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1、淮阴工学院 DSP 技术及使用技术及使用课程设计课程设计 选题名称选题名称: 基于 DSP 的 MP3 播放器设计 系（院）系（院）: 专专 业业: 班班 级级: 姓姓 名名: 学学 号号: 指导教师指导教师: 学年学期学年学期: 2010 2011 学年 第 2 学期 2010年 7 月 2 日 设计任务书设计任务书 课题课题 名称名称 基于 DSP 的 MP3 播放器设计 设计设计 目的目的 1.了解 MP3 播放器系统的功能； 2.理解 DSP 使用系统开发的基本思路及方法； 3.练习使用汇编语言编写使用程序的基本步骤； 4.学习软件开发过程及资料收集和整理，学会撰写课程设计报告； 5.
2、学会对所学知识进行总结和提高； 实验实验 环境环境 1Windows 2000 以上操作系统； 2CCS 开发环境； 任务任务 要求要求 1.利用课余时间去图书馆或上网查阅课题相关资料，深入理解课题含义及 设计要求，注意材料收集和整理； 2.在第 18 周末之前完成预设计，并请指导教师审查。通过后方可进行下一 步工作； 3.按指导书要求设计软件，实现设计的功能，并显示正确的结果； 4.要求形成稳定的程序软件，可以运行，方可申请参加答辩； 工作进度计划工作进度计划 序号序号起止日期起止日期工工 作作 内内 容容 12011.6.272011.6.28 在预设计的基础上，进一步查阅资料，完成硬件电
3、 路设计。 22011.6.282011.6.29编写软件代码，调试和完善。 32011.6.292011.6.30 测试程序，优化代码，增强功能，撰写课程设计报 告。 42011.6.302011.7.1 提交软件代码、硬件电路成果和设计报告，参加答 辩。 指导教师（签章）：指导教师（签章）： 年年 月月 日日 摘要： 在当今这个信息、科技高速发展的数字化时代，数字信号处理技术逐步体现出它 的优势和拓展空间。越来越多的电子产品将数字信号处理作为技术核心，并广泛使用 于控制、通信、图像处理等各个领域。为了适应这一发展趋势，基于 DSP 的 MP3 播 放器设计的这一课题也就如期而至，在这次接近
4、实践的实习中我们将针对 DSP 的硬件 实现原理和其结构特点，利用汇编语言设计相应的代码来实现预期目的中所要达到的 MP3 播放器各项功能。和此同时，针对 DSP 的 MP3 解码问题的理解和解决也成为了 我们这次设计中需要克服的最大难题。相比专用芯片的 MP3 解码，采用 DSP 芯片进 行软解码的灵活性、可移植性、通用性等都具有很大优势。实习中需要用 PROTEL 软 件对外围电路进行设计和绘制，利用 CCS 软件进行汇编程序的编译和调试，在软硬件 设计完成后将其结合进行仿真完成设计要求。 关键词：数字信号处理；MP3；解码；PROTEL 目录目录 1 课题综述.1 1.1 课题来源1 1
5、.2 课题意义1 1.3 预期目标1 1.4 面对问题1 2 系统分析.1 2.1 涉及到的基础知识1 2.2 解决问题的基本思路4 2.3 软件分析4 2.4 硬件分析4 2.5 总体方案4 3 系统设计.5 3.1 软件设计5 3.2 硬件设计6 3.3 程序代码7 4 电路设计.10 4.1 电源电路.10 4.2 FLASH 存储器电路 11 4.3 USB 接口电路.12 4.4 PCB 图13 5 系统仿真和调试.13 总 结.15 致 谢.16 参考文献.17 DSP 技术及使用课程设计报告 0 1 课题综述课题综述 1.1 课题来源课题来源 DSP 使用的快速发展为数字信息产品
6、带来广阔的发展空间，并将支持通信、计算 机和消费类电子产品的数字化融合。和此同时，数字编解码及压缩技术也不断进步， 在对于音视频处理领域也成了当前的热点之一。MP3 在这时也应运而生，成为了当今 科技时尚潮流的代名词，各种手持娱乐终端、消费类电子产品中对于 MP3 播放器的 功能，也是风靡一时。而对于 MP3 的压缩解码器技术理所应当的成为了我们实习的 最好课题。 1.2 课题意义课题意义 随着各种 MP3 的不断更新换代，对于 MP3 的压缩编码解码的要求也就越来越高， 本课题采用基于 DSP 技术下的 MP3 播放器，采用慢速大容量外存加高速小容量外存 的组合方式，音乐文件先从慢速外存下载
7、至高速外存再载入 DSP 的高速 RAM，下载 一部分处理一部分的工作方式，充分体现了当今时代对 MP3 功能的需求。而研究如 何将 DSP 技术和 MP3 有机的结合就成为了我们这次实习的重要意义所在。 1.3 预期目标预期目标 通过对软硬件的设计，使基于 DSP 的 MP3 播放器实现播放、搜索、音量控制、 暂停、删除、锁定、浏览、停止、关机、播放模式控制、音场选择等功能模块。并针 对其不同的功能设定不同的快捷键来方便使用。 1.4 面对问题面对问题 在这次设计过程中，我们需要解决基于 DSP 芯片上的 MP3 软件设计和硬件设计 两大部分。对于软件部分，要利用汇编语言来实现其解码功能，并
8、最终和其各项功能 结合在一起。硬件部分的难点是合理的将各模块的 DSP 芯片有机的连接起来。 2 系统分析系统分析 2.1 涉及到的基础知识涉及到的基础知识 2.1.1 MP3 MP3 全称是动态影像专家压缩标准音频层面 3（Moving Picture Experts Group Audio Layer III） 。是当今较流行的一种数字音频编码和有损压缩格式，它设计用来大 DSP 技术及使用课程设计报告 1 幅度地降低音频数据量，而对于大多数用户来说重放的音质和最初的不压缩音频相比 没有明显的下降。它是在 1991 年由位于德国埃尔朗根的研究组织 Fraunhofer- Gesellsch
