МР3 проигрыватель - приставка к ПК. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Компьютеры

 Комментарии к статье

Предлагаемый вниманию читателей МР3 проигрыватель - устройство, представляющее собой МР3 декодер, подключаемый к параллельному (LPT) порту компьютера. Его можно применить в стационарном музыкальном центре или в автомобиле (при использовании для управления и хранения информации компьютера любого типа или устройства на микроконтроллере), для расширения функциональных возможностей "медленных" компьютеров и др.

МР3, MPEG-1* Layer 3, MPEG Audio-названия методики компрессии оцифрованного звукового потока или файла. Принципиальная особенность MPEG-кодирования - компрессия с потерями. После упаковки и распаковки звукового файла методом МР3 результат не идентичен оригиналу "бит в бит". Напротив, упаковка целенаправленно исключает из упаковываемого сигнала несущественные компоненты, что приводит к чрезвычайному возрастанию коэффициента сжатия. В зависимости от необходимого качества звука метод МР3 способен сжать цифровой звуковой сигнал в десять и более раз. Благодаря этому музыкальные композиции одного ау-диокомпакт-диска в сжатом виде с приемлемым качеством звучания занимают всего 60...70 Мбайт.

Сегодня этот формат приобретает все большую и большую популярность. Серийно выпускаются десятки устройств различных фирм с использованием самых различных носителей информации: карт памяти, компакт-дисков, жестких дисков. Существует множество любительских устройств, описания которых, например, можно найти в сети Интернет [1], - от компьютеров с программным декодированием данных до устройств с аппаратным декодированием и возможностью работы с несколькими различными носителями информации одновременно.

Однако использование МР3 проигрывателя вместе с компьютером типа ноутбук, даже с процессором невысокой производительности (286, 386, 486), который можно за небольшую плату приобрести на радиорынке, выгодно отличается от всех остальных устройств. Во-первых по цене - стоимость микроконтроллера, LCD дисплея и остальных деталей больше, чем старенького ноутбука. Во-вторых, по функциональности - экран с большим разрешением и градациями серого (или даже цветной), большой набор управляющих клавиш, возможность одновременного использования компьютера для других целей (например, в качестве часов, для управления различными устройствами). В-третьих, по гибкости - программное обеспечение написано на высокоуровневом языке программирования и может легко и оперативно меняться без применения программатора средствами самого компьютера

Структурная схема МР3 проигрывателя изображена на рис. 1. Как видно, он подключается к параллельному порту компьютера и состоит из преобразователя уровней сигналов U1, аппаратного МР3 декодера U2 и источника питания А1.

Узкое место в устройстве - малая пропускная способность параллельного порта компьютера. При тестировании его на компьютере с портом SPP (Standard Parallel Port - стандартный параллельный порт) на базе процессора Intel 486DX-33 максимальный поток данных, при котором музыкальные композиции воспроизводились без "заиканий", составил 128 Кбит/с. На компьютере с параллельным портом ЕРР (улучшенный параллельный порт), где скорость обмена достигает 0,5.. 2 Мбайт/с (скорость обмена с устройством значительно меньше, так как обмен данными происходит только по одной из сигнальных линий, и стробирование данных осуществляется программно) нормально воспроизводится поток 192 Кбит/с и выше.

При желании для сопряжения устройства с компьютером можно использовать интерфейс для подключения к шине ISA, описанный в [2], с небольшой переделкой программного обеспечения. Однако в этом случае сузится сфера применения устройства - его можно будет подключать только к стационарным компьютерам, так как ноутбуки такой шины обычно не имеют.

Принципиальная схема устройства изображена на рис. 2. Преобразователь логических уровней реализован на элементах НЕ с открытым коллектором (микросхемы DD1, DD2) и трансформирует уровни ТТЛ в логические с высоким уровнем 3 В и обратно.

Микросхема DD3 (VS1001k финской компании VLSI Оу) представляет собой цифровой сигнальный процессор (Digital Signal Processor - DSP) для аппаратного декодирования MPEG layer 1, 2 и 3 [3, 4]. Ее структурная схема изображена на рис. 3. Микросхема содержит в себе высокопроизводительное DSP ядро с низкой потребляемой мощностью (VS_DSP), рабочую память, ОЗУ программ (4 Кбайт) и данных (0,5 Кбайт) для приложений пользователя, последовательные интерфейсы управления и данных, высококачественный ЦАП и усилитель 3Ч для головных телефонов.

