dsp数字信号处理课程设计报告基于DSP的MP3播放器设计

1、?DSP技术及应用?课程设计选题名称: 基于DSP的MP3播放器设计 系院: 计算机工程学院专 业: 嵌入式软件设计班 级: 计算机1073 姓 名: 学 号: 指导教师: 学年学期: 2021 2021 学年 第 2 学期2021年 6 月 10 日摘要：DSPDigital Signal Processing也就是我们常说的数字信号处理，它是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号进行采集，变换，滤波，估值，增强，压缩，识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。使用专业的MP3解码芯片，辅以简单的外围电路实现。以通用数字信号处理器(DSP,Digital Signal Processor

2、)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。这种方案中，使用一定开发环境进行软件的设计实现和调试测试。为了满足解码系统的需求，需要根据性能和技术要求，对通用的数字信号处理芯片进行外围电路扩充。这种方案的优点是系统实现的灵活性高，功能的可扩展性强，系统本钱可以通过对芯片的选择控制到相对较低的水平，而且对于同样使用数字信号处理芯片实现的系统来说，能最大程度地进行系统集成。但是由于整个系统从硬件到软件都需要自行设计和搭建，系统实现的难度和复杂度比较高。关键词：DSP；MP3；解码；目录 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc26438

3、3168 1 方案论证 PAGEREF _Toc264383168 h 1 HYPERLINK l _Toc264383169 1.1 硬件要求 PAGEREF _Toc264383169 h 1 HYPERLINK l _Toc264383170 软件要求 PAGEREF _Toc264383170 h 1 HYPERLINK l _Toc264383171 2 设计方案 PAGEREF _Toc264383171 h 1 HYPERLINK l _Toc264383172 两种设计方案 PAGEREF _Toc264383172 h 1 HYPERLINK l _Toc264383173

4、3 系统整体框图 PAGEREF _Toc264383173 h 3 HYPERLINK l _Toc264383174 4 硬件电路设计 PAGEREF _Toc264383174 h 4 HYPERLINK l _Toc264383175 电源模块 PAGEREF _Toc264383175 h 4 HYPERLINK l _Toc264383176 4.2 SDRAM扩展 PAGEREF _Toc264383176 h 6 HYPERLINK l _Toc264383177 4.3 FLASH存储器模块 PAGEREF _Toc264383177 h 6 HYPERLINK l _Toc

5、264383178 4.4 ROM模块 PAGEREF _Toc264383178 h 7 HYPERLINK l _Toc264383179 系统的PCB图 PAGEREF _Toc264383179 h 9 HYPERLINK l _Toc264383180 总 结 PAGEREF _Toc264383180 h 10 HYPERLINK l _Toc264383181 致 谢 PAGEREF _Toc264383181 h 11 HYPERLINK l _Toc264383182 参 考 文 献 PAGEREF _Toc264383182 h 121 方案论证预期的MP3播放器的目标系统

6、硬件要求实现以下功能： 能够存储一定量的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； 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； 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，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观性能评价和直接应用； 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

7、需要。系统的软件应该能够实现以下功能：(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；(2) 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根底；(3) 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。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，并满足系统的运算速度要求；(4) 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，这项软件功能是专门针对硬件的，需要根据目标系统的硬件需求来设计实现2 设计方案2.1 两种设计方案为了能够设计和实现出较高性能的系统

8、，需要了解当前的MP3解码器系统的实现方案。市场调查和技术咨询的结果显示，目前MP3播放器系统MP3解码模块一般有两种实现方案。第一、使用专业的MP3解码芯片，辅以简单的外围电路实现。这种方案的优点是系统个体集成度高，电路结构紧凑，实现相比照拟简单，能够很快设计实现出目标系统并投入使用，但是由于使用的是专业芯片，芯片中的功能模块即使能扩充，幅度和范围都相对较小，系统很难进行算法升级或功能扩充，在嵌入式应用中与原系统的集成度不高。第二、以通用数字信号处理器(DSP,Digital Signal Processor)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。

9、这种方案中，使用一定开发环境进行软件的设计实现和调试测试。为了满足解码系统的需求，需要根据性能和技术要求，对通用的数字信号处理芯片进行外围电路扩充。这种方案的优点是系统实现的灵活性高，功能的可扩展性强，系统本钱可以通过对芯片的选择控制到相对较低的水平，而且对于同样使用数字信号处理芯片实现的系统来说，能最大程度地进行系统集成。但是由于整个系统从硬件到软件都需要自行设计和搭建，系统实现的难度和复杂度比较高。对于本系统设计采用方案二，即采用以DSP实现编解码的系统。基于DSP的系统设计方案MP3解码器的解码算法完全由DSP芯片实现，其控制局部用单片机实现，作为硬件电路设计的一个局部。电路的整体设计与

10、开发需要综合考虑前面两局部程序算法接口内容，可以在进行详细的程序设计的根底上进行。这样，可以把MP3解码器的开发工作分为两大模块，即MP3解码程序DSP实现，即软件设计，以单片机控制程序和电路板设计局部，即硬件设计。MP3系统开发从模块上可以划分为硬件开发和软件开发两个局部，软件主要实现MP3解码算法，单片机实现存储器访问控制，MP3文件播放控制等功能。系统总体的功能结构如图一所示。图2-1 系统结构框图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，软件功能图如图二所示。图2-2 MP3解码器软件系统功能原理图3 系统整体框图MP3解码算法要被用来实现数码MP

