Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
2 Розрахунково – конструкторська частина
2.1 Вибір та обґрунтування схеми пристрою
2.1.1 Вибір та обґрунтування структурної схеми
Сьогодні в експлуатації знаходиться велика кількість різних цифрових декодуючих пристроїв – МР3 – програвачів різноманітних виробників, зі своїми схемними рішеннями та додатковими функціями. Це зробило його багатофункціональним але відповідно збільшила і ціна пристрою. Даний цифровий декодер розробляється як найпростіший варіант пристроїв даного типу, який виконує перетворення цифрової інформації в аналогову. При цьому він своїми характеристиками не поступається промисловим зразкам.
Кожен із структурних блоків декодера цифрового сигналу повинен бути функціональною частиною даного пристрою.
Схема введення інформації призначена для введення інформації в цифровому коді із зовнішнього носія, через проміжні елементи комутації, в блок обробки і перетворення цифрового коду в аналоговий сигнал - ЦАП. Із нього сигнал подається на схему виведення інформації. Зовнішнє управління процесами забезпечується блоком керування. Необхідна напруга живлення усіх структурних блоків забезпечується блоком живлення.
Пристрій є закінченим варіантом декодера цифрового сигналу зображений на рисунку 2.1, і складається з таких основних структурних блоків:
Рисунок 2.1 – Структурна схема декодера цифрового сигналу
2.1.2 Розробка принципіальної схеми пристрою
Блок керування доцільніше виконувати на мікроконтролері, оскільки він забезпечить функціональний завершений блок, що не потребує відладки. До початку 1990-х широко розповсюджене сімейство мікроконтролерів MCS51, що випускається цілим рядом фірм-виробників (Іntel, Phіlіps, Temіc, OKІ, Sіemens і ін.), уже було промисловим стандартом для 8-розрядних систем і прекрасно підходило для використання в широкому класі задач, особливо якщо вибиралися кристали з додатковими убудованими периферійними пристроями і підвищеною тактовою частотою. Звичайно, був і зворотний бік медалі - значне питоме енергоспоживання цих мікроконтролерів. Тоді, якщо необхідно було одержати високу продуктивність кристала при фіксованому енергоспоживанні або, навпаки, знизити останнє не втрачаючи продуктивності, увага розроблювача, як правило, зупинялося на мікросхемах Dallas Semіconductor, Mіcrochіp або Hіtachі. Широко розвиті лінії PіC-контроллеров фірми Mіcrochіp і мікроконтролерів H8/300 фірми Hіtachі забезпечують досить високу продуктивність при невеликому енергоспоживанні. Ефективність роботи мікроконтролерів Dallas Semіconductor, що мають базову архітектуру MCS51, у середньому перевищує стандартну в 2,5 - 3 рази. Нові процесорні платформи MSP430 фірми Texas Іnstruments і XE8000 фірми Xemіcs також заслуговують самої пильної уваги, особливо якщо основним критерієм для кінцевої мети є мінімальне енергоспоживання.
Як керуючий контролера використовуємо РІС16 F73(DD1) компанії Microchip зображеного на рисунку 2.2. До основних переваг пропонованого схемного рішення можна віднести дешевизну і доступність елементної бази, а застосування в його основі мікроконтролера дозволяє додати високу функціональність і широкі сервісні можливості при простоті схемної реалізації. Мікроконтролер має в своєму складі два 8 бітних таймера - лічильника Timer0 і Timer2 та 16 бітний таймер-лічильник Timer1. Низька потужність, висока швидкість завдяки CMOS FLASH технології.
Основні характеристики мікроконтролера [3]:
Мікроконтролер РІС16 F73 є пристроєм синхронного типу. Дії, які виконуються в мікроконтролера, прив'язані до імпульсів тактового сигналу.
Як генератор тактового сигналу використовуються:
Рисунок 2.2 – Архітектура мікроконтролера PIС16F73
Кварцовий кристал генератора таймера приєднується безпосередньо до виводів OSC1 і OSC2. Зовнішній тактовий сигнал, який подається на ці виводи, надходить до підсилювача. У мікроконтролерів, що мають внутрішній генератор із зовнішнім резонатором резонатор підключається через конденсатори малої ємності (20-30 пФ) і з'єднуються через шину на корпус. Тактова частота визначається робочою частотою резонатора. OSC1 і OSC2 є входом і виходом, відповідно, який інвертує підсилювач, що з використанням кварцового резонатора працює як вбудований генератор. Процесор (CPU) формує адресу чергової команди, вибирає команду з пам'яті й організовує її виконання. Код команди має формат "слово" (16 біт) чи "два слова".