VS1001k принимает входной поток данных по последовательной шине, которая в системе подключается как ведомая. Входной поток декодируется и пропускается через гибридный аналого-цифровой регулятор громкости на 18-битный дельта-сигма ЦАП. Декодирование управляется через последовательную шину управления. В дополнение к простому декодированию можно добавлять специальные приложения - DSP эффекты, которые располагаются в ОЗУ пользователя.

Для управления микросхемой и передачи потока МР3 данных используются две шины: SCI (Serial Control Interface) для управления и SDI (Serial Data Interface) для передачи данных. Назначение линий этих шин приведено в табл.1.

VS1001k содержит 15 SCI регистров (табл. 2). После аппаратного "сброса" все они устанавливаются в 0.

Регистр MODE используется для управления операциями VS1001. Наименования его битов, их функции и описания приведены в табл. 3.

(нажмите для увеличения)

Регистр STATUS содержит информацию о текущем состоянии микросхемы. Биты 1 и 0 используются для управления уровнем аналогового выхода (0 - 0 дБ, 1 = -6 дБ, 3 - -12 дБ), бит 2 - для выключения питания аналоговой части микросхемы (при его единичном значении она выключается). Запись в регистр VOL (см. ниже) автоматически устанавливает уровень сигнала на аналоговом выходе, и пользователь не должен беспокоиться о его состоянии.

Регистр CLOCKF используется, если тактовая частота отлична от 24,576 МГц (при этом она должна быть кратна 2 кГц). Значение этого регистра рассчитывают по формуле CLOCKF = ХТ1/2000 (ХТ1 - тактовая частота в герцах). Регистр может принимать значения от 0 до 32767, однако большие значения ограничиваются максимальной тактовой частотой микросхемы (32 МГц).

Установка старшего бита регистра в 1 включает внутренний удвоитель частоты. Частота тактового генератора до 15 МГц может быть удвоена. Регистр CLOCKF должен быть установлен до начала декодирования МР3 данных, иначе они не будут правильно воспроизводиться.

От тактовой частоты зависят максимальные частота дискретизации аудиоданных и скорость входного потока МР3 данных. Например, при частоте тактового генератора 12,288 МГц микросхема декодирует аудиоданные с частотой дискретизации 24 кГц и потоком до 96 Кбит/с, при частоте 22,580 МГц - с частотой дискретизации 44,1 кГц и потоком до 160 кбит/с, без сбоев обрабатывается поток с переменной скоростью, не превышающей 256 Кбит/с. Если же тактовая частота равна 24,576 МГц, декодируются все аудиоданные с частотой дискретизации до 48 кГц и скоростью по ока до 192 Кбит/с, при частоте 28 МГц - поток с максимальной скоростью до 320 Кбит/с Регистр DECODEJTIME при обработке корректного потока содержит текущее время декодирования в секундах.

В битах 8-0 регистра AUDATA содержится значение скорости потока данных в килобитах в секунду (если она переменная, в них - текущая скорость потока), в битах 12-9 - индекс частоты дискретизации (табл. 4). Биты 14 и 13 не используются и всегда установлены в 0. Бит 15 характеризует вид аудиоданных (0 - моно, 1 - стерео).

С помощью регистров WRAM WRAMADDR AIADDR можно загружать и запускать в микросхеме приложения, написанные пользователем, например, смешение каналов, создание стереоэффектов при воспроизведении монофонического сигнала, введение цифрового эквалайзера. Примеры таких приложений и средства для их разработки можно найти на сайте производителя микросхемы. Следует, однако, помнить, что все это увеличивает загрузку цифрового сигнального процессора, а его производительность ограничена. Например, при тактовой частоте 24,576 МГц и декодировании потока данных 128 Кбит/с с частотой дискретизации 44,1 кГц остается всего лишь около 28 % свободного процессорного времени. При включении расширителя АЧХ (битом SM_BASS регистра MODE) дополнительно тратится 6,5 % производительности цифрового сигнального процессора.

Регистры HDAT0 и HDAT1 содержат информацию о заголовке музыкального произведения, извлекаемом из текущего потока MPEG данных.

