關鍵詞： 解碼器

隨著MP3、WMA等數字音頻的流行，以及大容量存儲介質的迅速發展，一種新的可直接播放存儲器中音樂數據的數字音頻系統的設計方案開始嶄露頭角。  

以往在設計數字音頻系統時，需要工程師具備相關的知識和經驗，并且在軟件開發方面也要花費大量的時間和精力。ROHM公司的USB HOST音頻解碼器大大簡化了設計流程，軟件解碼都由芯片內部實現，設計者可以很輕松地構建數字音頻系統。  

傳統的CD播放系統、MP3播放器的設計通常需要存儲器控制器、解碼器、DAC、系統控制器等，這些模塊分散在各個IC中，硬件和軟件設計都比較復雜。而USB HOST音頻解碼器將這些功能集成于單芯片中，外部僅需少量的晶振和阻容元件，大大降低了成本，而且可靠性提高。  

芯片功能  

ROHM公司的USB HOST音頻解碼器中所有的解碼工作都是由硬件自動完成的，不同于其它內嵌CPU的設計方案，減少了軟件編程的復雜度。內部集成了USB和SD卡控制器，可以直接訪問存儲器中的文件。芯片按Unicode編碼對存儲器內的音樂文件排序，并按順序播放。內置了FAT文件系統，可以自動區分音樂文件和非音樂文件。芯片還可以自動跳讀損壞文件，來防止產生噪音。芯片內置了鍵盤控制器，可以外接4 X 3按鍵矩陣。音頻輸出支持模擬輸出和數字輸出。模擬輸出時可直接連接揚聲器放大器，并且內置了7種音效均衡器，在輸出時可以通過I2C總線來選擇。數字輸出支持高通用性的I2S BUS和SPDIF，可以很方便地連接到下一級數字信號處理電路中。芯片內置了一個I2C總線接口，可以與微型控制器進行通訊。USB HOST音頻解碼器的功能框圖見圖1。  

  


圖1: USB HOST音頻解碼器功能框圖。  

芯片可執行的音樂文件操作包括：播放、暫停、停止、快進/快退、跳到下一曲/上一曲、重復播放、隨機播放、音量調節、文件瀏覽、讀取ID3信息等。  

該芯片具有三種工作模式，可通過功能引腳來選擇：  

模式1也叫“獨立模式”。芯片工作時不需要外接微型控制器，可以作為主機直接播放存儲器中的音樂文件，通過內置的鍵盤控制器讀取外部的按鍵操作來選擇播放模式。芯片還內置了7個LED驅動接口，通過LED豐富的表現，可以清楚地了解到其工作模式。在該模式下芯片還支持自動播放功能，上電后會自動讀取和播放存儲器中的音樂文件，不需要外部干預。  

模式2和模式3稱為“從動模式”。芯片需要外接微型控制器，通過I2C總線傳輸指令，設計人員需要編寫相應的控制軟件。這兩種模式的實現相對于模式1復雜一些，但可以構建更高性能的系統。其中，模式2的工作流程類似于模式1的按鍵輸入，需要通過接收微型控制器發出的指令執行"PLAY"、"PAUSE"等操作。在模式3中，芯片通過I2C總線將存儲器中的音樂文件的位置發送給微型控制器，然后控制器通過指定文件的位置來選擇播放。播放時，芯片會每隔100ms讀取播放時間，通過LCD可以將曲目的播放時間、曲名等信息顯示出來。在這兩種模式中，芯片還具有RESUME功能，在下次播放時可從上次停止的地方繼續播放。  

設計實現  

本文將介紹使用ROHM的USB HOST音頻解碼器BU9437AKV和NEC的16位單片機uPD1166組成的數字音頻系統的設計實例。BU9437支持MP3和WMA文件解碼，具有上面所述的USB HOST音頻解碼芯片的所有功能。  

1．硬件設計  

硬件電路主要參考BU9437的從動模式來設計，通過I2C總線接收MCU發來的控制信息，實現模式2和模式3的功能。  

BU9437配置了SD卡和USB接口，同時為了保護USB設備在熱插拔的過程中不受到損壞，我們還設計了USB保護開關，使用的也是ROHM的USB High Side Switch芯片。音頻輸出使用的是模擬立體聲輸出，外接了一個耳機功放，可以通過耳機或有源音箱來收聽聲音。MCU外接了一個五向的開關，可以方便地進行菜單的選擇。LCD為16 X 2的字符型點陣液晶，可以顯示功能菜單、文件信息等簡單畫面。芯片通過I2C總線與MCU通訊。硬件系統框圖見圖2，BU9437應用電路見圖3。  

  


圖2：USB HOST數字音頻系統框圖  

  


圖3：U9437應用電路圖  

2．軟件設計  

軟件的設計是利用MCU的鍵盤中斷來判斷并識別鍵值，主程序循環查詢鍵值及BU9437的狀態，根據鍵值向BU9437發送不同的命令，同時在LCD上顯示BU9437的工作狀態等信息。主程序流程圖見圖5。  

  


圖5：軟件流程圖。  

導航鍵的操作使用中斷來處理，當有任何一個按鍵被按下時產生按鍵中斷，在中斷程序中除了防抖之外還要判斷按鍵的優先級，中斷程序中將直接得到按鍵的鍵值。  

液晶顯示模組有8位數據線，編寫了專用的子程序用來發送顯示數據。  

USB HOST 芯片的控制是通過I2C總線來實現的，軟件還設計了相應的I2C通訊程序，使其滿足I2C總線的通訊協議，通訊時序見圖4。  

  


圖4：I2C總線通訊時序。  

3. 設計注意事項  

1. USB HOST芯片需要外接一個16.9344MHz的晶振，如果使用無源晶振應注意該晶振的起振條件，選擇合適的震蕩電路，保證芯片上電后晶振能正常工作。  

2. 選擇模擬音頻作為輸出時，在PCB設計時最好將模擬地和數字地分開，并且在電源輸入時加大容量的濾波電容或鉭電容，可以很好地抑制噪音。  

3. 為了增加軟件的可靠性，當讀取寄存器的值時，讀取到的第一個字節都是系統的忙閑狀態，每次讀取時軟件都要處理此字節。  

本文小結  

ROHM公司的USB HOST音頻解碼芯片不僅適合于車載級應用，還能用于衛生間、保健設備等通常與音樂無關的設備，可以簡單地播放出治療音樂、自然環境音等。另外，還可以用于娛樂設備的音樂、效果音的播放，以及公共交通的車內廣播等語音發聲。這種情況下，語音數據保存在USB存儲器、SD存儲卡中，因此需要更新語音數據時，即快速又方便。