基于dsp的mp3播放器(终稿).doc
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1、摘要:在当今这个信息、科技高速发展的数字化时代,数字信号处理技术逐步体现出它的优势与拓展空间。越来越多的电子产品将数字信号处理作为技术核心,并广泛应用于控制、通信、图像处理等各个领域。为了适应这一发展趋势,基于DSP的MP3播放器设计的这一课题也就如期而至,在这次接近实践的实习中我们将针对DSP的硬件实现原理和其结构特点,利用汇编语言设计相应的代码来实现预期目的中所要达到的MP3播放器各项功能。与此同时,针对DSP的MP3解码问题的理解和解决也成为了我们这次设计中需要克服的最大难题。相比专用芯片的MP3解码,采用DSP芯片进行软解码的灵活性、可移植性、通用性等都具有很大优势。实习中需要用PRO
2、TEL软件对外围电路进行设计和绘制,利用CCS软件进行汇编程序的编译和调试,在软硬件设计完成后将其结合进行仿真完成设计要求。关键词:数字信号处理;MP3;解码;PROTEL目录1 课题综述11.1 课题来源11.2 课题意义11.3 预期目标11.4 面对问题12 系统分析12.1 涉及到的基础知识12.2 解决问题的基本思路42.3 软件分析42.4 硬件分析42.5 总体方案43 系统设计53.1 软件设计53.2 硬件设计63.3 程序代码74 电路设计104.1 电源电路104.2 FLASH存储器电路114.3 USB接口电路124.4 PCB图135 系统仿真与调试13总 结15致
3、 谢16参考文献17DSP技术及应用课程设计报告1 课题综述1.1 课题来源DSP应用的快速发展为数字信息产品带来广阔的发展空间,并将支持通信、计算机和消费类电子产品的数字化融合。与此同时,数字编解码及压缩技术也不断进步,在对于音视频处理领域也成了当前的热点之一。MP3在这时也应运而生,成为了当今科技时尚潮流的代名词,各种手持娱乐终端、消费类电子产品中对于MP3播放器的功能,也是风靡一时。而对于MP3的压缩解码器技术理所应当的成为了我们实习的最好课题。1.2 课题意义随着各种MP3的不断更新换代,对于MP3的压缩编码解码的要求也就越来越高,本课题采用基于DSP技术下的MP3播放器,采用慢速大容
4、量外存加高速小容量外存的组合方式,音乐文件先从慢速外存下载至高速外存再载入DSP的高速RAM,下载一部分处理一部分的工作方式,充分体现了当今时代对MP3功能的需求。而研究如何将DSP技术和MP3有机的结合就成为了我们这次实习的重要意义所在。1.3 预期目标通过对软硬件的设计,使基于DSP的MP3播放器实现播放、搜索、音量控制、暂停、删除、锁定、浏览、停止、关机、播放模式控制、音场选择等功能模块。并针对其不同的功能设定不同的快捷键来方便使用。1.4 面对问题在这次设计过程中,我们需要解决基于DSP芯片上的MP3软件设计和硬件设计两大部分。对于软件部分,要利用汇编语言来实现其解码功能,并最终和其各
5、项功能结合在一起。硬件部分的难点是合理的将各模块的DSP芯片有机的连接起来。2 系统分析2.1 涉及到的基础知识2.1.1 MP3MP3全称是动态影像专家压缩标准音频层面3(Moving Picture Experts Group Audio Layer III)。是当今较流行的一种数字音频编码和有损压缩格式,它设计用来大幅度地降低音频数据量,而对于大多数用户来说重放的音质与最初的不压缩音频相比没有明显的下降。它是在1991年由位于德国埃尔朗根的研究组织Fraunhofer-Gesellschaft的一组工程师发明和标准化的。MP3也是一个数据压缩格式。它丢弃掉脉冲编码调制(PCM)音频数据中
6、对人类听觉不重要的数据(类似于JPEG是一个有损图像压缩),从而达到了小得多的文件大小。在MP3中使用了许多技术其中包括心理声学以确定音频的哪一部分可以丢弃。MP3音频可以按照不同的位速进行压缩,提供了在数据大小和声音质量之间进行权衡的一个范围。2.1.2 DSP数字信号处理(Digital Signal Processing,简称DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来,随着计算机和信息技术的飞速发展,数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息,来处理现实信号的方法,这些信号由数字序列表示。在过去的二
