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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Lecteur MP3 - décodeur pour PC. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / ordinateurs Le lecteur MP3 porté à la connaissance des lecteurs est un appareil qui est un décodeur MP3 connecté au port parallèle (LPT) d'un ordinateur. Il peut être utilisé dans un centre de musique stationnaire ou dans une voiture (lorsqu'il est utilisé pour contrôler et stocker des informations de tout type d'ordinateur ou d'appareil sur un microcontrôleur), pour étendre les fonctionnalités des ordinateurs "lents", etc. MP3, MPEG-1* Layer 3, MPEG Noms audio d'une technique de compression pour un flux ou un fichier audio numérisé. La caractéristique fondamentale du codage MPEG est la compression avec perte. Après avoir compressé et décompressé un fichier audio en utilisant la méthode MP3, le résultat n'est pas identique à l'original "bit pour bit". Au contraire, le compactage exclut délibérément les composants non essentiels du signal compacté, ce qui conduit à une augmentation extrême du taux de compression. Selon la qualité sonore requise, la méthode MP3 est capable de compresser un signal audio numérique dix fois ou plus. Grâce à cela, les compositions musicales d'un CD audio sous forme compressée avec une qualité sonore acceptable n'occupent que 60 ... 70 Mo. Aujourd'hui, ce format devient de plus en plus populaire. Des dizaines d'appareils de diverses entreprises sont produits en série à l'aide d'une grande variété de supports d'informations : cartes mémoire, CD, disques durs. Il existe de nombreux appareils amateurs, dont les descriptions peuvent par exemple être trouvées sur Internet [1], allant des ordinateurs avec décodage logiciel des données aux appareils avec décodage matériel et possibilité de travailler simultanément avec plusieurs supports différents. Cependant, l'utilisation d'un lecteur MP3 avec un ordinateur portable, même avec un processeur peu performant (286, 386, 486), qui peut être acheté sur le marché de la radio pour une somme modique, se compare favorablement à tous les autres appareils. Premièrement, pour le prix - le coût du microcontrôleur, de l'écran LCD et des autres pièces est supérieur à celui d'un vieil ordinateur portable. Deuxièmement, en termes de fonctionnalité - un écran avec une haute résolution et des niveaux de gris (ou même des couleurs), un grand nombre de touches de contrôle, la possibilité d'utiliser simultanément l'ordinateur à d'autres fins (par exemple, comme horloge, pour contrôler divers appareils ). Troisièmement, en termes de flexibilité - le logiciel est écrit dans un langage de programmation de haut niveau et peut être modifié facilement et rapidement sans utiliser de programmeur à l'aide de l'ordinateur lui-même. Le schéma fonctionnel du lecteur MP3 est illustré à la fig. 1. Comme vous pouvez le voir, il est connecté au port parallèle de l'ordinateur et se compose d'un convertisseur de niveau de signal U1, d'un décodeur MP3 matériel U2 et d'une alimentation A1.
Le goulot d'étranglement de l'appareil est la faible bande passante du port parallèle de l'ordinateur. Lors d'un test sur un ordinateur avec un port SPP (Standard Parallel Port) basé sur un processeur Intel 486DX-33, le flux de données maximal auquel les compositions musicales ont été jouées sans bégaiement était de 128 Kbps. Sur un ordinateur avec un port parallèle EPP (port parallèle amélioré), où le taux de change atteint 0,5.. 2 Mo / s (le taux de change avec l'appareil est beaucoup plus faible, car les données ne sont échangées que le long d'une des lignes de signal, et le stroboscope de données est effectué par un logiciel) le flux de 192 Kbps et plus est normalement lu. Si vous le souhaitez, pour interfacer l'appareil avec un ordinateur, vous pouvez utiliser l'interface de connexion au bus ISA, décrite dans [2], avec une légère modification du logiciel. Cependant, dans ce cas, la portée de l'appareil se rétrécira - il ne peut être connecté qu'à des ordinateurs de bureau, car les ordinateurs portables ne disposent généralement pas d'un tel bus. Le schéma de principe de l'appareil est illustré à la fig. 2. Le convertisseur de niveau logique est implémenté sur des éléments NOT à collecteur ouvert (microcircuits DD1, DD2) et transforme les niveaux TTL en niveaux logiques avec un niveau haut de 3 V et vice versa.
