dsp數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)--基于dsp的mp3播放器設(shè)計(jì)

1、<p>　　《DSP技術(shù)及應(yīng)用》課程設(shè)計(jì)</p><p>　　選題名稱: 基于DSP的MP3播放器設(shè)計(jì) </p><p>　　系（院）: 計(jì)算機(jī)工程學(xué)院</p><p>　　專 業(yè): 嵌入式軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　班 級(jí): 計(jì)算機(jī)1073

2、 </p><p>　　姓 名: 學(xué) 號(hào): </p><p>　　指導(dǎo)教師: </p><p>　　學(xué)年學(xué)期: 2009 ~ 2010 學(xué)年 第 2 學(xué)期</p><p>　　2010年

3、6 月 10 日</p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　DSP（Digital Signal Processing）也就是我們常說(shuō)的數(shù)字信號(hào)處理，它是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)字形式對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集，變換，濾波，估值，增強(qiáng)，壓縮，識(shí)別等處理，以得到符合人們需要的信號(hào)形式。使用專業(yè)的MP3解碼芯片，輔以簡(jiǎn)單的外圍電路實(shí)現(xiàn)。以通用數(shù)

4、字信號(hào)處理器(DSP,Digital Signal Processor)為核心，搭建相應(yīng)的外部電路形成一個(gè)系統(tǒng)，解碼功能通過(guò)對(duì)數(shù)字信號(hào)處理芯片編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種方案中，使用一定開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)和調(diào)試測(cè)試。為了滿足解碼系統(tǒng)的需求，需要根據(jù)性能和技術(shù)要求，對(duì)通用的數(shù)字信號(hào)處理芯片進(jìn)行外圍電路擴(kuò)充。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的靈活性高，功能的可擴(kuò)展性強(qiáng)，系統(tǒng)成本可以通過(guò)對(duì)芯片的選擇控制到相對(duì)較低的水平，而且對(duì)于同樣使用數(shù)字信號(hào)處理芯片實(shí)

5、現(xiàn)的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，能最大程度地進(jìn)行系統(tǒng)集成。但是由于整個(gè)系統(tǒng)從硬件到軟件都需要自行設(shè)計(jì)和搭建，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的難度和復(fù)雜度比較高。</p><p>　　關(guān)鍵詞：DSP；MP3；解碼；</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 方案論證1</b></p><p>　　1.1 硬

6、件要求1</p><p><b>　　1.2軟件要求1</b></p><p><b>　　2 設(shè)計(jì)方案1</b></p><p>　　2.1兩種設(shè)計(jì)方案1</p><p>　　3 系統(tǒng)整體框圖3</p><p>　　4 硬件電路設(shè)計(jì)4</p>&l

7、t;p><b>　　4.1電源模塊4</b></p><p>　　4.2 SDRAM擴(kuò)展6</p><p>　　4.3 FLASH存儲(chǔ)器模塊6</p><p>　　4.4 ROM模塊7</p><p>　　4.5系統(tǒng)的PCB圖9</p><p><b>　　總 結(jié)10

8、</b></p><p><b>　　致 謝11</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)12</p><p><b>　　1 方案論證</b></p><p><b>　　1.1硬件要求</b></p><p>　　預(yù)期的MP3播放

9、器的目標(biāo)系統(tǒng)硬件要求實(shí)現(xiàn)以下功能：</p><p>　　· 能夠存儲(chǔ)一定量的MP3碼流文件，供解碼系統(tǒng)使用。在系統(tǒng)初步實(shí)現(xiàn)時(shí)，存儲(chǔ)的碼流長(zhǎng)度至少要保證能夠從主觀上感受到音頻信號(hào)解碼的效果；</p><p>　　· 能夠?qū)P3碼流進(jìn)行解碼，從MP3格式恢復(fù)成PCM碼流。系統(tǒng)應(yīng)該能夠保證解碼過(guò)程的正確性，并能夠滿足解碼算法在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中所需要的存儲(chǔ)空間、計(jì)算速度等需求；&l