7、十多年时间里,数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。DSP的优点:对元件值的容限不敏感,受温度、环境等外部因素影响小;容易实现集成;VLSI可以分时复用,共享处理器;方便调整处理器的系数实现自适应滤波;可实现模拟处理不能实现的功能:线性相位、多抽样率处理、级联、易于存储等;可用于频率非常低的信号。 DSP的缺点:需要模数转换;受采样频率的限制,处理频率范围有限;数字系统由耗电的有源器件构成,没有无源设备可靠。但是其优点远远超过缺点。 2.1.3 PDIUSBD12PDIUSBD12是一款性价比很高的USB器件。它通常用作微控制器系统中实现与微控制器进行通信的高速通用并行接口,它还支持
8、本地的DMA传输;这种实现USB接口的标准组件使得设计者可以在各种不同类型微控制器中选择出最合适的微控制器;这种灵活性减小了开发的时间、风险以及费用(通过使用已有的结构和减少固件上的投资)从而用最快捷的方法实现最经济的USB 外设的解决方案;PDIUSBD12完全符合USB1.1版的规范,它还符合大多数器件的分类规格:成像类、海量存储器件、通信器件、打印设备以及人机接口设备。同样,地PDIUSBD12理想地适用于许多外设,例如:打印机、扫描仪、外部的存储设备(Zip 驱动器)和数码相机等等。它使得当前使用SCSI 的系统可以立即降低成本;PDIUSBD12所具有的低挂起功耗连同LazyCloc
9、k输出可以满足使用ACPI、OnNOW和USB电源管理的要求。低的操作功耗可以应用于使用总线供电的外设;此外它还集成了许多特性,包括SoftConnetTM、GoodLinkTM、可编程时钟输出、低频晶振和终止寄存器集合。所有这些特性都为系统显著节约了成本,同时使USB功能在外设上的应用变得容易。PDIUSBD12引脚图如图2-1所示。图2-1 PDIUSBD12芯片引脚图D0D7: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-: USB D-数据线;D+: USB D+数据线。2.1.4 SDRAMSDRAM(Synch
10、ronous Dynamic Random Access Memory),同步动态随机存储器,同步是指 Memory工作需要同步时钟,内部的命令的发送与数据的传输都以它为基准;动态是指存储阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失;随机是指数据不是线性依次存储,而是自由指定地址进行数据读写。SDRAM从发展到现在已经经历了四代,分别是:第一代SDR SDRAM,第二代DDR SDRAM,第三代DDR2 SDRAM,第四代DDR3 SDRAM。2.2 解决问题的基本思路从基础出发,不难看出对于本次课程设计我们需要从两方面考虑,一方面是对于软件的设计,另一方面是其硬件问题的解决。对于软、硬件的问题我们需要
11、先分析其设计的要求,并根据其设计要求具体设计方案,分派任务,将一项工程分而治之,各个击破。即化整为零,整理妥当后在合二为一的综合设计思路。因为MP3的编码系统和各实现模块电路在本次设计中是重点,也是难点,所以对于这部分的工作还是要做到细致入微的才行。2.3 软件分析通过系统的软件要实现数据存储介质中读取MP3码流数据,并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;与此同时,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
12、足系统的运算速度要求;最后,要能正确协调硬件各个模块的工作,提供正确的芯片控制信号。2.4 硬件分析对于MP3播放器的系统分析除了软件分析,当然还有对其硬件的分析。首先,做出的硬件要能够对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;而且可以存储一定量的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;在解码后输出的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
