嵌入式cd音質立體聲wave播放器的製作方法

2023-10-08 07:12:09

專利名稱：嵌入式cd音質立體聲wave播放器的製作方法
技術領域：
本發明涉及數字音頻播放應用領域，尤其涉及一種嵌入式CD音質立體聲WAVE播 放器。
背景技術：
數字音頻是一種利用數位化手段對聲音進行錄製、存放、編輯、壓縮或播放的技 術，它是隨著數位訊號處理技術、計算機技術、多媒體技術的發展而形成的一種全新的聲音 處理手段。隨著數字音頻技術在電視、廣播、手機、MP3中的廣泛應用，許多帶語音提示類的 系統中也開始逐步採用數字音頻技術，例如電梯語音到站鍾，公交車語音自動報站器等帶 語音提示的儀器、設備等產品。目前在這類應用中實現數字音頻播放通常採用兩種技術手段一種是採用專用的 集成數字語音晶片，另外就是採用MP3播放器的技術。這兩種方法都存在一定的不足，其主 要體現在實現播放高質量數字音頻和成本價格上的不平衡。MP3播放器的技術能夠達到高 質量的數字音頻播放效果，但需要使用專門的MP3解碼器和16位的DAC轉換器，實現技術 和算法都比較複雜，成本也就相對偏高；而專用的集成數字語音晶片相對比較便宜，但通常 只能實現接近廣播級數字音頻的質量(採樣頻率22. ΙΚΗζ，解析度12位)。本發明克服現有技術的以上缺陷，提供了一種嵌入式⑶音質立體聲WAVE播放器， 具有實現成本低，輸出達到CD音質的高質量音頻信號，易擴展使用以及方便地嵌入到需要 使用語音、音樂播放的系統和設備中的有益效果。

發明內容
本發明提供了一種嵌入式⑶音質立體聲WAVE播放器，包括MCU單片機、四運算放 大器、音頻輸出口和SD/MMC卡座四部分。所述MCU單片機(1)配合電阻、電容與四運算放 大器(2)連接；所述四運算放大器(2)配合電阻、電容與音頻輸出口(3)連接；所述MCU單 片機(1)通過SD/MMC卡座(4)讀取SD/MMC卡上的數字音頻源文件，將數字音頻數據傳輸到 四運算放大器(2)，經過四運算放大器(2)與電阻、電容組成的電路變換成模擬音頻信號並 濾除高頻噪聲，經由音頻輸出口(3)輸出。其中，所述MCU單片機配合電阻、電容是與四運算放大器的兩個輸入端連接，所述 四運算放大器的兩個輸出端配合電阻、電容與音頻輸出口連接。所述SD/MMC卡座通過SIP 數據線與MCU單片機連接。本發明中，所述MCU單片機為工作時鐘頻率大於24MHz、內部集成有SPI接口和四 個8位PWM輸出埠的通用MCU單片機。本發明中，四運算放大器內部集成四個獨立的運算放大器，共有四路輸入和四路 輸出。本發明中，所述MCU單片機的四個8位PWM輸出埠分別與所述四運算放大器通 過電阻、電容組合連接，構成兩路加權電阻/PWM混合式16位DAC，實現左右聲道16位DA轉換。本發明中，所述MCU單片機通過SPI數據線與SD/MMC卡座連接，用於讀取SD/MMC 卡中的數字音頻文件。本發明中，所述MCU單片機的四個8位PWM輸出埠分別與四運算放大器中的兩 個運算放大器的輸入端通過電阻、電容組合連接，構成兩路加權電阻/PWM混合式16位DAC， 實現左右聲道16位DA轉換。四運算放大器中的另外兩個運算放大器與電阻、電容組合，構 成兩路低通濾波器，實現對模擬信號中的高頻噪聲的濾除，並輸出高質量模擬CD音質的立 體聲模擬信號到音頻輸出口。本發明中的MCU單片機通過SPI數據線連接的SD/MMC卡座讀取記錄在SD/MMC卡 上的數字音頻源文件，然後將獲取的數字音頻數據通過四個PWM 口輸出到四運算放大器， 經過加權電阻/PWM混合式16位DAC轉換成模擬音頻信號，再經過低通濾波器濾除高頻噪
