dsp數(shù)字信號處理課程設計--基于dsp的mp3播放器設計

1、<p>　　《DSP技術及應用》課程設計</p><p>　　選題名稱: 基于DSP的MP3播放器設計 </p><p>　　系（院）: 計算機工程學院</p><p>　　專 業(yè): 嵌入式軟件設計</p><p>　　班 級: 計算機1073

2、 </p><p>　　姓 名: 學 號: </p><p>　　指導教師: </p><p>　　學年學期: 2009 ~ 2010 學年 第 2 學期</p><p>　　2010年

3、6 月 10 日</p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　DSP（Digital Signal Processing）也就是我們常說的數(shù)字信號處理，它是利用計算機或專用處理設備，以數(shù)字形式對信號進行采集，變換，濾波，估值，增強，壓縮，識別等處理，以得到符合人們需要的信號形式。使用專業(yè)的MP3解碼芯片，輔以簡單的外圍電路實現(xiàn)。以通用數(shù)

4、字信號處理器(DSP,Digital Signal Processor)為核心，搭建相應的外部電路形成一個系統(tǒng)，解碼功能通過對數(shù)字信號處理芯片編程來實現(xiàn)。這種方案中，使用一定開發(fā)環(huán)境進行軟件的設計實現(xiàn)和調試測試。為了滿足解碼系統(tǒng)的需求，需要根據(jù)性能和技術要求，對通用的數(shù)字信號處理芯片進行外圍電路擴充。這種方案的優(yōu)點是系統(tǒng)實現(xiàn)的靈活性高，功能的可擴展性強，系統(tǒng)成本可以通過對芯片的選擇控制到相對較低的水平，而且對于同樣使用數(shù)字信號處理芯片實

5、現(xiàn)的系統(tǒng)來說，能最大程度地進行系統(tǒng)集成。但是由于整個系統(tǒng)從硬件到軟件都需要自行設計和搭建，系統(tǒng)實現(xiàn)的難度和復雜度比較高。</p><p>　　關鍵詞：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 設計方案1</b></p><p>　　2.1兩種設計方案1</p><p>　　3 系統(tǒng)整體框圖3</p><p>　　4 硬件電路設計4</p>&l

7、t;p><b>　　4.1電源模塊4</b></p><p>　　4.2 SDRAM擴展6</p><p>　　4.3 FLASH存儲器模塊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10

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

9、器的目標系統(tǒng)硬件要求實現(xiàn)以下功能：</p><p>　　· 能夠存儲一定量的MP3碼流文件，供解碼系統(tǒng)使用。在系統(tǒng)初步實現(xiàn)時，存儲的碼流長度至少要保證能夠從主觀上感受到音頻信號解碼的效果；</p><p>　　· 能夠對MP3碼流進行解碼，從MP3格式恢復成PCM碼流。系統(tǒng)應該能夠保證解碼過程的正確性，并能夠滿足解碼算法在實現(xiàn)過程中所需要的存儲空間、計算速度等需求；&l

10、t;/p><p>　　· 能夠把解碼后輸出的PCM碼流通過揚聲設備，如耳機、音箱等播放出來，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)方案時進行直觀性能評價和直接應用；</p><p>　　· 能夠滿足系統(tǒng)的功率要求。一般情況下，對于電子類便攜式系統(tǒng)，或者嵌入式應用方案來說，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)的軟件應該能夠實現(xiàn)以下功能：</p><p>　　(1) 能夠從數(shù)據(jù)存儲介質中讀取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)的地址和文件長度，為后期進行歌曲選擇打下基礎；</p><p&

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

13、，需要根據(jù)目標系統(tǒng)的硬件需求來設計實現(xiàn)</p><p><b>　　2 設計方案</b></p><p>　　2.1 兩種設計方案</p><p>　　為了能夠設計和實現(xiàn)出較高性能的系統(tǒng)，需要了解當前的MP3解碼器系統(tǒng)的實現(xiàn)方案。市場調查和技術咨詢的結果顯示，目前MP3播放器系統(tǒng)MP3解碼模塊一般有兩種實現(xiàn)方案。</p><

14、p>　　第一、使用專業(yè)的MP3解碼芯片，輔以簡單的外圍電路實現(xiàn)。這種方案的優(yōu)點是系統(tǒng)個體集成度高，電路結構緊湊，實現(xiàn)相對比較簡單，能夠很快設計實現(xiàn)出目標系統(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充，幅度和范圍都相對較小，系統(tǒng)很難進行算法升級或功能擴充，在嵌入式應用中與原系統(tǒng)的集成度不高。</p><p>　　第二、以通用數(shù)字信號處理器(DSP,Digital Signal Proce