10、t;/p><p>　　· 能夠把解碼后輸出的PCM碼流通過(guò)揚(yáng)聲設(shè)備，如耳機(jī)、音箱等播放出來(lái)，這樣才能夠從直觀上判斷解碼的效果，并且方便后期在使用該系統(tǒng)方案時(shí)進(jìn)行直觀性能評(píng)價(jià)和直接應(yīng)用；</p><p>　　· 能夠滿足系統(tǒng)的功率要求。一般情況下，對(duì)于電子類便攜式系統(tǒng)，或者嵌入式應(yīng)用方案來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)的功耗要比較低，用電池供電能夠滿足系統(tǒng)的工作需要。</p><

11、;p><b>　　1.2軟件要求</b></p><p>　　系統(tǒng)的軟件應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：</p><p>　　(1) 能夠從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)中讀取MP3碼流數(shù)據(jù)，要能保證數(shù)據(jù)讀取的速度滿足系統(tǒng)的需要；</p><p>　　(2) 能夠正確定位MP3文件數(shù)據(jù)的地址和文件長(zhǎng)度，為后期進(jìn)行歌曲選擇打下基礎(chǔ)；</p><p&

12、gt;　　(3) 能夠正確對(duì)MP3碼流進(jìn)行解碼，并且以所需要的格式和方式輸出。解碼算</p><p>　　法要在目標(biāo)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，因此，不但要保證算法的正確性，也要保證算法的適應(yīng)</p><p>　　性，充分利用目標(biāo)系統(tǒng)性能特性，并滿足系統(tǒng)的運(yùn)算速度要求；</p><p>　　(4) 能夠正確協(xié)調(diào)硬件各個(gè)模塊的工作，提供正確的芯片控制信號(hào)，這項(xiàng)軟件功能是專門針對(duì)硬件的

13、，需要根據(jù)目標(biāo)系統(tǒng)的硬件需求來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)</p><p><b>　　2 設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　2.1 兩種設(shè)計(jì)方案</p><p>　　為了能夠設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)出較高性能的系統(tǒng)，需要了解當(dāng)前的MP3解碼器系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案。市場(chǎng)調(diào)查和技術(shù)咨詢的結(jié)果顯示，目前MP3播放器系統(tǒng)MP3解碼模塊一般有兩種實(shí)現(xiàn)方案。</p><

14、p>　　第一、使用專業(yè)的MP3解碼芯片，輔以簡(jiǎn)單的外圍電路實(shí)現(xiàn)。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)個(gè)體集成度高，電路結(jié)構(gòu)緊湊，實(shí)現(xiàn)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，能夠很快設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)出目標(biāo)系統(tǒng)并投入使用，但是由于使用的是專業(yè)芯片，芯片中的功能模塊即使能擴(kuò)充，幅度和范圍都相對(duì)較小，系統(tǒng)很難進(jìn)行算法升級(jí)或功能擴(kuò)充，在嵌入式應(yīng)用中與原系統(tǒng)的集成度不高。</p><p>　　第二、以通用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP,Digital Signal Proce

15、ssor)為核心，搭建相應(yīng)的外部電路形成一個(gè)系統(tǒng)，解碼功能通過(guò)對(duì)數(shù)字信號(hào)處理芯片編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種方案中，使用一定開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)和調(diào)試測(cè)試。為了滿足解碼系統(tǒng)的需求，需要根據(jù)性能和技術(shù)要求，對(duì)通用的數(shù)字信號(hào)處理芯片進(jìn)行外圍電路擴(kuò)充。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的靈活性高，功能的可擴(kuò)展性強(qiáng)，系統(tǒng)成本可以通過(guò)對(duì)芯片的選擇控制到相對(duì)較低的水平，而且對(duì)于同樣使用數(shù)字信號(hào)處理芯片實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，能最大程度地進(jìn)行系統(tǒng)集成。但是由于整個(gè)系統(tǒng)從硬件

16、到軟件都需要自行設(shè)計(jì)和搭建，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的難度和復(fù)雜度比較高。</p><p>　　對(duì)于本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用方案二，即采用以DSP實(shí)現(xiàn)編解碼的系統(tǒng)。</p><p>　　基于DSP的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案</p><p>　　MP3解碼器的解碼算法完全由DSP芯片實(shí)現(xiàn)，其控制部分用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，作為硬件電路設(shè)計(jì)的一個(gè)部分。電路的整體設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)需要綜合考慮前面兩部分程序算法接口內(nèi)容，可以在