Регистр VOL предназначен для регулирования громкости. В каждом канале значение может изменяться от 0 до 255 (соответствует ослаблению сигнала от максимального уровня до нулевого с шагом 0,5 дБ). Для левого канала значение умножается на 256 и складывается со значением правого канала. Таким образом, чтобы получить максимальную громкость, регистр должен содержать 0, а полную тишину - 65535. После аппаратного "сброса" устанавливается максимальная громкость, программный "сброс" установленную громкость не изменяет.

При установке минимальной громкости (255 в обоих каналах) питание аналоговой части выключается, что сопровождается щелчком. Исключить его можно, если для выключения звука использовать максимальное значение 254 в обоих каналах (0xFEFE).

В качестве стабилизатора напряжения питания 3 В (DA1) в устройстве применена микросхема PQ20VZ51 фирмы SHARP. Выходное напряжение Uвых (в пределах 1,5...20 В при токе нагрузки до 0,5 А) рассчитывают по формуле Uвых = Uобр(1 + R3/R4), где R4 = 1 кОм, а образцовое напряжение Uобр = 1,25 В. В данном случае R3 = 1,5 кОм и Uвых= 1,25(1 + 1,5/1) = 3,125 В.

Для разделения цепей питания аналоговой и цифровой частей использованы фильтрующие дроссели L1-L3 и конденсаторы C3-С6. Микросхема имеет встроенную функцию включения/выключения питания, которая может быть использована в портативном варианте устройства.

Программное обеспечение для управления устройством написано на языке С и должно компилироваться и располагаться в компьютере. Автор использовал компилятор Borland С.

Для управления используются следующие функции, которые определены в файле vs1001.h:

void SCIWrite(int aress, int data) - запись в SCI;

int SCIRead(int aress) - чтение SCI;

void SDIWrite(int data) - запись в SDI;

void xReset(void) - аппаратный "сброс";

int DREQ(void) - чтение значения сигнала DREQ.

Программа работает следующим образом:

• производится аппаратный "сброс" выполнением функции xReset();
• выдерживается пауза длительностью 100 мс;
• производится программный "сброс" записью значения 0x0004 в регистр SCI MODE;
• снова выдерживается пауза 100 мс;
• устанавливается регистр CLOCKF. Например, если применен кварцевый резонатор на частоту 14,31818 МГц (тактовый генератор микросхемы работает на частоте 28,63636 МГц при использовании удвоения частоты), это выполняется следующей функцией: SCIWrite(0x03, 0х8000+(14318180/ /2000)); //Clock freq + doubler (перенос условный).

При желании устанавливают остальные регистры, например, VOL, MODE и др. Затем проверяется состояние выхода DREQ функцией DREQQ. Если он установлен в 0 (функция DREQQ возвращает 0), то можно посылать данные из МР3 файла.

* Аббревиатура MPEG является сокращением от Moving Picture Expert Group - названия экспертной группы ISO (International Organization for Standardization - Международная организация пo стандартизации), действующей в направлении разработки стандартов кодирования и сжатия видео-и аудиоданных. Часто аббревиатуру MPEG используют для ссылки на стандарты, разработанные этой группой.

В простейшем случае программа выглядит следующим образом (mp3play.cpp):

При воспроизведении следующего файла необходимо обязательно произвести программный "сброс" микросхемы VS1001k (путем установки в 1 бита SMRESET регистра SCI MODE).

Проверку работоспособности устройства начинают с аналоговой части микросхемы DD3. На всех выводах UDDA, UDDD . а также xRESET и TEST0 должно быть напряжение около +3 В, а на выводе RCAP - примерно +1,3 В. Если на последнем оно равно 0 или UD DA, аналоговая часть VS1001 к неисправна.

При аппаратном "сбросе" декодера подачей низкого уровня на вывод xRESET должно произойти следующее: через 4096 циклов тактового генератора после того, как напряжение на xRESET вернется к единичному уровню, на выводе DREQ должен появиться низкий уровень, который через 6000 циклов тактового генератора должен смениться высоким. Если уровни сигнала на этом выводе не меняются в указанном порядке, внутреннее программное обеспечение микросхемы неисправно.

