MP3-Player mit Touchpaneeldisplay und Spracherkennungssteuerung

Inhaltsverzeichnis

Vorwort

Danksagung

Kurzfassung

Abstract

Inhaltsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Bilderverzeichnis

1 Projektmanagement
1.1 Planung
1.2 Zielsetzung
1.3 Realisierung
1.4 Projektbetreuer
1.5 Der Prüfer
1.6 Die Diplomanden
1.7 Projektablaufplan
1.8 Kostenkalkulation

2 Systembeschreibung

3 AT89C51SND1C
3.1 Features
3.2 Block Diagram
3.3 Pin out (80-pin QFP Package)
3.4 Pin Description
3.5 Clock Controller
3.7 Program/Code Memory
3.8 Data Memory
3.9 Special Function Registers
3.10 Interrupt System
3.11 Timer
3.12 MP3-Decoder
3.13 Audio Output Interface
3.14 MMC
3.15 IDE/ATAPI – Interface
3.16 Serial I/O Port
3.17 Electrical Characteristics
3.18 Package Information

4 LCD
4.1 Allgemeines
4.2 Hardware
4.3 Touchpanel
4.4 Software
4.5 Zubehör
4.6 Versorgung / RS-232 Anschluss
4.7 Ein- und Ausgänge
4.8 Grundeinstellungen
4.9 Makro Programmierung
4.10 Erstellen individueller Makros
4.11 Integrierte Fonts
4.12 Alle Befehle auf einen Blick
4.13 Muster
4.14 Abmessungen

5 Reset-Schaltung

6 Spannungsversorgung

7 Endstufe

8 Festplatte
8.1 Die logische Einteilung der Festplatte:

9 Das Dateisystem
9.1 FAT Dateisystem
9.2 Nachteile des FAT-Dateisystems

10 Spracherkennungsmodul
10.1 Features
10.3 Modusauswahl
10.4 Multiwort Continuous-Listening Modus
10.5 Multiwort CL Konfiguration
10.6 Anschlussbelegung

11 Verwendete Software

12 Aufgetretene Fehler

13 Anhang
13.1 Quellenverzeichnis
13.2 Stückliste
13.3 Projekttagebücher
13.3.1 Manfred Jagersberger
13.3.2 Wolfgang Kogler
13.3.3 Wolfgang Scharner
13.4 Schaltplan
13.5 Board
13.5.1 Bauteilliste
13.6 Sponsoren
13.7 Source code
13.7.1 compiler.h
13.7.2 extsnd1.h
13.7.3 regsnd.h
13.7.4 main.h
13.7.5 LCD.

Vorwort

Als wir bei der vorjährigen Reifeprüfung zusahen, wurde unter anderem auch der MP3-Player von Reinhard Spitaler und Bernhard Farhofer vorgestellt. Die Präsentation dieser Arbeit mit ihren Zukunftsaussichten begeisterte uns und erregte bei uns großes Interesse an der Weiter- bzw. Neuentwicklung. Schon bald darauf planten wir die Neuauflage eines moderneren und kompakteren MP3-Player-Systems. Es sollte den Einsatz einiger der heute üblichen Speichermedien ermöglichen und darüber hinaus komfortabel mittels Sprachsteuerung bzw. Touchdisplay zu steuern sein.

Danksagung

Unser besonderer Dank gilt natürlich den Projektbetreuern Vl. Klaus Kettner und Prof. Dipl.-Ing. Horst Dietrich für ihre hervorragende Unterstützung bei der Realisierung unserer Arbeit.

Erwähnt seien an dieser Stelle auch unsere Theorie- und Werkstättenlehrer die uns in den vorangegangenen Jahren das nötige Wissen vermittelten um eine derartige Arbeit in Angriff nehmen zu können.

Kurzfassung

Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines MP3-Players für den Auto-HIFI-Bereich. Als Speichermedien werden eine herkömmliche 2,5“ ATA/IDE-Festplatte, ein CD/DVD-Laufwerk und eine MMC-Speicherkarte verwendet.

Besonderer Wert wurde auf die einfache Bedienung mittels der Sprachsteuerung und dem ausgeklügeltem Menüsystem für das Touchdisplay gelegt. Mit der Sprachsteuerung lassen sich einfache Funktionen realisieren (Play, Pause, Lauter, Leiser) und sie kann individuell programmiert werden. Zur Bedienung aller weiteren Funktionen steht das Touchdisplay zur Verfügung.

Der MP3-Player ist eine kompakte Einheit mit integrierter Audio-Endstufe. Alle Komponenten sind dafür ausgelegt als Einheit in einem ISO-Autoradioschacht untergebracht zu werden. Das Touchdisplay wird in dem Frontpanel eingesetzt und übernimmt die Anzeige der wichtigsten Funktionen.