聲後，經由音頻輸出口輸出。本發明中，所述音頻輸出口( 3 )為耳機插座。本發明還包括按鍵、LED指示燈，其中，所述按鍵與MCU單片機連接，用於對SD/MMC 卡座(4)內的SD/MMC卡中的歌曲的選播和播放進行控制。所述LED指示燈與MCU單片機 連接，用以指示播放器的工作狀態。本發明還包括通信接口，所述通信接口與MCU單片機連接，用於連接所述嵌入式 CD音質立體聲WAVE播放器與外部系統，構成帶語音播報功能的系統，實現控制和功能的擴展。本發明中，所述「⑶音質」是指採樣頻率44. IKHz,採樣精度16位，左右雙聲道立 體聲的數位化音頻質量標準。本發明中，所述「WAVE」是指數字音頻數據符合RIFF標準(RIFF是英文Resource Interchange File Format的縮寫)，以原始脈衝編碼調製(PCM)格式保存記錄的TOVE文件 (預設文件擴展名為wav)。本發明可單獨使用，也可通過通信接口與外部系統連接的方式嵌入和組合到不同 的應用系統中，充分利用MCU單片機自身的功能和引腳，實現對播放器功能的擴展，和高音 質WAVE數字音頻的播放。首先，本發明通過連接的SD/MMC卡座，直接讀取插入卡座的SD/MMC卡上數字音頻 文件。由於讀取的是原始無壓縮和編碼的WAVE格式數字音頻數據，保證了最原始的數字音 頻質量，也就不需要專用解碼器。其次，用MCU單片機本身的PWM功能，配合廉價的運算放 大器構成的加權電阻/PWM混合式16位DAC代替專用的16位ADC轉換器；再次，實現播放 器功能僅消耗使用了 MCU單片機有限的資源，其本身還有富裕的資源和引腳可以它用，可 以實現功能擴展和嵌入組合到其它系統中，構成帶語音播放功能的其它系統。本發明嵌入式⑶音質立體聲WAVE播放器，不需要專用解碼器和專用16位ADC轉 換器，僅採用兩個通用器件和簡單的外圍電路一片通用MCU單片機、一片普通四運算放大 器，與電阻電容組合構成16位DAC電路，配合相應的程序代碼處理，實現對高質量WAVE數 字音頻文件讀取、並通過8位PWM方式配合簡單模擬電路，實現16位DAC轉換得到高質量 的模擬音頻信號的輸出。本發明製作成本極低，輸出高音質音頻，並且方便功能擴展。本發 明既可以構成獨立的播放器使用，也可以進行二次開發，嵌入到其它應用系統中，非常適合
4交通、旅遊、商場、電梯、智能儀器等需要語音播報與提示等設備和場合。


圖1是本發明的嵌入式CD音質立體聲WAVE播放器的電路結構示意圖2是本發明實施例1的嵌入式CD音質立體聲WAVE播放器的工作原理示意圖； 圖3是本發明實施例2的嵌入式⑶音質立體聲WAVE播放器的工作原理示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖和實施例進一步詳細闡述本發明。以下實施例並不是對本發明的限 制。在不背離發明構思的精神和範圍下，本領域技術人員能夠想到的變化和優點都被包括 在本發明中。實施例1
