數(shù)字多媒體存儲(chǔ)式智能車載音響系統(tǒng)解決方案

隨汽車電子技術(shù)的迅速發(fā)展， 車載音頻領(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(tái)接收效果以及更簡便的數(shù)字式調(diào)臺(tái)操作；（2） 支持多種外加存儲(chǔ)設(shè)備， 如支持大容量的U 盤和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(diào)節(jié)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(shè)計(jì)了一款數(shù)字車載音響系統(tǒng)。

1 I2C 協(xié)議

I2C 總線作為同步串行數(shù)據(jù)輸出總線， 由一條串行數(shù)據(jù)線（SDA） 和一條串行時(shí)鐘線（SCL） 組成。它是一個(gè)真正的多主機(jī)總線，如果多個(gè)主機(jī)同時(shí)進(jìn)行初始化數(shù)據(jù)傳輸，可以通過沖突檢測和仲裁防止數(shù)據(jù)被破壞。每個(gè)連接到總線的器件都可以通過唯一的地址和一直存在的簡單的主機(jī)/從機(jī)關(guān)系軟件設(shè)定地址。主機(jī)可以作為主機(jī)發(fā)送器或主機(jī)接收器。

2 硬件電路

2.1 電路設(shè)計(jì)

根據(jù)車載音響系統(tǒng)的特點(diǎn)， 設(shè)計(jì)選用STC12C5624AD系列單片機(jī)，它是宏晶公司推出的51 增強(qiáng)型單片機(jī)，具有低功耗、計(jì)算速度快等特點(diǎn)。當(dāng)關(guān)閉音響系統(tǒng)時(shí)， 單片機(jī)進(jìn)入低功耗休眠狀態(tài)， 單片機(jī)切斷所有外圍模塊的供電；當(dāng)系統(tǒng)需要工作時(shí)， 通過外部中斷喚醒單片機(jī)工作，這樣最大限度地減少功耗。音響系統(tǒng)電路圖如圖1 所示。

圖1 音響系統(tǒng)模塊電路圖

2.2 外圍硬件模塊

該系統(tǒng)以STC12C5624AD 單片機(jī)為核心， 通過I2C 總線控制其他模塊的工作。硬件模塊框圖如圖2 所示。

圖2 車載音響系統(tǒng)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(dǎo)體公司推出的電流輸出降壓開關(guān)型集成穩(wěn)壓電路LM2576 和LM2575 , 它們內(nèi)含固定頻率振蕩器（52 kHz） 和基準(zhǔn)穩(wěn)壓器（1.23 V） , 并具有完善的保護(hù)電路（電流限制及熱關(guān)斷電路）。集成穩(wěn)壓電路引入閉環(huán)控制，只需極少的外圍器件便可構(gòu)成高效為穩(wěn)壓電路， 輸出端電壓穩(wěn)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(tǒng)能夠適應(yīng)12 V/24 V 兩種供電車系，同時(shí)也很好地解決了汽車工作在不同工況時(shí)， 輸出電壓變化的問題。

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(jī)控制器、SD/MMC 卡控制器、16 bit 音頻解碼器和一個(gè)紅外線解碼器，如圖3 所示。

圖3 MP3/WMV 解碼模塊電路

AU7842 芯片是將以數(shù)字信號形式存儲(chǔ)的音樂文件（MP3 和WMA） 解碼成可以播放的模擬信號。開機(jī)后，單片機(jī)循環(huán)檢測解碼芯片周圍電路的動(dòng)作。當(dāng)檢測到芯片外圍有存儲(chǔ)設(shè)備接入， 單片機(jī)控制芯片直接訪問（DMA）存儲(chǔ)器里的內(nèi)容，讀取數(shù)據(jù)并送入MP3/WMA 解碼器，解碼得到的數(shù)字信號通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC） 轉(zhuǎn)換成模擬信號， 經(jīng)模擬音頻放大和低通濾波，就可以得到聽到的音樂。