11、3实时解码适配器，所以必须通过硬件实现其算法。本系统以DSP(TMS320VC5416)作为解码的主要局部，还包括音频D/A转换，单片机的控制模块，电源系统，存储器模块等组成，图三给出了系统框图。图3-1 系统整体框图4 硬件电路设计4.1 电源模块TMS320C6711的内核电压典型值为1.26V，电压范围为1.11.8V；外部接口电压典型值为3.3V，电压范围为3.03.6V。另外单片机需+5V供电；电平转换电路需3.3V供电；故电源系统有5V、3.3V和1.26V四种电压。电系统的5V电压由外部稳压电源供给；3.3V和1.26V由系统内部线性电压调节器提供。采用TI公司的TPS767D3

12、011线性调压电路芯片，能满足系统设计要求。TPS767D3011为双输出低漏电压调整器。其特点如下：具有快速瞬态响应功能；3.3V/1.26V可调电压输出；输出电流范围为01A；200MS延迟的双通道上电复位；热关断保护；超低静态电流，典型值为80uA；关断电流为1uA。采用TPS767D3011构成的电源电路如图6.2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。 图4-1 电源电路.Sch TPS676D3011芯片各功能引脚图如下所示 图4-2 TPS676D3011.

13、Lib 4.2 SDRAM扩展本系统采用MICron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相关存放器的设置之后，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。系统中采用一片Mieron公司的MT48LC4M16AZ，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。板上通过6711的EMIF总线扩展了一片64M位(IM*4Blank*16)的SDRAM，它将占用o

14、M642的石而和瓦1二个片外存储空间可寻址范围oXo40000一oX7FFFFF:最大配置时，板上可安装一片128M为的SDRAM，它将占用6711的CEO一CE3。全部四个片外存储空间，可寻址范围0 x040000一OxFEFFFF(6711状态存放器ST3中的MPNMC=O)，或oxO40000一OxFFFFFF(MPNMC=0)，上电复位时，MPNMC被清0。由于EMIF每个片选的最大空间为64M比特，所以一片64M比特的SDRAM就要占用1个片选空间，然而仅有1个对应映射范围开始的CE引脚作为SDRAM的片选信号。所以同时选用CEO和CEI空间，用EMIF的CEO与SDRAM片选CS相

15、联，CEI引脚悬空。如以下图所示： 图4-3SDRAM扩展.Sch 4.3 FLASH存储器模块本系统采用SST公司推出的多用途、高性能、低电压、基于CMOS的FLASH存储器SST39VF80OA，其容量为SMbit(512kx16bit)，只需2.7V的电压就可完成读、写和擦除操作，写入一个字节(sbit)仅需20，s，整个存储器的擦除只需8s。FLASH存储器电路的连接图如图4.13所示。由于本系统DSP采用ROM加载方式，在上电复位之后首先将CE1空间的程序代码搬到片内地址O处开始运行，因此FLASH主要分配到DSP的外部CE1空间。为使DSP能够正确地从FLASH引导并加载程序，还需

16、配置相应的引脚。由于C6000系列DSP提供了与FLASH的无缝接口，因此设计6711与FLASH的接口电路就变得相对较简单。其电路图扩展如以下图所示：4.4 ROM模块采用EPROM芯片AT29LV010A-15JC存储程序，接线图如下 图4-5 ROM存储器模块.Sch 总 结通过为期一周的DSP课程实习加深了我对数字信号处理器课程的了解，稳固了了Protel电路板的绘图操作，通过上网搜索资料，查阅课本及课外书籍，对电路各局部组成器件的工作原理加深了解。学会了仿真环境CSS54软件使用方法，动手设计电路组成器件以及器件之间的布局与连接，加强了动手能力。实习是培养学生综合运用所学知识、发现、

17、提出、分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程，通过课程设计我们能够比较系统的了解理论知识，把理论和实践相结合，并且用到生活当中。在做设计的过程中总会出现各种问题，在这种情况下我们都会努力寻求最正确路径解决问题，无形间提高了我们的动手，动脑能力，并且同学之间还能相互探讨问题，研究解决方案，增进大家的团队意识。实习是短暂的，影响却是长远的。每次我遇到问题时，刚开始的时候都很害怕，担忧自己没方法解决掉，每次都是问老师。后来，马老师告诉我说，遇到问题不可怕，可拍的是你逃避问题，每次都是老师帮你，那以后你还不能养成自己独立解决问题的能力。这句话深深的教会了我

18、，通过实习让我体会了团队合作的益处，在团队中一起发现问题、讨论问题，共同进步、共同提高。硬件实习主要是我们理论知识的延伸，它的目的主要是要在设计中发现问题，并且自己要能找到解决问题的方案，形成一种独立的意识。我们还能从设计中检验我们所学的理论知识到底有多少，稳固我们已经学会的，不断学习我们所遗漏的新知识，把所学的知识学的更加扎实。致 谢能够让我们顺利完本钱次实习，我首先要感谢计算机工程学院给我们提供各种硬件设施和机房，。还要感谢马岱、常波两位指导老师，谢谢他们的悉心指导我们使用Protel的绘图制作、电路设计的指导、修改程序。在做课程设计时，老师总能在我们身旁，为我们答疑解惑，帮我们修改电路，解决代码之中的错误。感谢组长史艳和组员的相互帮助，团结协作。她们不时的为我解疑难问题，让我对MP3整个系统的设计与编程有了更深刻的了解，帮我找出程序和电路中出错的地方，让我对DSP芯片有了更深入的了解。同时也让我掌握了本次课程设计的内容与相关知