參考圖1、圖2所示，1為MCU單片機，2為四運算放大器，3為音頻輸出口，4為SD/MMC 卡座，6為按鍵，7為LED指示燈。本發明嵌入式⑶音質立體聲WAVE播放器，包括MCU單片機1、四運算放大器2、音 頻輸出口 3，和SD/MMC卡座4 ；另外，還包括按鍵6和LED指示燈7。其中，MCU單片機1配合電阻、電容與四運算放大器2的兩個輸入端連接；四運算 放大器2的兩個輸出端配合電阻、電容與音頻輸出口 3連接；SD/MMC卡座4通過SPI數據 線與MCU單片機1連接；按鍵6與MCU單片機1連接，對播放器的選曲和播放進行控制；LED 指示燈與MCU單片機1連接，用以指示播放器的工作狀態。本發明中的MCU單片機1為工作時鐘頻率大於24MHZ、內部集成有硬體SPI接口 和四個8位PWM輸出埠的通用MCU單片機；其SPI接口與SD/MMC卡座4連接，四個8位 PWM輸出埠與四運算放大器2通過電阻、電容組合連接，構成兩路加權電阻/PWM混合式 16位DAC，實現完成兩路左右聲道16位DA的轉換，輸出高質量模擬CD音質的立體聲音頻。本實施例中MCU單片機1使用通用MCU晶片M0516，四運算放大器2使用普通四運 算放大器晶片LM324 ；音頻輸出口 3採用通用的3芯Φ3. 5mm耳機插座；SD/MMC卡座4採用 標準通用的SD/MMC卡座。音頻輸出口 3也可以是外接音響設備的插口。如圖1所示，MCU單片機1的三線SPI接口和兩個I/O 口 (P0. 4/PO. 5/PO. 6/P4. 6/ P4. 7)與SD/MMC卡座4相對應的引腳連接，構成讀SD/MMC卡的物理接口 ；MCU單片機1的 四個8位PWM輸出口 P2. 3/P2. 4/P2. 6/P2. 7配合六個電阻和四個電容與四運算放大器2中 的兩個運放輸入端連接，構成的兩路加權電阻/PWM混合DAC電路，實現兩路16位DAC轉換 的功能。兩路16位DAC的輸出連接到四運算放大器2中的另外兩個運放與四個電阻和四 個電容構成兩路有源低通濾波器，實現濾除高頻噪聲。兩路低通濾波器輸出端連接到音頻 輸出口 3輸出高音質的音頻信號。MCU單片機M0516的工作時鐘為24MHz，可以通過SPI接口直接流暢、順序地讀取 插在SD/MMC卡座4內的SD/MMC卡上的採樣頻率為44. IKHz、解析度為16位的、左右聲道 兩路、標準WAVE格式的CD音質的數字音頻音源文件；然後MCU單片機M0516通過軟體的處 理，再將兩路16位數字音頻數據(每個點的數據為8位4位元組)分成高低8位，由MCU單片 機1以44. IKHz或44. IKHz的倍頻頻率，通過自身四個8位PWM 口的引腳，以PWM的方式輸
5出到四運算放大器2的LM324的兩個輸入端；其中兩個8位PWM信號輸出和四運算放大器 中的一個運放構成1路加權電阻/PWM混合式16位DAC，另外的兩個8位PWM信號輸出和四 運算放大器LM324中的另一個運放構成第二路加權電阻/PWM混合式16位DAC ；兩路16位 DAC輸出的模擬信號再通過四運算放大器LM324中剩餘兩個運放組成的低通濾波電路過濾 掉高頻噪聲後分別連接到音頻輸出口，這樣在音頻輸出口就得到了高音質的模擬音頻輸出 信號了。本實施例中，按鍵6是用於對插入SD/MMC卡座4的SD/MMC卡中的選曲和播放進 行控制選擇下一段語音或音樂、選擇上一段語音或音樂、停止播放、開始播放等。LED指示 燈7用於指示播放器的工作狀態指示SD/MMC卡座4內是否有SD/MMC卡、播放器是處在播 放狀態還是停止狀態等。本實施例中，按鍵6與LED指示燈7也可省略。實施例2