2.2.3 收音機(jī)模塊

收音芯片采用恩智浦半導(dǎo)體公司針對汽車收音機(jī)主機(jī)設(shè)計(jì)的一款包含PLL 調(diào)諧系統(tǒng)的低中頻調(diào)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(diào)諧系統(tǒng)產(chǎn)生， 通過I2C總線對可編程分頻器的分頻系數(shù)進(jìn)行調(diào)諧， 使壓控振蕩器（VCO） 輸出的本振頻率發(fā)生變化，從而達(dá)到數(shù)字化調(diào)臺(tái)的目的[ 4].收音系統(tǒng)電路原理圖如圖4 所示。

圖4 收音系統(tǒng)電路原理圖

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

2.2.4 音效處理模塊

音效處理模塊處理來自MP3 解碼芯片和收音芯片的聲音。主控芯片通過I2C 總線控制音效芯片相應(yīng)寄存器， 可以設(shè)置音量、音調(diào)（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)通過提升高頻和低頻聲進(jìn)行聽覺補(bǔ)償， 可以得到低失真、低噪聲和低直流電平漂移的聽覺效果。

2.2.5 按鍵系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)電路

按鍵系統(tǒng)采用的是兩個(gè)EC11 編碼器和4 個(gè)按鈕開關(guān)， 便于汽車在行駛過程中駕駛員的操作。LCD 采用根據(jù)汽車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 盤狀態(tài)、SD 卡狀態(tài)、RPT 單曲重復(fù)播放、RDM 隨機(jī)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(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件的總體流程框架如圖5 所示。在軟件的輔助下， 系統(tǒng)可以完成斷電記憶功能， 即在手動(dòng)關(guān)機(jī)或自動(dòng)掉電時(shí)，系統(tǒng)能記憶斷電前系統(tǒng)的動(dòng)作和各項(xiàng)設(shè)定值，并在下次開機(jī)時(shí)直接調(diào)用。收音頭電路可實(shí)現(xiàn)以10 kHz的步長進(jìn)行手動(dòng)搜臺(tái)和自動(dòng)搜臺(tái)，并且能夠存儲(chǔ)18 個(gè)常聽的頻段。

圖5 系統(tǒng)軟件流程圖

斷電記憶子程序如下：

　　
使用了斷電記憶子程序， 無論是人為關(guān)機(jī)還是系統(tǒng)掉電， 系統(tǒng)都將會(huì)自動(dòng)保存斷電前使用者所設(shè)定的音效值如音量、平衡度、響度等值，以及斷電前收音機(jī)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Wirte_EEPROM 函數(shù)存入EEPROM.下一次系統(tǒng)開啟時(shí)， 使用者不必重新設(shè)定， 系統(tǒng)可以直接從EEPROM 值讀取斷電前的各個(gè)設(shè)定值。

收音頭收音子程序如下：

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

旋轉(zhuǎn)搜臺(tái)按鈕， 可以以10 kHz 的步長進(jìn)行手動(dòng)搜臺(tái)。

通過控制自動(dòng)搜臺(tái)按鈕， 收音頭可以完成10 kHz 的步長進(jìn)行自動(dòng)搜臺(tái)。

本文設(shè)計(jì)的數(shù)字車載音響系統(tǒng)兼容了收音機(jī)和MP3 播放功能， 在MP3 音頻文件存儲(chǔ)設(shè)備方面有較大的突破，新型大容量存儲(chǔ)設(shè)備（USB/SD） 取代了傳統(tǒng)卡帶存儲(chǔ)。系統(tǒng)操作簡便， 收音機(jī)和MP3 播放性能良好。為保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作，實(shí)驗(yàn)?zāi)M了汽車行駛狀況，將系統(tǒng)分別置于-40℃和+60℃環(huán)境中以及四度空間振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)， 結(jié)果表明， 該系統(tǒng)能長時(shí)間運(yùn)行，且各項(xiàng)功能穩(wěn)定。該系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用在某些品牌工程車。