Chip DD3 (société finlandaise VS1001k VLSI Oy) est un processeur de signal numérique (Digital Signal Processor - DSP) pour le décodage matériel des couches MPEG 1, 2 et 3 [3, 4]. Son schéma fonctionnel est illustré à la fig. 3. La puce contient un noyau DSP basse consommation haute performance (VS_DSP), une mémoire de travail, une RAM de programme (4 Ko) et de données (0,5 Ko) pour les applications utilisateur, le contrôle série et les interfaces de données, un DAC de haute qualité et un 3- Amplificateur de fréquence pour casque.
Le VS1001k accepte le flux de données d'entrée via le bus série, qui est connecté en tant qu'esclave dans le système. Le flux d'entrée est décodé et transmis via un contrôle de volume A/N hybride à un DAC delta-sigma 18 bits. Le décodage est contrôlé via le bus de contrôle série. En plus du décodage simple, vous pouvez ajouter des applications spéciales - les effets DSP, qui se trouvent dans la RAM de l'utilisateur. Pour contrôler la puce et transférer le flux de données MP3, deux bus sont utilisés : SCI (Serial Control Interface) pour le contrôle et SDI (Serial Data Interface) pour le transfert de données. La destination des lignes de ces pneumatiques est donnée dans le tableau 1.
VS1001k contient 15 registres SCI (tableau 2). Après un "reset" matériel, ils sont tous remis à 0.
Le registre MODE est utilisé pour contrôler les opérations du VS1001. Les noms de ses bits, leurs fonctions et leurs descriptions sont donnés dans le tableau. 3.
Le registre STATUS contient des informations sur l'état actuel de la puce. Les bits 1 et 0 sont utilisés pour contrôler le niveau de sortie analogique (0 - 0 dB, 1 = -6 dB, 3 - -12 dB), bit 2 - pour couper l'alimentation de la partie analogique du microcircuit (lorsqu'il est réglé sur un, il s'éteint). L'écriture dans le registre VOL (voir ci-dessous) définit automatiquement le niveau du signal de sortie analogique et l'utilisateur n'a pas à se soucier de son état. Le registre CLOCKF est utilisé si la fréquence d'horloge est différente de 24,576 MHz (elle doit être un multiple de 2 kHz). La valeur de ce registre est calculée par la formule CLOCKF = ХТ1/2000 (ХТ1 - fréquence d'horloge en hertz). Le registre peut prendre des valeurs de 0 à 32767, cependant, des valeurs plus importantes sont limitées par la fréquence d'horloge maximale du microcircuit (32 MHz). Le réglage du MSB du registre sur 1 active le doubleur de fréquence interne. La fréquence d'horloge jusqu'à 15 MHz peut être doublée. Le registre CLOCKF doit être réglé avant que les données MP3 ne soient décodées, sinon elles ne seront pas lues correctement. La fréquence d'horloge détermine le taux d'échantillonnage maximum des données audio et le taux du flux de données MP3 d'entrée. Par exemple, à une fréquence d'horloge de 12,288 MHz, le microcircuit décode les données audio avec un taux d'échantillonnage de 24 kHz et un flux allant jusqu'à 96 Kbps, à une fréquence de 22,580 MHz - avec un taux d'échantillonnage de 44,1 kHz et un flux de jusqu'à 160 kbps, un flux à débit variable n'excédant pas 256 kbps. Si la fréquence d'horloge est de 24,576 MHz, toutes les données audio sont décodées avec un taux d'échantillonnage jusqu'à 48 kHz et un débit jusqu'à 192 Kbps, à une fréquence de 28 MHz - un flux avec un débit maximum jusqu'à 320 Kbps Le DECODEJTIME Le registre, lors du traitement du flux correct, contient le décodage de l'heure actuelle en secondes. Les bits 8-0 du registre AUDATA contiennent la valeur du débit en kilobits par seconde (s'il est variable, ils contiennent le débit courant du flux), les bits 12-9 contiennent l'indice du taux d'échantillonnage (tableau 4). Les bits 14 et 13 ne sont pas utilisés et sont toujours mis à 0. Le bit 15 caractérise le type de données audio (0 - mono, 1 - stéréo).