Затем проверяют работу шины SCI. Для этого записывают в регистр VOL максимальное значение громкости, а затем - значение OxFFFF, отключающее аналоговую часть микросхемы VSl001k. В результате в подключенных к розетке XS2 головных телефонах должен быть слышен щелчок. Следующий фрагмент программы (scitest.cpp) демонстрирует это: на выходе будут слышны пять щелчков с периодом 0,5 с:

Теперь необходимо проверить чтение регистров SCI. Для этого записывают в регистр VOL какое-либо значение, например 12345, а затем читают информацию из этого регистра и сравнивают результат. На дисплее компьютера в случае успешного прохождения теста выводится сообщение "Тест чтения SCI пройден", в противном случае - "Ошибка чтения SCI" (sciread.cpp).

Далее проверяют запись в SDI. Удобно использовать специальный встроенный в микросхему тест, выдающий синусоидальный сигнал на аналоговом выходе. Для включения теста необходимо передать по SDI восьмибайтную последовательность 0x53 OxEF Ох6Е n 0 0 0 0, где n = 48... 119 (выбирается пользователем). Параметры сигнала определяют из табл. 5, где индекс частоты дискретизации Fsldx = (n - 48)mod9, а индекс числа выборок FSin = (n - 48)/9. Например, при п = 62 (в этом случае n - 48 = 14) Fsldx = 5 и FSin = 1. Значению Fsldx = 5 соответствует частота дискретизации 16000 Гц, а значению FSin =1-16 выборок. Таким образом, на выходе мы получим синусоидальный сигнал частотой 16000/16 = 1000 Гц.

Для выхода из режима тестирования по SDI передают последовательность байт 0x45 0x78 0x69 0x74 0 0 0 0.

Следующий фрагмент программы (sinetest.cpp) демонстрирует этот тест: на аналоговом выходе можно прослушать сигнал частотой 1 кГц в течение 5 с:

Для проверки памяти микросхемы VS1001k на SDI подается восьмибайтная последовательность 0x4D ОхЕА 0x6D 0x54 0 0 0 0. После этой команды необходимо выждать 500 000 циклов тактового генератора. Результат теста можно прочитать из SCI регистра HDAT0. Полученные данные интерпретируются следующим образом: если бит установлен в 1, то тест памяти пройден (табл. 6).

На дисплее компьютера в случае успешного прохождения теста выводится сообщение "Проверка памяти успешно завершена", в противном случае - "Ошибка памяти ххххх", где ххххх - значение, прочитанное из регистра HDATO.

Приведем фрагмент программы, тестирующей память (memtest.cpp):

Чтобы проверить регистры SCI, необходимо на SDI подать восьмибайтную последовательность 0x53 0x70 0хЕЕ n 0 0 0 0, где n - номер регистра для теста. Содержимое указанного регистра читается и копируется в регистр HDAT0. Если необходимо проверить регистр HDAT0, то его значение копируют в регистр HDAT1.

Устройство монтируют на печатной плате, изготовленной по чертежу, изображенному на рис. 4. В отверстия, обрамленные контактными площадками минимального диаметра, при монтаже вставляют отрезки луженого провода и припаивают их к печатным проводникам с обеих сторон платы. Вместо PQ20VZ51 можно применить любой микросхемный стабилизатор напряжения, позволяющий получить на выходе 3 В (например, LM317). Дроссели L1-L3 любые с индуктивностью 10 мкГн. Инверторы с открытым коллекторным выходом DD1.1-DD1.6, DD2.1-DD2.3 могут быть серий К155, КР531, К555, КР1533. Заменять микросхему VS1001k приборами с другими буквенными индексами (предыдущих версий) нежелательно, так как они имеют ряд недоработок.

Файлы проекта

Литература

1. <mp3projects.com>.
2. Васильев Н. Расширитель интерфейса PC. - Радио, 1994, - 6, с. 20, 21.
3. VS1001k - MPEG AUDIO CODEC. - <vlsi.fi/datasheets/VS1001 .pdf>.
4. VS1001 Frequently Asked Questions. - <vlsi.fi/vs1001/faq>.

