钟信号来驱动的 TCK在IEEE1149 1标准里是强制要求的 TMS TMS信号用来控制TAP状态机的转换 通过TMS信号 可以控制TAP在不同的状态间相互转换 TMS信号在TCK的上升沿有效 TMS在IEEE1149 1标准里是强制要求的 TDI TDI是数据输入的接口 所有要输入到特定寄存器的数据都是通过TDI接口一位一位串行输入的 由TCK驱动 TDI在IEEE1149 1标准里是强制要求的 TDO是数据输出的接口 所有要从特定的寄存器中输出的数据都是通过TDO接口一位一位串行输出的 由TCK驱动 TDO在IEEE1149 1标准里是强制要求的 TRST TRST可以用来对TAPController进行复位 初始化 不过这个信号接口在IEEE1149 1标准里是可选的 并不是强制要求的 因为通过TMS也可以对TAP进行复位 初始化 2020 3 31 2 指令寄存器 若执行数据寄存器边界扫描测试 则指令寄存器负责提供地址和控制信号去选择某个特定的数据寄存器 也可以通过指令寄存器执行边界扫描测试 这时 TAP输出的SELECT信号选择指令寄存器的输出去驱动TDO 3 数据寄存器 边界扫描链属于数据寄存器中很重要一种 规定 必须具有的两个数据寄存器是边界扫描寄存器 boundaryscanregister 旁通 bypass 寄存器 其它的寄存器是任选的 由指令寄存器选择某个特定的数据寄存器作为边界扫描测试寄存器 当一个扫描路径选定后 其它的路径处于高阻态 边界扫描寄存器是由围绕IC管脚的一系列的BSC组成的 正是由它来实现测试管脚信号的输入 输出 旁通寄存器只由一个扫描寄存器位组成 当选择了旁通寄存器 TDI和TDO之间只有一位寄存器 实际上没有执行边界扫描测试 旁通寄存器的作用是为了缩短扫描路径而对不需要进行测试的IC进行旁通 2020 3 31 JTAG电路结构图 模拟音频模块 邓晓蕾 模拟音频模块 D AA D PCM是实现语音信号数字化的一种方法 即语音信号的数字化 语音信号是连续变化的模拟信号 实现语音信号的数字化必须经过抽样 量化和编码三个过程 主要过程是将话音 图像等模拟信号每隔一定时间进行取样 使其离散化 同时将抽样值按分层单位四舍五人取整量化 同时将抽样值按一组二进制码来表示抽样脉冲的幅值 芯片选择 TLV320AIC23 模拟音频模块 高信噪比 ADC和DAC的输出信噪比分别可以达到90dB和100dB 低能耗 回放模式下功率仅为23mW 省电模式下更是小于15 w 高性能的立体声编解码器 其它优点 模拟音频模块 AIC23与DSP连接 AIC23与DSP的接口有两个 一个是控制口 用于设置AIC23的工作参数 另一个是数据口 用于传输AIC23的A D D A数据 将6711的McASP配置成脉冲帧同步模式 2通路TDM格式的数据流 与4片AIC23的数据接口相连 使用I2C总线与AIC23的控制口接口 模拟音频模块 模拟音频模块 I2C总线配置AIC23的时序图 使用I2C总线对AIC23进行配置时 I2C总线选择7位地址的寻址方式 由于AIC23的寄存器只有写操作无读操作 因而其通讯协议规定每个WORD的前7Bit为寄存器的地址 后1Bit为寄存器内容 在两线制的I2C方式下SDI为串行数据线 SCLK为串行时钟线 开始条件是当SCLK为高而SDI为下降沿 1到7个位时钟传输寄存器地址 R W位决定数据传输方向 第9个位时钟识别地址并接受数据传输 后2个8位时钟传输控制数据位 9位 模拟音频模块 AIC23输出 TLV320AIC23有两种输出方式 立体声输出和耳机输出 耳机输出可以直接驱动16Q和32Q的耳机 不需要外部再进行功率驱动 立体声输出没有经过内部放大器 是直接输出音频信号输出电路图如下图所示 2020 3 31 电源模块 张通 2020 3 31 电源电路总览 2020 3 31 电源电路设计要求 2020 3 31 电源分配设计 2020 3 31 芯片介绍 2020 3 31 采用TPS767D3011构成的电源电路如图所示 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 5V 1 26V 3 3V 电源电路图 时钟电路与复位电路 宣章洋 时钟电路 时钟电路的三种方式 1 晶体电路2 晶振电路3 可编程时钟芯片电路 PLL 选取 为降低时钟的高频噪声干扰 提高系统整体的性能 通常设计时使用频率较低的外部参考时钟源 为此须采用可编程时钟芯片电路 复位电路 作用 防止死机分类 1 看门狗自动复位电路 MAX706T 2 手动复位电路 自动复位电路 MAX809 手动复位电路 存储器扩展模块 张凡 系统外部存储拓展需求分析 本系统采用镁光公司生产的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 该存储芯片数据宽度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 C6711通过配置EMIF的寄存器 可使用8bit 16bit及32bit宽度的SDRAM 最大直接寻址空间为128MB 通过外部逻辑电路可以访问256MB的空间 本系统由EMIF的CE0管脚与外扩SDRAM芯片直接相连 将其存储空间映射到EMIF的CE0空间 