Diese Diplomarbeit entspricht den Standards gemäß Leitfaden für Ingenieurprojekte des BMBWK.

Abstract

This project deals with the development of a MP3-Player for the Car-HIFI. A conventional 2.5” ATA harddisk, a CD/DVD drive and a MMC card are used to store music titles.

Emphasis was put on making it easy to navigate through the well thought system menu, with the touchpad and with the speech recognition. The speech recognition is designed to fulfil easy tasks like Play, Pause, Volume Up, Volume Down. It’s possible to program the speech recognition module individually. To manage the other tasks the touch panel display is used.

The MP3-Player is one compact unit with an integrated audio amplifier. All components are chosen to fit as a device into an ISO car radio slot. The touch panel display is put in the front panel of the device and shows the most significant functions.

Atmel® and combinations thereof, AVR® and AVR Studio® are the registered trademarks of Atmel Corporation or its subsidiaries. Microsoft®, MSDOS, Windows®, Windows NT® and Windows XP® are the registered trademarks of Microsoft Corporation. Other product and company names mentioned herein may be the trademarks of their respective owners.

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1.1 Projektierte Kosten

Tabelle 1.2 Tatsächliche Kosten

Tabelle 3.1 Pinbeschreibung Teil 1

Tabelle 3.2 Pinbelegung Teil 2

Tabelle 3.3 Clock Control Register

Tabelle 3.4 PLL Control Register

Tabelle 3.5 PLL N Divider Register

Tabelle 3.6 PLL R Divider Register

Tabelle 3.7 Auxiliary Register 1

Tabelle 3.8 Hardware Security Byte

Tabelle 3.9 Software Boot Vector

Tabelle 3.10 Software Security Byte

Tabelle 3.11 ERAM Size Selection

Tabelle 3.12 Program Status Word Register

Tabelle 3.13 Auxiliary Control Register

Tabelle 3.14 Special Function Registers Teil 1

Tabelle 3.15 Special Function Registers Teil 2

Tabelle 3.16 Special Function Registers Teil 3

Tabelle 3.17 Special Function Registers Teil 4

Tabelle 3.18 SFR Adress Tabelle

Tabelle 3.19 Prioritätsstufen

Tabelle 3.20 Priorität in der gleichen Stufe

Tabelle 3.21 Interrupt Enable Register 1

Tabelle 3.22 Interrupt Enable Register 2

Tabelle 3.23 Interrupt Priority High Register 0

Tabelle 3.24 Interrupt Priority High Register 1

Tabelle 3.25 Interrupt Priority Low Register 0

Tabelle 3.26 Interrupt Priority Low Register 1

Tabelle 3.27 Timer/Counter Control Register

Tabelle 3.28 Timer/Counter Mode Register

Tabelle 3.29 Timer High/Low Byte Register

Tabelle 3.30 MP3 Clock Frequenz

Tabelle 3.31 Audio Controls

Tabelle 3.32 MP3 Frame Frequency Sampling

Tabelle 3.33 MP3CON Register

Tabelle 3.34 MP3STA, -STA1, -DAT, -ANC Register

Tabelle 3.35 MP3VOL, -VOR, -BAS, -MED, -TRE Register

Tabelle 3.36 MP3CLK Register

Tabelle 3.37 Sample Duplication Factor

Tabelle 3.38 AUDCON0 Register

Tabelle 3.39 AUDCON1, AUDSTA Register

Tabelle 3.40 AUDDAT, AUDCLK Register

Tabelle 3.41 Command Token Format

Tabelle 3.42 Response Formats Teil 1

Tabelle 3.43 Response Formats Teil 2

Tabelle 3.44 Block Length Programming

Tabelle 3.45 MMCON0 Register

Tabelle 3.46 MMCON1, MMCON2 Register

Tabelle 3.47 MMSTA Register

Tabelle 3.48 MMINT, MMCMD Register

Tabelle 3.49 MMMSK, MMDAT Register

Tabelle 3.50 MMCLK Register

Tabelle 3.51 External Data Memory Interface Signals

Tabelle 3.52 DAT16H Register

Tabelle 3.53 Serial I/O Port Mode Selection