17、進(jìn)行詳細(xì)的程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行。這樣，可以把MP3解碼器的開(kāi)發(fā)工作分為兩大模塊，即MP3解碼程序DSP實(shí)現(xiàn)，即軟件設(shè)計(jì)，以單片機(jī)控制程序和電路板設(shè)計(jì)部分，即硬件設(shè)計(jì)。</p><p>　　MP3系統(tǒng)開(kāi)發(fā)從模塊上可以劃分為硬件開(kāi)發(fā)和軟件開(kāi)發(fā)兩個(gè)部分，軟件主要實(shí)現(xiàn)MP3解碼算法，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器訪問(wèn)控制，MP3文件播放控制等功能。系統(tǒng)總體的功能結(jié)構(gòu)如圖一所示。</p><p>　　圖2-1 系

18、統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案是用DSP軟件實(shí)現(xiàn)MP3解碼算法功能，并完成相應(yīng)的接口訪問(wèn)功能，軟件功能圖如圖二所示。</p><p>　　圖2-2 MP3解碼器軟件系統(tǒng)功能原理圖</p><p><b>　　3 系統(tǒng)整體框圖</b></p><p>　　MP3解碼算法要被用來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)碼MP3實(shí)時(shí)解碼適配

19、器，所以必須通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)其算法。本系統(tǒng)以DSP(TMS320VC5416)作為解碼的主要部分，還包括音頻D/A轉(zhuǎn)換，單片機(jī)的控制模塊，電源系統(tǒng)，存儲(chǔ)器模塊等組成，圖三給出了系統(tǒng)框圖。</p><p>　　圖3-1 系統(tǒng)整體框圖</p><p><b>　　4 硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　4.1 電源模塊<

20、/b></p><p>　　TMS320C6711的內(nèi)核電壓典型值為1.26V，電壓范圍為1.1～1.8V；外部接口電壓典型值為3.3V，電壓范圍為3.0～3.6V。另外單片機(jī)需+5V供電；電平轉(zhuǎn)換電路需3.3V供電；故電源系統(tǒng)有5V、3.3V和1.26V四種電壓。電系統(tǒng)的5V電壓由外部穩(wěn)壓電源供給；3.3V和1.26V由系統(tǒng)內(nèi)部線性電壓調(diào)節(jié)器提供。采用TI公司的TPS767D3011線性調(diào)壓電路芯片，能滿

21、足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　TPS767D3011為雙輸出低漏電壓調(diào)整器。其特點(diǎn)如下：具有快速瞬態(tài)響應(yīng)功能；</p><p>　　3.3V/1.26V可調(diào)電壓輸出；</p><p>　　輸出電流范圍為0~1A；</p><p>　　200MS延遲的雙通道上電復(fù)位；</p><p><b>　　熱關(guān)斷

22、保護(hù)；</b></p><p>　　超低靜態(tài)電流，典型值為80uA；關(guān)斷電流為1uA。</p><p>　　采用TPS767D3011構(gòu)成的電源電路如圖6.2所示。從外部穩(wěn)壓電源引入5V電壓。＋5V電壓一方面輸入給TPS767D3011，經(jīng)TPS767D3011后輸出電壓1.26V和3.3V,另一方面又直接供給單片機(jī)電源。</p><p>　　圖4-1

23、電源電路.Sch </p><p>　　TPS676D3011芯片各功能引腳圖如下所示</p><p>　　圖4-2 TPS676D3011.Lib </p><p>　　4.2 SDRAM擴(kuò)展</p><p>　　本系統(tǒng)采用MICron公司生產(chǎn)的MT48LC4M16AZ作為SDRAM存儲(chǔ)芯片，并可與DSP完全兼容，能夠與6711實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接

24、。MT48LC4M16AZ連線圖如圖4.12所示。通過(guò)對(duì)6711的EMIF與SDRAM相關(guān)寄存器的設(shè)置之后，DSP對(duì)SDRAM的訪問(wèn)操作將變的非常透明，可像訪問(wèn)片外SRAM一樣訪問(wèn)它，因此非常方便。系統(tǒng)中采用一片Mieron公司的MT48LC4M16AZ，數(shù)據(jù)寬度16bit，工作電壓為3.3V。該芯片可以滿足系統(tǒng)對(duì)內(nèi)存容量和讀寫速度的要求。板上通過(guò)6711的EMIF總線擴(kuò)展了一片64M位(IM*4Blank*16)的SDRAM，它將占用