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M29W040 150NZ6R 其容量为4Mbit 512kb 8 只需2 7V的电压就可完成读 写和擦除操作 整个存储器的擦除只需2 5s FLASH存储器电路的连接图如下 在MP3数据存储时 本系统采用了目前主流的SD卡存储方式 SD卡具有体积小 重量较轻 鞋带方便 同时也具有快速数据传递率 高记忆容量 很好的安全性和移动的灵活性等优点 因而非常适合我们的产品需求 单片机模块 刘洋 单片机模块 MP3解码器的解码算法完全由DSP芯片实现 而其控制部分用单片机实现 这里我们选用的单片机是AT89C52 它通过PDIUSBD12与USB相连并通过键盘来控制 PDIUSBD12 USB AT89C52 键盘 USBPDIUSBD12 D0 D7 双向8位数据线 ALE 地址锁存使能信号 CLKOUT 可编程时钟输出 INT PDIUSBD12中断输出 D USBD 数据线 D USBD 数据线 SUSPEBD 芯片进入挂起状态DMACK DMA响应 低电平有效 DMREQ DMA请求EOT DMA传输结束 另一个功能VBUS感知器GL 发光二极管指示器 低电平有效 A0 地址位 A0 1时选择命令 A0 0时选择数据 在多路复用地址和数据总线配置时 这一位不考虑 应接高电平 PDIUSBD12芯片是由Philips公司推出的一种USB1 1接口芯片 它可以工作在5V或者3 3V的工作电压下 具有8位数据总线 且有完全自治的DMA传输操作 它还具有可控制的软件连接 SoftConnect 功能 可以保证在微控制器可靠完成初始化之后再连接上USB总线 另外 它还有一个LED驱动脚 可以外接LED来监测USB的枚举过程和数据传输过程 当USB接口枚举完成 并且成功配置以后 LED将会一直点亮 而在枚举过程以及USB数据通信过程中 LED只是有节奏地闪烁 PDIUSBD12适应于不同类型的设备 有四种不同的模式 非同步传输 同步输出传输 同步输入传输 同步输出 输入传输 共有3各端点 分别为端点0 端点1和端点2 端点是一个USB设备唯一可以确认的部分 它是主机和设备之间的通信流终点 每一个USB逻辑设备都包括一个端点集合 PC机应用软件只能通过一个或多个端点与一个USB设备通信 在设备接入时 每个逻辑设备都有一个由系统分配的唯一地址 而一个设备上的任一个端点都有一个有设备确定的唯一的标识和端点号 利用设备的地址和端点号就可以唯一指定任一个端点 所有的USB设备都要拥有端点0 它总是在设备一经接入和上电时就进行配置 该端点用于对一个逻辑设备进行初始化和一般的操作 端点0支持控制传输 通过它访问一般的USB状态和控制操作 单片机与PDIUSBD12的通信主要是靠单片机给PDIUSBD12发命令和数据来实现的 PDIUSBD12的命令字分为三种 初始化命令字 数据流命令字和通用命令字 PDIUSBD12给出了各种命令的代码和地址 单片机先给PDIUSBD12的命令地址发命令 根据不同命令的要求再发送或读出不同的数据 因此 可以将每种命令做成函数 用函数实现各个命令 以后直接调用函数即可 单片机通过PDIUSBD12与主机通信过程 当PDIUSBD12收到主机发来的令牌包以后 就给单片机发中断 单片机进入中断服务程序 它将数据从PDIUSBD12内部FIFO取回到CPU存储器并根据中断寄存器判断USB令牌包的类型从而建立正确的事件标志以通知主循环程序进行处理主循环检查事件标志并进入相应子程序进行进一步的处理 PDIUSBD12收到令牌包 发中断到单片机 单片机进中断子程序 从PDIUSBD12取回数据 判断USB令牌包类型 建立正确的事件标志 通知主循环程序检查事件并进入子程序作进一步处理 LCD扩展模块 邸建帅 LCD扩展 LCD模块选择VPG240128TA SC HT LED04 LCD工作电压与DSP的电压不匹配 需要做电平匹配 LCD电平转换芯片SN74LVC4245ALCD模块通过排线与单板连接 LCD显示器的分类 LCD显示器有段式与点阵式两种 此处使用点阵字符模式LCD 点阵字符模式LCD专门用来显示字母 数字 符号等 它由若干5x7或5x10点阵组成 每一个点阵显示一个字符 寄存器 LCD内部有两个寄存器 指令寄存器 IR 数据寄存器 DR 显示过程先把欲存放数据地址写入IR 再把欲显示的数据写入DR DR自动把数据送入RAM 电平转换 PCB电路板的设计 什么是PCB板 PCB板就是印刷电路板 它几乎会出现在每一种电子设备当中 电子零件都是镶在大小各异的PCB上的 PCB的主要功能是提供上头各项零件的相互电气连接 为了兼顾信号质量和成本 最终我们的PCB板采用了四层板 顶层线路 原件层 电源层 接地层 底层线路 cpu层 怎么画PCB板 根据硬件原理图分成四个部分 主板 背板 连接板 子板在protel99SE软件中画出相应的印刷电路板图 然后采用印刷版雕刻机 与微机相连就可将在protel99SE中设计完成的电路图直接雕刻出来了 PCB板雕刻坏的后果 MP3播放器中pcb板的设计是极其重要的 因为在同一块芯片上同时存在着很多种频率的信号 如果处理不当的话 就会造成信号间的干扰 即使原件和电路设计的再好也会导致音质变差甚至是mp3播放器工作不稳定 thanks