Автор: В.Кардаполов, станица Тбилисская Краснодарского края

Смотрите другие статьи раздела Компьютеры.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Польза белкового завтрака 14.01.2026

Правильное питание по утрам играет ключевую роль в поддержании здоровья и контроле веса. Многочисленные исследования подтверждают, что состав завтрака может влиять на аппетит в течение всего дня и качество употребляемой пищи. Австралийские ученые провели масштабный эксперимент, который показал, что употребление белковой пищи с утра помогает дольше чувствовать сытость и предотвращает переедание. В исследовании участвовали более 9 тысяч человек среднего возраста 46 лет. В период с 2011 по 2012 год специалисты анализировали рационы респондентов, оценивая долю основных макронутриентов. В среднем участники потребляли 43% углеводов, 31% жиров, 18% белков, 2% клетчатки и 4% алкоголя. Такой рацион позволил ученым проследить взаимосвязь между утренним приемом пищи и пищевым поведением в течение дня. Выяснилось, что участники, чей завтрак содержал недостаточное количество белка, ощущали повышенный аппетит в течение дня. Они ели больше, чем необходимо, и часто выбирали продукты с высоким со ...>>

Технология SmartPower HDR 14.01.2026

Ноутбуки стремительно развиваются в плане графики и мультимедийных возможностей, но яркие дисплеи с высоким динамическим диапазоном (HDR) часто становятся серьезной нагрузкой для аккумуляторов. Длительная работа с видео высокого качества или играми в HDR приводит к быстрой разрядке батареи, что ограничивает мобильность пользователей и снижает комфорт работы. Решить эту проблему призвана новая технология SmartPower HDR, разработанная совместно компаниями Samsung Display и Intel. Суть технологии заключается в динамическом управлении напряжением OLED-панелей. Чипсет ноутбука в реальном времени анализирует пиковую яркость каждого кадра и передает эти данные контроллеру дисплея, который оптимизирует подачу напряжения в зависимости от количества активных пикселей. В отличие от традиционных режимов HDR, где яркость часто фиксируется на максимальном уровне, SmartPower HDR адаптируется к конкретному контенту, что снижает энергопотребление без потери качества изображения. Технология позвол ...>>

Недосып существенно сокращает жизнь 13.01.2026

Сон является одной из самых фундаментальных потребностей человека. Он влияет на обмен веществ, работу сердца и мозга, иммунитет и общее самочувствие. Современный ритм жизни часто заставляет людей жертвовать сном ради работы, учебы или развлечений, но ученые предупреждают: регулярный недосып может иметь далеко идущие последствия для здоровья и долголетия. Исследователи из Орегонского университета здравоохранения и науки пришли к выводу, что сон менее семи часов в сутки связан с сокращением продолжительности жизни. По данным специалистов, хроническая нехватка сна не только вызывает усталость и снижение работоспособности, но и постепенно сказывается на здоровье органов и систем, увеличивая риски развития различных заболеваний. Для анализа ученые использовали обширную национальную базу данных США, сопоставляя показатели ожидаемой продолжительности жизни на уровне штатов с результатами опросов Центров контроля и профилактики заболеваний за период с 2019 по 2025 годы. Они учитывали мно ...>>

Случайная новость из Архива Новый медиа-формат DataPlay 25.04.2002 В июне 2002 года на рынок придет новый медиа-формат под названием DataPlay. Специалисты считают, что очень маленькие, но чрезвычайно вместительные диски должны совершить настоящий переворот. Благодаря новой технологии сжатия на миниатюрном DataPlay емкостью 500 Мбайт помещается 5 ч. музыки LD-качества, 11 ч. MP3, 1 ч. весьма качественного видео, 1000 фотографий с высоким разрешением, 100 книг в электронном виде или одна видеоигра. Плейер DataPlay соединяют с компьютером через USB-порт.

Другие интересные новости:

▪ Электромобиль как резервный источник питания в доме

▪ Вода из почвы

▪ HEP-100/150/185 - источники питания для жестких условий эксплуатации

▪ Беспроводная микрофонная система Sennheiser Evolution Wireless D1

▪ Абсолютно невидимые чернила

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Искусство аудио. Подборка статей

▪ статья Ищите женщину. Крылатое выражение

▪ статья Как французский инженер спас Великие Пирамиды от разборки на стройматериалы? Подробный ответ

▪ статья Беловежская пуща. Чудо природы

▪ статья Защита от тока утечки. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Простой мощный стабилизатор напряжения с защитой от короткого замыкания, 42/15-38 вольт 3 ампера. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026