Tabelle 3.54 Internal Baud Rate Generator Value

Tabelle 3.55 SCON, SBUF Register

Tabelle 3.56 SADDR, SADEN, BDRCON Register

Tabelle 3.57 BRL Register

Tabelle 3.58 Ratings, Characteristics Teil 1

Tabelle 3.59 Ratings, Characteristics Teil 2

Tabelle 4.1 Programmzeile Beispiel

Tabelle 4.2 RS-232/Port Anschluss J3

Tabelle 4.3 5 V RS-232 Anschluss J5

Tabelle 4.4 Grundeinstellungen

Tabelle 4.5 Fonts Teil 1

Tabelle 4.6 Fonts Teil 2

Tabelle 4.7 Befehle Teil 1

Tabelle 4.8 Befehle Teil 2

Tabelle 4.9 Programmierbeispiel

Tabelle 9.1 Cluster

Tabelle 10.1 Kommandos

Tabelle 10.2 Beschaltungsmöglichkeiten

Tabelle 10.3 Anschlussbelegung

Bilderverzeichnis

Bild 1.1 Probebetrieb des MP3-Players

Bild 1.2 Projektablaufplan

Bild 1.3 Kosten im Vergleich

Bild 2.1 Blockschaltbild

Bild 2.2 Alle Komponenten

Bild 3.1 Blockdiagramm AT89C51SND1C-ROTIL

Bild 3.2 Pinbelegung TQFP 80

Bild 3.3 Clock Controller

Bild 3.4 Filt-PLL-Tiefpassfilter

Bild 3.5 PLL-Ablaufplan

Bild 3.6 Speicherbereich

Bild 3.7 Boot Process Algorithmus

Bild 3.8 Interrupt Control System

Bild 3.9 Timer

Bild 3.10 MP3-Dekoder Blockdiagramm

Bild 3.11 MP3 Clock Generator Symbol

Bild 3.12 MP3 Decoder Interrupt System

Bild 3.13 MP3 Interrupt Service Routine Flow

Bild 3.14 Audio Interface Blockdiagramm

Bild 3.15 Audio Clock Generator Symbol

Bild 3.16 DSEL Output Polarity

Bild 3.17 Audio Output Format

Bild 3.18 Audio Interface Interrupt System

Bild 3.19 MP3Mode Audio Configuration Flow

Bild 3.20 Read/Write Operations Teil 1

Bild 3.21 Read/Write Operations Teil 2

Bild 3.22 Response Token Format

Bild 3.23 Data Token Format

Bild 3.24 MMC Controller Block Diagram

Bild 3.25 MMC Clock Generator and Symbol

Bild 3.26 Configuration Flow

Bild 3.27 Command Line Controller Blockdiagramm

Bild 3.28 Command Transmisson Flow

Bild 3.29 Data Line Controller Blockdiagramm

Bild 3.30 Data Controller Configuration Flows

Bild 3.31 Data Stream Transmission Flows

Bild 3.32 Data Stream Reception Flows

Bild 3.33 Data Block Transmission Flows

Bild 3.34 Data Block Reception Flows

Bild 3.35 MMC Controller Interrupt System

Bild 3.36 IDE Verbindungsbeispiel

Bild 3.37 Internal Baud Rate Generator Blockdiagramm

Bild 3.38 Baud Rate Source Selection, Formulas

Bild 3.39 Serial I/O Port Block Diagram

Bild 3.40 Data Frame Format

Bild 3.41 Serial I/O Interrupt System, Waveforms

Bild 3.42 Characteristics PLL Filter, USB, ISP Pull-Down

Bild 3.43 TQFP 80 Package

Bild 4.1 Datenformat

Bild 4.2 Touchfelder

Bild 4.3 LCD Ansicht Unterseite

Bild 4.4 Schrifteffekte

Bild 4.5 Muster

Bild 4.6 Abmessungen mit Gehäuse

Bild 4.7 Abmessungen ohne Gehäuse

Bild 5.1 Resetschaltung

Bild 6.1 Spannungsversorgung

Bild 7.1 Verstärker-IC

Bild 7.2 Standardbeschaltung

Bild 8.1 Zonen

Bild 8.2 Sektoren

Bild 8.3 Zylinder

Bild 10.1 Externe Beschaltung

Bild 10.2 Multiwort Funktionsweise

1 Projektmanagement

1.1 Planung

Am Beginn unserer Arbeit stand die Informationsbeschaffung. Datenblätter und Websites wurden durchgearbeitet, um einen Überblick über bestehende Systeme zu erhalten. Bereits hier kristallisierte sich heraus, dass mit den uns vorhandenen Mitteln nur ein voll funktionsfähiger Prototyp hergestellt werden kann. Auch ein vollständig durchdachter Schaltplan war nötig, da eine Änderung am Print nur schwer durchzuführen ist.

Als nächstes wurde ein Zeitplan aufgestellt und die Aufgaben wurden in der Gruppe verteilt.