本實施例中描述本發明的嵌入式CD音質立體聲WAVE播放器應用在商場時的實施情 況，本發明嵌入式⑶音質立體聲WAVE播放器還包括有通信接口 5，所述通信接口 5與MCU 單片機1連接，用於連接所述嵌入式CD音質立體聲WAVE播放器與外部系統，構成帶語音播 報功能的系統，實現控制和功能的擴展。本實施例中與實施例1相同的結構，不再贅述。如圖3所示為商場大門的帶語音 功能的大門控制系統結構圖，圖中上部右邊虛線框內為本發明的播放器，上部左邊虛線框 內是擴展的商場大門控制部分；這兩部分構成一個基本的帶語音功能的大門控制系統。由 於本發明的基本WAVE播放器的MCU單片機1留有富裕的引腳和內部資源，因此語音播放和 大門控制使用同一片MCU單片機1。將圖3中所示的門內微波探頭8、門外微波探頭9、開關 門控制電路10分別與MUC單片機1的富裕引腳直接連接，就可以方便的將本發明WAVE播 放器擴展成為一個帶語音播放功能的門控系統。如圖3所示，其中門內微波探頭8朝向商場大門內部，用於檢測商場內顧客走出 或接近商場大門；門外微波探頭9朝向商場大門外部，用於檢測商場外顧客進入商場；開關 門控制電路10用於控制商場大門的自動開門和關閉。一個商場通常有幾個大門，每一大門上使用一個帶語音播放功能的門控系統控 制，然後將每個帶語音播放功能的門控系統通過其本身的通信接口 5與商場中心控制系統 連接，就組成一個商場大門總控系統，如圖3所示。本實施例工作方式為
當MCU單片機1通過與其連接的門內微波探頭8、門外微波探頭9檢測到大門附近沒 有顧客時，MCU單片機1則通過與其連接的控制開/關門電路將門關閉，同時循環播放SD/ MMC卡上儲存的背靜音樂文件或產品廣告等。當MCU單片機1通過與其連接的門外微波探頭9探測到有顧客接近或進入商場 時，MCU單片機1則停止播放音樂，讀取相應的數字音頻文件，播放「歡迎進入XXX店購物」 的歡迎詞，並同時通過開/關門控制電路，自動為顧客打開大門。而當MCU單片機1通過與其連接的門內微波探頭8探測到有顧客接近準備離開商 場，MCU單片機1則停止播放音樂，讀取相應的數字音頻文件，播放「謝謝在XXX店購物，歡 迎下次再來」的歡送詞，並同時通過開/關門控制電路，自動為顧客打開大門。
各個帶語音播放功能的門控系統通過通信接口，將當前大門的狀況數據傳送到中 心控制室，中心控制室就可以隨時了解各個大門的情況以及顧客流量等。如果發生緊急情況，中心控制器通過通信接口 5，將緊急打開全部大門的命令傳送 到各個帶語音播放功能的門控系統，各帶語音播放功能的門控系統則控制對應的開/關門 控制電路，將大門打開，並同時讀取相應的數字音頻文件，播放「請大家緊急離開商場」的緊 急示警語音，通知顧客離開商場。本實施例的使用，能為顧客營造和提供一個更加溫馨、方便和安全的購物環境。本實施例中通信接口 5也可以用於同外部的其它系統連接，這樣其它外部系統可 以通過通信接口來控制播放器的工作。例如，可以把一個工具機設備控制系統的通信接口與 本發明的通信接口連接，當該外部的工具機設備控制系統加工完成一個工件，或發現設備產 生了故障時，它可以通過該通信接口發出相應的指令給本發明WAVE播放器的MCU單片機1， MCU單片機1根據接收到的指令從SD/MMC卡上讀取預先準備好的相應WAVE音頻數據文件， 並將其播放通過聲音提示操作人員。另外，MCU單片機1還留有富裕的引腳和內部資源，也 可以方便地實現功能擴展和二次開發。另外，在本實施例中，所有的語音提示和背靜音樂都是存放在SD/MMC卡上的。使 用者根本不必依賴專業人員對系統進行任何改動，隨時可以將SD/MMC卡從系統中取出，插 到普通的電腦上，通過普通的文件拷貝方式，更換不同的背景音樂和符合自己商場特點的 語音提示、產品廣告等，充分體現了本發明的優勢。