25、oM642的石而和瓦1二個(gè)片外存儲(chǔ)空間可尋址范圍oXo40000一oX7FFFFF:最大配置時(shí)，板上可安裝一片128M為的SDRAM，它將占用6711的CEO一CE3。全部四個(gè)片外存儲(chǔ)空間，可尋址范圍0x040000一OxFEFFFF(6711狀態(tài)寄存器ST3中的MPNMC=O)，或oxO40000一OxFFFFFF(MPNMC=0)，上電復(fù)位時(shí)，MPNMC被清0。由于EMIF每個(gè)片選的最大空間為64M比特，所以一片64M比特的<

26、/p><p><b>　　如下圖所示：</b></p><p>　　圖4-3SDRAM擴(kuò)展.Sch </p><p>　　4.3 FLASH存儲(chǔ)器模塊</p><p>　　本系統(tǒng)采用SST公司推出的多用途、高性能、低電壓、基于CMOS的FLASH存儲(chǔ)器SST39VF80OA，其容量為SMbit(512kx16bit)，只需2

27、.7V的電壓就可完成讀、寫和擦除操作，寫入一個(gè)字節(jié)(sbit)僅需20，s，整個(gè)存儲(chǔ)器的擦除只需8s。FLASH存儲(chǔ)器電路的連接圖如圖4.13所示。</p><p>　　由于本系統(tǒng)DSP采用ROM加載方式，在上電復(fù)位之后首先將CE1空間的程序代碼搬到片內(nèi)地址O處開(kāi)始運(yùn)行，因此FLASH主要分配到DSP的外部CE1空間。為使DSP能夠正確地從FLASH引導(dǎo)并加載程序，還需配置相應(yīng)的引腳。由于C6000系列DSP提供

28、了與FLASH的無(wú)縫接口，因此設(shè)計(jì)6711與FLASH的接口電路就變得相對(duì)較簡(jiǎn)單。其電路圖擴(kuò)展如下圖所示：</p><p>　　圖4-4 FLASH存儲(chǔ)器模塊.Sch</p><p><b>　　4.4 ROM模塊</b></p><p>　　采用EPROM芯片AT29LV010A-15JC存儲(chǔ)程序，接線圖如下</p><p

29、>　　圖4-5 ROM存儲(chǔ)器模塊.Sch </p><p>　　4.5系統(tǒng)的PCB圖</p><p>　　圖4-6系統(tǒng)生成的.Pcb</p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　通過(guò)為期一周的DSP課程實(shí)習(xí)加深了我對(duì)數(shù)字信號(hào)處理器課程的了解，鞏固了了Protel電路板的繪圖操作，通過(guò)上網(wǎng)搜索資料

30、，查閱課本及課外書籍，對(duì)電路各部分組成器件的工作原理加深了解。學(xué)會(huì)了仿真環(huán)境CSS54軟件使用方法，動(dòng)手設(shè)計(jì)電路組成器件以及器件之間的布局與連接，加強(qiáng)了動(dòng)手能力。</p><p>　　實(shí)習(xí)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)、發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程，通過(guò)課程設(shè)計(jì)我們能夠比較系統(tǒng)的了解理論知識(shí)，把理論和實(shí)踐相結(jié)合，并且用到生活當(dāng)中。在做設(shè)計(jì)的過(guò)程中總會(huì)

31、出現(xiàn)各種問(wèn)題，在這種情況下我們都會(huì)努力尋求最佳路徑解決問(wèn)題，無(wú)形間提高了我們的動(dòng)手，動(dòng)腦能力，并且同學(xué)之間還能相互探討問(wèn)題，研究解決方案，增進(jìn)大家的團(tuán)隊(duì)意識(shí)。</p><p>　　實(shí)習(xí)是短暫的，影響卻是長(zhǎng)遠(yuǎn)的。每次我遇到問(wèn)題時(shí)，剛開(kāi)始的時(shí)候都很害怕，擔(dān)心自己沒(méi)辦法解決掉，每次都是問(wèn)老師。后來(lái)，馬老師告訴我說(shuō)，遇到問(wèn)題不可怕，可拍的是你逃避問(wèn)題，每次都是老師幫你，那以后你還不能養(yǎng)成自己獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。這句話深深