Центральний процесор виконує основні операції по опрацюванню даних та управління роботою інших пристроїв. По способу розташування пристроїв відносно процесора їх поділяють на внутрішні та зовнішні (периферійні). До внутрішніх відносіть деякі види пам’яті. Зовнішніми є пристрої вводу-виводу інформації, пристрої для її тривалого збереження (твердий диск). Узгодженість роботи окремих пристроїв здійснюють апаратні інтерфейси. Їх поділяють на послідовні та паралельні. Через послідовний інтерфейс дані передаються по одному біту. Вони прості за будовою, не вимагають синхронізації роботи передавача та приймача даних. Однак пропускна здатність їх менша, а коефіцієнт корисної дії нижчий. Їх використовують для підключення “повільних” пристроїв - наприклад, різноманітних датчиків.
До складу мікроконтролера входить високопродуктивний RISC - процесор, із лічильником команд, арифметико-логічного пристрою (ALU) і блоком регістрів загального призначення. ALU виконує операцію між регістрами цього реєстрового файлу. Операції ALU підрозділяються на три основні категорії: арифметичної, логічні й операції над бітами. Також є два блоки пам'яті: пам'ять програм і пам'ять даних, що мають окремі шини, тому може відбуватися одночасний доступ до них.
Мікроконтролер має три порти введення-виведення інформації А,В,С. Зовнішній вигляд та призначення виводів мікроконтролера PIC16F73 наведены в додатку А. Виконаємо розподіл портів мікроконтролера. Порт B можна використати для зовнішнього керування роботою усього пристрою в цілому. Тому управління здійснюється за допомогою кнопок S1-S4 підключених до виводів 23 - 26. В мікроконтролері передбачені навантажувальні резистори портів В. Виключенням є лише кнопка S4. Вона призначена для тимчасового відключення ЦАП. При її натисканні ЦАП і схема введення інформації переводяться в режим низького енергоспоживання, мікроконтролер переходить в режим «sleep». Порти решти кнопок настроюються як виходи, а навантажувальні резистори вимикаються. Щоб декодер зреагував на вмикання S4 (ввімкнути), введено резистор R1.
Порт С є 8 - розрядним двонаправленим І/O портом і оснащений вбудованими навантажувальними резисторами. Він буде використаний як обміну інформацією мікроконтролера із ЦАП і схемою введення інформації. Функції виводів порту С представлені в таблиці 2.1.
Таблиця 2.1 – Функції виводів порту С
|
Вивід |
Додаткова функція |
|
PС0 |
Введення інформації |
|
PС1 |
Виведення інформації |
|
PС2 |
Виведення інформації |
|
PС3 |
Синхронний послідовний годинник для SPI і I2C режимах |
|
PС4 |
Введення даних SPI і I2C режимах |
|
PС5 |
Синхронний послідовний порт виводу даних |
|
PС6 |
USART синхронно - асинхронний передавач |
|
РС7 |
USART синхронно - асинхронний приймач |
Для зменшення габаритів, підвищення надійності та покращення якості обробки інформації декодером, використаємо для реалізації блоку ЦАП використаємо спеціалізовану мікросхему VS1001K (DD2) фірми VLSI, яка являється повним апаратним декодером МР3 файлів. В ній вбудовані ЦАП і підсилювач для низькоомних головних телефонів. Мікросхема дозволяє створити відносно простий пристрій, який за своїми характеристиками не поступається промисловим зразкам подібної техніки.
Конденсатори С8,С10,С11,C12 - блокуючі. Опір R5 ввімкнено між аналоговим і цифровим корпусом VS1001K, що дозволяє звести до мінімуму рівень шумів звукових виходів. В якості схеми введення інформації використаємо носій цифрової інформації MultiMediaCard (ММС) і елементи комутації.
SPI лінії мікроконтролера використовуються для управління IC2 VS1001k (порт SCI = послідовний командний інтерфейс) и обміну інформацією з MultiMediaCard; USART переведений в режим синхронного передавача и підключається до порту SDI (послідовний інтерфейс даних). MMC ввімкнена в режимі SPI protocol, вибір режиму здійснюється при її ініціалізації.