9、aft 的一组工程师发明和标准化的。 MP3 也是一个数据压缩格式。它丢弃掉脉冲编码调制（PCM）音频数据中对人类 听觉不重要的数据（类似于 JPEG 是一个有损图像压缩） ，从而达到了小得多的文件大 小。在 MP3 中使用了许多技术其中包括心理声学以确定音频的哪一部分可以丢弃。 MP3 音频可以按照不同的位速进行压缩，提供了在数据大小和声音质量之间进行权衡 的一个范围。 2.1.2 DSP 数字信号处理(Digital Signal Processing，简称 DSP)是一门涉及许多学科而又广泛 使用于许多领域的新兴学科。20 世纪 60 年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发 展，数字信号
10、处理技术应运而生并得到迅速的发展。数字信号处理是一种通过使用数 学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。在 过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的使用。 DSP 的优点：对元件值的容限不敏感，受温度、环境等外部因素影响小；容易实 现集成；VLSI 可以分时复用，共享处理器；方便调整处理器的系数实现自适应滤波； 可实现模拟处理不能实现的功能：线性相位、多抽样率处理、级联、易于存储等；可 用于频率非常低的信号。 DSP 的缺点：需要模数转换；受采样频率的限制，处理频率范围有限；数字系统 由耗电的有源器件构成，没有无源设备可靠。但是其优点远远
11、超过缺点。 2.1.3 PDIUSBD12 PDIUSBD12 是一款性价比很高的 USB 器件。它通常用作微控制器系统中实现和 微控制器进行通信的高速通用并行接口，它还支持本地的 DMA 传输；这种实现 USB 接口的标准组件使得设计者可以在各种不同类型微控制器中选择出最合适的微控制器； 这种灵活性减小了开发的时间、风险以及费用（通过使用已有的结构和减少固件上的 投资）从而用最快捷的方法实现最经济的 USB 外设的解决方案； PDIUSBD12 完全符合 USB1.1 版的规范，它还符合大多数器件的分类规格：成像 类、海量存储器件、通信器件、打印设备以及人机接口设备。同样，地 PDIUSBD
12、12 理想地适用于许多外设，例如：打印机、扫描仪、外部的存储设备（Zip 驱动器）和 数码相机等等。它使得当前使用 SCSI 的系统可以立即降低成本； DSP 技术及使用课程设计报告 2 PDIUSBD12 所具有的低挂起功耗连同 LazyClock 输出可以满足使用 ACPI、OnNOW 和 USB 电源管理的要求。低的操作功耗可以使用于使用总线供电的 外设； 此外它还集成了许多特性，包括 SoftConnetTM、GoodLinkTM、可编程时钟输出、 低频晶振和终止寄存器集合。所有这些特性都为系统显著节约了成本，同时使 USB 功能在外设上的使用变得容易。PDIUSBD12 引脚图如图
13、2-1 所示。 图 2-1 PDIUSBD12 芯片引脚图 D0D7:双向 8 位数据线； ALE: 地址锁存使能信号； CLKOUT：可编程时钟输出； /INT: PDIUSBD12 中断输出； D-: USB D-数据线； D+: USB D+数据线。 2.1.4 SDRAM SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)，同步动态随机存储器， 同步是指 Memory 工作需要同步时钟，内部的命令的发送和数据的传输都以它为基准； 动态是指存储阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失；随机是指数据不是线性依次存 储，而是自由指定地址进行数据读写。SD
14、RAM 从发展到现在已经经历了四代，分别 是：第一代 SDR SDRAM，第二代 DDR SDRAM，第三代 DDR2 SDRAM，第四代 DDR3 SDRAM。 DSP 技术及使用课程设计报告 3 2.2 解决问题的基本思路解决问题的基本思路 从基础出发，不难看出对于本次课程设计我们需要从两方面考虑，一方面是对于 软件的设计，另一方面是其硬件问题的解决。对于软、硬件的问题我们需要先分析其 设计的要求，并根据其设计要求具体设计方案，分派任务，将一项工程分而治之，各 个击破。即化整为零，整理妥当后在合二为一的综合设计思路。因为 MP3 的编码系 统和各实现模块电路在本次设计中是重点，也是难点，所
15、以对于这部分的工作还是要 做到细致入微的才行。 2.3 软件分析软件分析 通过系统的软件要实现数据存储介质中读取 MP3 码流数据，并保证数据读取的 速度满足系统的需要；能够正确定位 MP3 文件数据的地址和文件长度，为后期进行 歌曲选择打下基础；和此同时，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；最后，要能 正确协调硬件各个模块的工作，提供正确的芯片控制信号。 2.4 硬件分析硬件分析 对于 MP3 播放器的系统分析除了软件分析，当然还有对其硬
16、件的分析。首先， 做出的硬件要能够对 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；而且可以存储一定量的 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； 在解码后输出的 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 使用；最后，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 嵌入式使用方案来说，系统的功耗要比较低，用电池供电能够满足系统的工作需要。 2.5 总体方案总体方案 对于本次课程设计，我们将设计的工作分为两个部分：即硬件系统部分和软件系 统部分。其中硬件系统主要包括主译码模块、控制模块、模拟音频模块、电源模块等。 软件系统主要实现 MP3 解码算法，存储