15、ssor)為核心，搭建相應的外部電路形成一個系統(tǒng)，解碼功能通過對數(shù)字信號處理芯片編程來實現(xiàn)。這種方案中，使用一定開發(fā)環(huán)境進行軟件的設計實現(xiàn)和調試測試。為了滿足解碼系統(tǒng)的需求，需要根據(jù)性能和技術要求，對通用的數(shù)字信號處理芯片進行外圍電路擴充。這種方案的優(yōu)點是系統(tǒng)實現(xiàn)的靈活性高，功能的可擴展性強，系統(tǒng)成本可以通過對芯片的選擇控制到相對較低的水平，而且對于同樣使用數(shù)字信號處理芯片實現(xiàn)的系統(tǒng)來說，能最大程度地進行系統(tǒng)集成。但是由于整個系統(tǒng)從硬件

16、到軟件都需要自行設計和搭建，系統(tǒng)實現(xiàn)的難度和復雜度比較高。</p><p>　　對于本系統(tǒng)設計采用方案二，即采用以DSP實現(xiàn)編解碼的系統(tǒng)。</p><p>　　基于DSP的系統(tǒng)設計方案</p><p>　　MP3解碼器的解碼算法完全由DSP芯片實現(xiàn)，其控制部分用單片機實現(xiàn)，作為硬件電路設計的一個部分。電路的整體設計與開發(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、進行詳細的程序設計的基礎上進行。這樣，可以把MP3解碼器的開發(fā)工作分為兩大模塊，即MP3解碼程序DSP實現(xiàn)，即軟件設計，以單片機控制程序和電路板設計部分，即硬件設計。</p><p>　　MP3系統(tǒng)開發(fā)從模塊上可以劃分為硬件開發(fā)和軟件開發(fā)兩個部分，軟件主要實現(xiàn)MP3解碼算法，單片機實現(xiàn)存儲器訪問控制，MP3文件播放控制等功能。系統(tǒng)總體的功能結構如圖一所示。</p><p>　　圖2-1 系

18、統(tǒng)結構框圖</p><p>　　軟件系統(tǒng)設計方案是用DSP軟件實現(xiàn)MP3解碼算法功能，并完成相應的接口訪問功能，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解碼算法要被用來實現(xiàn)數(shù)碼MP3實時解碼適配

19、器，所以必須通過硬件實現(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轉換，單片機的控制模塊，電源系統(tǒng)，存儲器模塊等組成，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 硬件電路設計</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。另外單片機需+5V供電；電平轉換電路需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)部線性電壓調節(jié)器提供。采用TI公司的TPS767D3011線性調壓電路芯片，能滿

21、足系統(tǒng)設計要求。</p><p>　　TPS767D3011為雙輸出低漏電壓調整器。其特點如下：具有快速瞬態(tài)響應功能；</p><p>　　3.3V/1.26V可調電壓輸出；</p><p>　　輸出電流范圍為0~1A；</p><p>　　200MS延遲的雙通道上電復位；</p><p><b>　　熱關斷

22、保護；</b></p><p>　　超低靜態(tài)電流，典型值為80uA；關斷電流為1uA。</p><p>　　采用TPS767D3011構成的電源電路如圖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擴展</p><p>　　本系統(tǒng)采用MICron公司生產(chǎn)的MT48LC4M16AZ作為SDRAM存儲芯片，并可與DSP完全兼容，能夠與6711實現(xiàn)無縫連接

24、。MT48LC4M16AZ連線圖如圖4.12所示。通過對6711的EMIF與SDRAM相關寄存器的設置之后，DSP對SDRAM的訪問操作將變的非常透明，可像訪問片外SRAM一樣訪問它，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)對內(nèi)存容量和讀寫速度的要求。板上通過6711的EMIF總線擴展了一片64M位(IM*4Blank*16)的SDRAM，它將占用

25、oM642的石而和瓦1二個片外存儲空間可尋址范圍oXo40000一oX7FFFFF:最大配置時，板上可安裝一片128M為的SDRAM，它將占用6711的CEO一CE3。全部四個片外存儲空間，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)，上電復位時，MPNMC被清0。由于EMIF每個片選的最大空間為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擴展.Sch </p><p>　　4.3 FLASH存儲器模塊</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，寫入一個字節(jié)(sbit)僅需20，s，整個存儲器的擦除只需8s。FLASH存儲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，在上電復位之后首先將CE1空間的程序代碼搬到片內(nèi)地址O處開始運行，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引導并加載程序，還需配置相應的引腳。由于C6000系列DSP提供