32、的教會(huì)了我，通過(guò)實(shí)習(xí)讓我體會(huì)了團(tuán)隊(duì)合作的益處，在團(tuán)隊(duì)中一起發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、討論問(wèn)題，共同進(jìn)步、共同提高。硬件實(shí)習(xí)主要是我們理論知識(shí)的延伸，它的目的主要是要在設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并且自己要能找到解決問(wèn)題的方案，形成一種獨(dú)立的意識(shí)。我們還能從設(shè)計(jì)中檢驗(yàn)我們所學(xué)的理論知識(shí)到底有多少，鞏固我們已經(jīng)學(xué)會(huì)的，不斷學(xué)習(xí)我們所遺漏的新知識(shí)，把所學(xué)的知識(shí)學(xué)的更加扎實(shí)。</p><p><b>　　致 謝</b><

33、;/p><p>　　能夠讓我們順利完成本次實(shí)習(xí)，我首先要感謝zz計(jì)算機(jī)工程學(xué)院給我們提供各種硬件設(shè)施和機(jī)房，。還要感謝zz兩位指導(dǎo)老師，謝謝他們的悉心指導(dǎo)我們使用Protel的繪圖制作、電路設(shè)計(jì)的指導(dǎo)、修改程序。在做課程設(shè)計(jì)時(shí)，老師總能在我們身旁，為我們答疑解惑，幫我們修改電路，解決代碼之中的錯(cuò)誤。感謝組長(zhǎng)zz和組員的相互幫助，團(tuán)結(jié)協(xié)作。她們不時(shí)的為我解疑難問(wèn)題，讓我對(duì)MP3整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與編程有了更深刻的了解，幫我

34、找出程序和電路中出錯(cuò)的地方，讓我對(duì)DSP芯片有了更深入的了解。同時(shí)也讓我掌握了本次課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容與相關(guān)知識(shí)。還有首先學(xué)會(huì)使用CSS軟件的使用方法的李加軍和張偉，讓我順利完成了軟件的仿真。</p><p>　　此次實(shí)習(xí)課題雖然并不十分復(fù)雜，但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中還是遇到了很多意想不到的困難。在查閱資料，小組討論之后，我們把困難逐個(gè)解決了；在設(shè)計(jì)中，所學(xué)知識(shí)得到進(jìn)一步的鞏固，使我掌握了平時(shí)沒(méi)注意到的一些細(xì)節(jié)問(wèn)題；設(shè)計(jì)中使我

35、大概掌握了設(shè)計(jì)思想，必須把握全局。設(shè)計(jì)時(shí)在個(gè)人的摸索上更要注重團(tuán)隊(duì)的合作，要明確分工，充分利用和發(fā)揮每個(gè)成員的價(jià)值。</p><p>　　總體來(lái)說(shuō)，此次實(shí)習(xí)是比較有意義的，是提高學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)積極性的一種很好的途徑。這次實(shí)習(xí)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程，通過(guò)本次實(shí)習(xí)我們能夠比較系統(tǒng)的了解理論知識(shí)，把理論和實(shí)踐相結(jié)合，并且

36、用到生活當(dāng)中。在做設(shè)計(jì)的過(guò)程中總會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題，在這種情況下我們都會(huì)努力尋求最佳路徑解決問(wèn)題，無(wú)形間提高了我們的動(dòng)手，動(dòng)腦能力，并且同學(xué)之間還能相互探討問(wèn)題，研究解決方案，增進(jìn)大家的團(tuán)隊(duì)意識(shí)。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　?。?） 喬瑞平，崔濤，TMS320C54x DSP 原理及應(yīng)用，西安電子科技大學(xué)出版社，2005.2&

37、lt;/p><p>　?。?） 計(jì)丹, 基于定點(diǎn)DSP的MP3解碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn), 碩士學(xué)位論文, 2002.</p><p>　　（3） 鄧彥松,向偉, 基于DSP的語(yǔ)音信號(hào)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì), 中國(guó)集成電路, 2007,(4)：95</p><p>　?。?） 呂海平, 基于DSP的MP3編碼器技術(shù)研究 , 碩士學(xué)位論文, 2007.</p><