À l'aide des registres WRAM WRAMADDR AIADDR, vous pouvez charger et exécuter des applications écrites par l'utilisateur sur la puce, par exemple, mélanger des canaux, créer des effets stéréo lors de la lecture d'un signal mono, introduire un égaliseur numérique. Des exemples de telles applications et des outils pour les développer peuvent être trouvés sur le site Web du fabricant de puces. Cependant, il convient de rappeler que tout cela augmente la charge sur le processeur de signal numérique et que ses performances sont limitées. Par exemple, avec une vitesse d'horloge de 24,576 MHz et le décodage d'un flux de données de 128 Kbps à une fréquence d'échantillonnage de 44,1 kHz, il n'y a qu'environ 28 % de temps processeur libre. Lorsque l'expandeur de réponse en fréquence est activé (par le bit SM_BASS du registre MODE), 6,5 % supplémentaires de la performance DSP sont dépensés. Les registres HDAT0 et HDAT1 contiennent des informations sur le titre du morceau de musique extrait du flux de données MPEG actuel. Le registre VOL sert au contrôle du volume. Dans chaque canal, la valeur peut varier de 0 à 255 (correspondant à l'atténuation du signal du niveau maximum à zéro par pas de 0,5 dB). Pour le canal gauche, la valeur est multipliée par 256 et ajoutée à la valeur du canal droit. Ainsi, pour obtenir le volume maximum, le registre doit contenir 0 et un silence complet - 65535. Après une "réinitialisation" matérielle, le volume maximum est défini, une "réinitialisation" logicielle ne modifie pas le volume défini. Lorsque vous réglez le volume minimum (255 dans les deux canaux), l'alimentation de la partie analogique est coupée, ce qui s'accompagne d'un clic. Vous pouvez l'exclure si vous utilisez la valeur maximale de 254 dans les deux canaux (0xFEFE) pour désactiver le son. La puce PQ3VZ1 de SHARP est utilisée dans l'appareil comme régulateur de tension d'alimentation 20 V (DA51). La tension de sortie Uout (entre 1,5 ... 20 V à un courant de charge jusqu'à 0,5 A) est calculée par la formule Uout = Uobr (1 + R3 / R4), où R4 = 1 kOhm, et la tension de référence Uobr = 1,25, 3 V. Dans ce cas, R1,5 \u1,25d 1 kOhm et Uout \u1,5d 1 (3,125 + XNUMX / XNUMX) \uXNUMXd XNUMX V. Des selfs de filtrage L1-L3 et des condensateurs C3-C6 permettent de séparer les circuits de puissance des parties analogique et numérique. Le microcircuit a une fonction marche / arrêt intégrée, qui peut être utilisée dans une version portable de l'appareil. Le logiciel de gestion des appareils est écrit en C et doit être compilé et placé sur un ordinateur. L'auteur a utilisé le compilateur Borland C. Pour le contrôle, les fonctions suivantes sont utilisées, qui sont définies dans le fichier vs1001.h : void SCIWrite(int aress, int data) - écrire dans SCI ; int SCIRead(int aress) - lire SCI ; void SDIWrite(int data) - écrire dans SDI ; void xReset(void) - matériel "reset" ; int DREQ(void) - lit la valeur du signal DREQ. Le programme fonctionne comme ceci :
Si vous le souhaitez, réglez les registres restants, par exemple, VOL, MODE, etc. Ensuite, l'état de la sortie DREQ est vérifié par la fonction DREQQ. S'il est réglé sur 0 (la fonction DREQQ renvoie 0), vous pouvez envoyer des données à partir d'un fichier MP3. * L'abréviation MPEG est l'abréviation de Moving Picture Expert Group - le nom du groupe d'experts ISO (Organisation internationale de normalisation), agissant dans le sens de l'élaboration de normes pour l'encodage et la compression des données vidéo et audio. Souvent, l'abréviation MPEG est utilisée pour désigner les normes développées par ce groupe. Dans le cas le plus simple, le programme ressemble à ceci (mp3play.cpp) :
Lors de la lecture du fichier suivant, il est nécessaire d'effectuer un "reset" logiciel de la puce VS1001k (en mettant le bit SMRESET du registre SCI MODE à 1). La vérification des performances de l'appareil commence par la partie analogique de la puce DD3. Sur toutes les broches UDDA, UDDD. et xRESET et TEST0 doivent être d'environ +3 V, et la broche RCAP doit être d'environ +1,3 V. Si ce dernier est 0 ou UD DA, la partie analogique du VS1001 est défectueuse. Lorsque le décodeur est "réinitialisé" en appliquant un niveau bas à la broche xRESET, ce qui suit doit se produire : après 4096 cycles d'horloge après que la tension à xRESET est revenue à un niveau unitaire, un niveau bas doit apparaître sur la broche DREQ, qui après 6000 cycles du générateur d'horloge doivent passer à un niveau élevé. Si les niveaux de signal sur cette broche ne changent pas dans l'ordre indiqué, le logiciel interne de la puce est défectueux. Vérifiez ensuite le fonctionnement du bus SCI. Pour ce faire, la valeur de volume maximale est écrite dans le registre VOL, puis la valeur OxFFFF, qui désactive la partie analogique de la puce Vsl001k. De ce fait, un clic doit se faire entendre dans le casque connecté à la prise XS2. L'extrait de programme suivant (scitest.cpp) le démontre : cinq clics seront entendus en sortie avec une période de 0,5 s :
Vous devez maintenant vérifier la lecture des registres SCI. Pour ce faire, écrivez une valeur dans le registre VOL, par exemple 12345, puis lisez les informations de ce registre et comparez le résultat. Sur l'écran de l'ordinateur, si le test réussit, le message "SCI Read Test Passed" s'affiche, sinon - "SCI Read Failed" (sciread.cpp).