28、了與FLASH的無縫接口，因此設計6711與FLASH的接口電路就變得相對較簡單。其電路圖擴展如下圖所示：</p><p>　　圖4-4 FLASH存儲器模塊.Sch</p><p><b>　　4.4 ROM模塊</b></p><p>　　采用EPROM芯片AT29LV010A-15JC存儲程序，接線圖如下</p><p

29、>　　圖4-5 ROM存儲器模塊.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</b></p><p>　　通過為期一周的DSP課程實習加深了我對數(shù)字信號處理器課程的了解，鞏固了了Protel電路板的繪圖操作，通過上網(wǎng)搜索資料

30、，查閱課本及課外書籍，對電路各部分組成器件的工作原理加深了解。學會了仿真環(huán)境CSS54軟件使用方法，動手設計電路組成器件以及器件之間的布局與連接，加強了動手能力。</p><p>　　實習是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識、發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程，通過課程設計我們能夠比較系統(tǒng)的了解理論知識，把理論和實踐相結合，并且用到生活當中。在做設計的過程中總會

31、出現(xiàn)各種問題，在這種情況下我們都會努力尋求最佳路徑解決問題，無形間提高了我們的動手，動腦能力，并且同學之間還能相互探討問題，研究解決方案，增進大家的團隊意識。</p><p>　　實習是短暫的，影響卻是長遠的。每次我遇到問題時，剛開始的時候都很害怕，擔心自己沒辦法解決掉，每次都是問老師。后來，馬老師告訴我說，遇到問題不可怕，可拍的是你逃避問題，每次都是老師幫你，那以后你還不能養(yǎng)成自己獨立解決問題的能力。這句話深深

32、的教會了我，通過實習讓我體會了團隊合作的益處，在團隊中一起發(fā)現(xiàn)問題、討論問題，共同進步、共同提高。硬件實習主要是我們理論知識的延伸，它的目的主要是要在設計中發(fā)現(xiàn)問題，并且自己要能找到解決問題的方案，形成一種獨立的意識。我們還能從設計中檢驗我們所學的理論知識到底有多少，鞏固我們已經(jīng)學會的，不斷學習我們所遺漏的新知識，把所學的知識學的更加扎實。</p><p><b>　　致 謝</b><

33、;/p><p>　　能夠讓我們順利完成本次實習，我首先要感謝zz計算機工程學院給我們提供各種硬件設施和機房，。還要感謝zz兩位指導老師，謝謝他們的悉心指導我們使用Protel的繪圖制作、電路設計的指導、修改程序。在做課程設計時，老師總能在我們身旁，為我們答疑解惑，幫我們修改電路，解決代碼之中的錯誤。感謝組長zz和組員的相互幫助，團結協(xié)作。她們不時的為我解疑難問題，讓我對MP3整個系統(tǒng)的設計與編程有了更深刻的了解，幫我

34、找出程序和電路中出錯的地方，讓我對DSP芯片有了更深入的了解。同時也讓我掌握了本次課程設計的內(nèi)容與相關知識。還有首先學會使用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>　　此次實習課題雖然并不十分復雜，但是在設計過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，我們把困難逐個解決了；在設計中，所學知識得到進一步的鞏固，使我掌握了平時沒注意到的一些細節(jié)問題；設計中使我

35、大概掌握了設計思想，必須把握全局。設計時在個人的摸索上更要注重團隊的合作，要明確分工，充分利用和發(fā)揮每個成員的價值。</p><p>　　總體來說，此次實習是比較有意義的，是提高學習效率和學習積極性的一種很好的途徑。這次實習是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程，通過本次實習我們能夠比較系統(tǒng)的了解理論知識，把理論和實踐相結合，并且

36、用到生活當中。在做設計的過程中總會出現(xiàn)各種問題，在這種情況下我們都會努力尋求最佳路徑解決問題，無形間提高了我們的動手，動腦能力，并且同學之間還能相互探討問題，研究解決方案，增進大家的團隊意識。</p><p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　?。?） 喬瑞平，崔濤，TMS320C54x DSP 原理及應用，西安電子科技大學出版社，2005.2&

37、lt;/p><p>　?。?） 計丹, 基于定點DSP的MP3解碼系統(tǒng)設計與實現(xiàn), 碩士學位論文, 2002.</p><p>　?。?） 鄧彥松,向偉, 基于DSP的語音信號處理系統(tǒng)設計, 中國集成電路, 2007,(4)：95</p><p>　　（4） 呂海平, 基于DSP的MP3編碼器技術研究 , 碩士學位論文, 2007.</p><