Одразу після вмикання розпочинається відтворення з першого треку в корінному каталозі. Кнопки S1 и S3 керують гучністю («+» і «-» відповідно). При нажатій кнопці S2 кнопками S1 і S3 проводиться перемикання треків, а кнопка S4 виконує функцію ввімкнення – вимкнення (/"Bass/treble enhancer"). Перемикання треків циклічне (по всьому корінному каталозі). Кнопкою S4 (при вимкненій S2) можливо зупинити відтворення. При цьому струм, що споживається зменшується до 50-200 мкА. Перевага такої зупинки - після повторного вмикання відтворення розпочинається з того ж треку. Також зберігається гучність. Щоб знову ввімкнути декодер необхідно утримувати S4, але не менше 1 сек.. Також не рекомендується виймати ММС коли подане живлення або ведеться відтворення.
Схема виведення інформації являє собою головні телефони і елементи комутації з мікросхемою VS1001К зображеної на рисунку 2.3.
Рисунок 2.3 – Архітектура спеціалізованої мікросхеми VS1001К
Основні характеристики мікросхеми [2]:
MP3 – декодер;
Управління мікросхемою здійснюється за допомогою мікроконтролера, (підключення якого показано на рисунку 2.4 ), за допомогою кнопок S1-S4, підключених до нього. В мікроконтролері передбачені підтягуючи резистори портів В. Виключенням є лише кнопка S4. Вона призначена для тимчасового відключення декодера. При її натисканні декодер и MMC переводяться в режим низького енергоспоживання, мікроконтролер переходить в режим «sleep». Порти решти кнопок настроюються як виходи, а підтягуючі резистори вимикаються. Щоб декодер зреагував на вмикання S4 (ввімкнути), введено резистор R5.
Управління проводиться через шини SDI і SCI - здійснюється синхронізація роботи мікроконтролера та мікросхеми VS1001К та обмін інформацією. У схемі міститься вбудований редактор автоматичного створення нового проекту, пакет програмного забезпечення автономний. Для програмування можна використати декілька платформ - Windows, FreeBSD, Linux, SunOS в середовищі VisualC + +.
Рисунок 2.4 - Підключення мікросхеми VS1001К до мікроконтролера
Живлення схеми може здійснюватися від автономного джерела або від мережі в стаціонарних умовах, за допомогою блоку живлення з інтегральним стабілізатором напруги на DD3. Перемикання між ними здійснюється S5. На відміну від транзисторних стабілізаторів для нормальної роботи мікросхеми необхідно, щоб вхідна напруга перевищувала вихідну на 3,5 В. Інтегральний стабілізатор дозволяє забезпечити менший рівень пульсації вихідної напруги (1 мВ), а також дозволяє використати конденсатори меншої ємності. Схема зображена на рисунку 2.5.
Рисунок 2.5 - Блок живлення
2.1.3 Розробка програмного забезпечення
Програмне забезпечення і робота з пристроєм, як вже указувалося, всі сервісні функції конструкції реалізовані програмно на мікроконтролері PIС16F73. Програма написана на мові Асемблер в програмному середовищі AVR Studio та приводиться в додатку Б. Запис HEX файлу в контролер проводилася за допомогою безкоштовної поширюваної програми Pony Prog. Робота з пристроєм здійснюється таким чином. Відразу після подачі живлення програма проводить необхідну настройку всіх портів, таймерів, стека і переривань МК. Потім прочитується з EEPROM і формується відповідна напруга, на виході настройки. Завдяки цьому включення декодера відбувається на тому місці, на якому він був раніше вимкнений. Після цього програма переходить в черговий режим, в якому очікується натиснення однієї з кнопок управління S1—S4. Кнопки S1 и S3 керують гучністю («+» і «-» відповідно). При нажатій кнопці S2 кнопками S1 і S3 проводиться перемикання треків, а кнопка S4 виконує функцію ввімкнення – вимкнення/"Bass/treble enhancer". Перемикання треків циклічне (по всьому корінному каталозі). Кнопкою S4 (при вимкненій S2) можливо зупинити відтворення. Щоб ввімкнути декодер необхідно утримувати S4 не менше 1сек. Після закінчення вибору пристрій продовжує знаходитися в черговому режимі.