Ensuite, vérifiez l'enregistrement dans SDI. Il est pratique d'utiliser un test spécial intégré au microcircuit qui produit un signal sinusoïdal à la sortie analogique. Pour activer le test, il est nécessaire de transmettre via SDI une séquence de huit octets 0x53 OxEF Ox6E n 0 0 0 0, où n = 48... 119 (sélectionné par l'utilisateur). Les paramètres du signal sont déterminés à partir du tableau. 5, où l'indice de taux d'échantillonnage est Fsldx = (n - 48)mod9 et le nombre d'indices d'échantillons est FSin = (n - 48)/9. Par exemple, à n = 62 (dans ce cas n - 48 = 14) Fsldx = 5 et FSin = 1. La valeur Fsldx = 5 correspond à la fréquence d'échantillonnage de 16000 Hz, et la valeur FSin = 1-16 échantillons. Ainsi, en sortie on obtiendra un signal sinusoïdal avec une fréquence de 16000/16 = 1000 Hz.
Pour quitter le mode test, la séquence d'octets 0x45 0x78 0x69 0x74 0 0 0 0 est transmise via SDI. L'extrait de programme suivant (sinetest.cpp) illustre ce test : sur la sortie analogique, vous pouvez écouter un signal d'une fréquence de 1 kHz pendant 5 secondes :
Pour vérifier la mémoire de la puce VS1001k, une séquence de huit octets 0x4D OxEA 0x6D 0x54 0 0 0 0 est envoyée à SDI. Après cette commande, vous devez attendre 500 000 cycles d'horloge. Le résultat du test peut être lu à partir du registre HDAT0 SCI. Les données reçues sont interprétées comme suit : si le bit est mis à 1, alors le test de mémoire est réussi (tableau 6).
Sur l'écran de l'ordinateur, si le test est réussi, le message "Test de mémoire terminé avec succès" s'affiche, sinon - "Erreur de mémoire xxxxx", où xxxxx est la valeur lue dans le registre HDATO. Voici un fragment du programme de test de mémoire (memtest.cpp) :
Pour vérifier les registres SCI, il est nécessaire d'envoyer la séquence de huit octets 0x53 0x70 0xEE n 0 0 0 0 à SDI, où n est le numéro de registre pour le test. Le contenu du registre spécifié est lu et copié dans le registre HDAT0. S'il est nécessaire de vérifier le registre HDAT0, alors sa valeur est copiée dans le registre HDAT1. Le dispositif est monté sur une carte de circuit imprimé réalisée selon le dessin illustré à la Fig. 4. Lors de l'installation, insérez des morceaux de fil étamé dans les trous encadrés par les plages de contact du diamètre minimum et soudez-les aux conducteurs imprimés des deux côtés de la carte. Au lieu de PQ20VZ51, vous pouvez utiliser n'importe quel régulateur de tension à microcircuit permettant d'obtenir 3 V en sortie (par exemple, LM317). Inductances L1-L3 toutes avec une inductance de 10 μH. Les onduleurs avec sortie à collecteur ouvert DD1.1-DD1.6, DD2.1-DD2.3 peuvent être des séries K155, KR531, K555, KR1533. Il n'est pas souhaitable de remplacer la puce VS1001k par des appareils avec d'autres indices de lettres (versions précédentes), car ils présentent un certain nombre de défauts. littérature
Auteur: V. Kardapolov, village Tbilisskaya, territoire de Krasnodar
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