13、观性能评价和直接应用;最后,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。2.5 总体方案对于本次课程设计,我们将设计的工作分为两个部分:即硬件系统部分和软件系统部分。其中硬件系统主要包括主译码模块、控制模块、模拟音频模块、电源模块等。软件系统主要实现MP3解码算法,存储器访问控制,MP3文件播放控制等功能。系统总体设计如图2-2所示。图2-2 总体设计图3 系统设计3.1 软件设计考虑到MP3解码软件的复杂度和可读性,整个解码软件采用DSP C语言编写。DSP C语言具有与标准ANSI C语言相同的语法
14、特点,同时还和DSP硬件相结合,能够直接控制DSP的在片或外围设备资源。随着信号处理技术的不断发展,DSP的C语言编译器编译效率也越来越高,54X系列的C语言编译器效率能达到6070,6000系列的编译器效率高达80。所以用C语言来对DSP进行编程是必然的趋势。MP3解码算法虽然复杂,但是整个解码过程分为各个模块进行,各个模块之间相对比较独立。在整个解码软件的设计过程中,对各个模块采用子函数的方式,各个模块间的联系表现为函数的参数传递。整个解码软件由一个主函数控制,调度各个模块的有序运行。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,包括控制子系统和MP3子系
15、统两部分。控制子系统包括通用驱动、FLASH文件系统、HPI驱动等部分;MP3子系统包括HPI驱动、MP3解码、输出均衡、D/A转换等部分。软件功能设计原理如图3-1所示。图3-1 MP3软件系统设计图3.2 硬件设计对于硬件平台设计的结构框图如图3-2所示。图3-2 硬件平台结构图从结构图可以看出,整个硬件平台分为以下几个部分:核心处理器TMS320VC5416,用来执行MP3解码程序以及一些控制功能。可编程逻辑芯片CPLD,作为各个模块间的接口,包括地址译码、时序控制及格式转换等功能。存储器模块,包括程序存储器、大容量与非数据存储器,程序存储器为FLASH器件,用来存储DSP的可执行程序,
16、上电后加载到DSP内部程序空间运行解码程序,数据存储器用来存储MP3数据。音频CODEC,用来对DSP输入/输出地音频流进行数模转换,播放MP3音乐。与PC机的接口,即USB接口,用来传送大容量MP3数据。电源,用来给整个电路板供电。整个硬件平台的工作流程如下:首先通过串口或USB接口从PC机中下载MP3数据,存储在大容量数据存储器中。DSP读取存储器中的数据进行解码,还原出PCM信号,再通过DSP的缓冲串口送到音频CODEC,最终播放出MP3音乐。3.3 程序代码 .title CVSDcoder.asm .mmregsSTACK .usectSTACK,10h .global Init,B
17、eginDeltaMax.set 1280hDeltaMin.set 65hBeta .set 99hDelta0CVSD.set 10h .dataTBL: .word 0,1,0.bss ThreeJudge,3.bss InData,1.bss OutData,1.bss DeltaCVSD,1.bss ValPreCVSD,1.textInit:STM#ThreeJudge,AR5 ;将ThreeJudge的地址赋给AR5RPT#3 ;重复执行以下指令3次MVPD TBL,*AR5+ ;将TBL的数据赋给AR5指定的地址空间STM#ThreeJudge,AR5 ;将ThreeJudge
18、的地址赋给AR5ST#20,*(DeltaCVSD) ;将立即数20赋给DeltaCVSDST#0,*(ValPreCVSD) ;将立即数0赋给ValPreCVSDST#100,*(InData) ;将立即数100赋给InData Begin:LD *(InData),A ;将InData的内容赋给ASTLM A,AR1 ;将InData的内容赋给AR1LD *(ValPreCVSD),A ;将ValPreCVSD的地址赋给ASTLM A,AR0 ;将ValPreCVSD的内容赋给AR0CMPR LT,AR1 ;AR1-AR0,小于零置TC位为1BC DiffNeg,TC ;TC=1跳转到Di
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