權利要求
1.一種嵌入式⑶音質立體聲WAVE播放器，其特徵在於，包括MCU單片機(1 )、四運算 放大器(2)、音頻輸出口( 3)、和SD/MMC卡座(4)；所述MCU單片機(1)配合電阻、電容與四 運算放大器(2)連接；所述四運算放大器(2)配合電阻、電容與音頻輸出口(3)連接；所述 SD/MMC卡座(4)通過SPI數據線與MCU單片機(1)連接；所述MCU單片機(1)通過SD/MMC 卡座(4)讀取SD/MMC卡上的數字音頻源文件，將數字音頻數據傳輸到四運算放大器(2)，經 過四運算放大器(2)與電阻、電容組成的電路變換成模擬音頻信號並濾除高頻噪聲，經由音 頻輸出口(3)輸出。
2.如權利要求1所述嵌入式CD音質立體聲WAVE播放器，其特徵在於，所述MCU單片機 (1)為工作時鐘頻率大於24MHz、內部集成有SPI接口和四個8位PWM輸出埠的通用MCU 單片機。
3.如權利要求1所述嵌入式CD音質立體聲WAVE播放器，其特徵在於，所述四運算放大 器(2)內部集成四個獨立的運算放大器，共有四路輸入和四路輸出。
4.如權利要求1所述嵌入式CD音質立體聲WAVE播放器，其特徵在於，所述MCU單片機 (1)的四個8位PWM輸出埠分別與所述四運算放大器(2)通過電阻、電容組合連接，構成 兩路加權電阻/PWM混合式16位DAC，實現左右聲道16位DA轉換。
5.如權利要求1所述嵌入式CD音質立體聲WAVE播放器，其特徵在於，所述音頻輸出口 (3)為耳機插座。
6.如權利要求1所述嵌入式⑶音質立體聲WAVE播放器，其特徵在於，還包括按鍵(6)、 LED指示燈(7 )；所述按鍵(6 )與MCU單片機(1)連接，用於對SD/MMC卡座(4)內的SD/MMC 卡中的歌曲的選播和播放進行控制；所述LED指示燈(7 )與MCU單片機(1)連接，用以指示 工作狀態。
7.如權利要求1所述嵌入式⑶音質立體聲WAVE播放器，其特徵在於，還包括通信接 口( 5)；所述通信接口( 5)與MCU單片機(1)連接，用於連接所述嵌入式⑶音質立體聲WAVE 播放器與外部系統，構成帶語音播報功能的系統，實現控制和功能的擴展。
全文摘要
本發明公開一種嵌入式CD音質立體聲WAVE播放器，其包括MCU單片機、四運算放大器、音頻輸出口和SD/MMC卡座。MCU單片機配合電阻、電容與四運算放大器連接；四運算放大器配合電阻、電容與音頻輸出口連接；SD/MMC卡座通過SPI數據線與MCU單片機連接；MCU單片機通過SD/MMC卡座讀取SD/MMC卡上的數字音頻源文件，將數字音頻數據傳輸到四運算放大器，經過四運算放大器與電阻、電容組成的電路變換成模擬音頻信號並濾除高頻噪聲，經由音頻輸出口輸出。本發明具有硬體成本低，實現高品質CD音質立體聲模擬音頻信號輸出，以及可靈活擴展功能、方便嵌入式應用的優點。
文檔編號G11B20/12GK102005227SQ20101058825
公開日2011年4月6日 申請日期2010年12月15日 優先權日2010年12月15日
發明者周萬程, 馬潮 申請人:華東師範大學