Manfred Jagersberger:

- Implementierung, Programmierung des Touchdisplays
- Kontaktierung der eventuellen Sponsoren
- Bestellung der Bauteile
- Aufbau der Hardware
Wolfgang Kogler:
- Erstellung eines Schaltplanes und des Layout
- Programmierung und Implementierung des Mikrokontrollers
Wolfgang Scharner:
- Implementierung der Spracherkennungssteuerung
- Programmierung und Implementierung des Mikrokontrollers

1.2 Zielsetzung

Folgende Anforderungen stellten wir an unseren MP3-Player:

- Das Display, die Hauptplatine und das CD/DVD-Laufwerk müssen in einen ISO-Autoradioschacht passen.

- Der MP3-Player soll das FAT32-Dateisystem unterstützen.

- Die Kommunikation zwischen den Einheiten muss störungsfrei funktionieren.

- Die Menüführung soll einfach, effizient und zum Teil über das Spracherkennungsmodul möglich sein, weiters soll eine Lautstärkenregelung und eine Programmiermöglichkeit für die Sprachsteuerung inkludiert sein.

- Als Speichermedien sollen eine 2,5“ ATA Festplatte, ein CD/DVD-Laufwerk und eine MMC-Speicherkarte verwendet werden können.

- Der direkte Anschluss von Autolautsprechern (2-8Ω Impedanz) soll so wie bei herkömmlichen Autoradios möglich sein.

- Die Spannungsversorgung soll über das KFZ-Boardnetz erfolgen.

1.3 Realisierung

Im nächsten Abschnitt wurde festgelegt, welche Bauteile benötigt werden und woher sie bezogen werden sollen. Aufgrund der hohen Kosten mancher Bauteile wurde auch überlegt nach Sponsoren zu suchen, um die Diplomarbeit leichter finanzieren zu können. An dieser Stelle sei an die Stückliste und die Liste der Sponsoren, welche uns materiell und finanziell in jeder Hinsicht unterstützt haben, verwiesen. Dann wurde die Hardware aufgebaut, auf ihre Funktionsfähigkeit geprüft und mit der Programmierung eines entsprechenden Programms für den Mikrocontroller bzw. des Touchdisplays begonnen.

Rückblickend kann gesagt werden, dass die Entwicklung der Hardware (Schaltplan) mehr Zeit in Anspruch nahm als geplant, somit blieb für die Programmierung und den Probebetrieb nur mehr wenig Zeit übrig.

Wir werden uns sicherlich weiter mit unserem MP3-Player beschäftigen, um ihn vollkommen funktionsfähig zu bekommen. Der Arbeitsaufwand insgesamt für dieses Projekt wurde leider unterschätzt und deshalb konnte es nicht mit allen geplanten Funktionen fertig gestellt werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 1.1 Probebetrieb des MP3-Players

1.4 Projektbetreuer

Vl. Klaus Kettner

Lehrer für praktische Fächer

Dornleiten 28

3343 Hollenstein/Ybbs

- 0650 7833780

klaus.kettner@htlwy.ac.at

Geburtsdatum: 13.Juni.1964

1.5 Der Prüfer

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Prof. Dipl.-Ing. Horst Dietrich

Lehrer für elektrotechnische Fächer

Schmiedestraße 1a/12

3340 Waidhofen/Ybbs

- 0676 6177830

horst.dietrich@htlwy.ac.at

Geburtsdatum: 22.Februar.1967

1.6 Die Diplomanden

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Manfred Jagersberger

Schüler der HTBLuVA Waidhofen/Ybbs

Walcherbauern 54

3343 Hollenstein/Ybbs

- 0676 5227504

manbergjag@hotmail.com

Geburtsdatum: 19.Dezember.1977

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Wolfgang Kogler

Schüler der HTBLuVA Waidhofen/Ybbs

Ferndorf 3

3324 Euratsfeld

- 0664 5536005

eraser-1@gmx.net

Geburtsdatum: 25.November.1985

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Wolfgang Scharner

Schüler der HTBLuVA Waidhofen/Ybbs

Schadneramt 59

3264 Gresten

- 0676 4789315

wscharner@gmx.at

Geburtsdatum: 3.April.1986

1.7 Projektablaufplan

In diesem Kapitel ist eine detaillierte Aufstellung der einzelnen Arbeitsschritte des Projektablaufplans.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenBild 1.2 Projektablaufplan

Konzepterstellung

Bei der Konzepterstellung ging es darum ein Grundgerüst für das Projekt zu entwerfen. Das Grundgerüst sollte all unsere Vorstellungen, Zielsetzungen und einen groben Überblick über die Funktionen beinhalten. Grafisch dargestellt durch ein Blockschaltbild, zeigt es auch das Zusammenwirken der einzelnen Bauteilkomponenten.

Das Konzept war die Basis für unser Projekt!

Schaltplanerstellung

Bei der Erstellung des Schaltplans wurden nun die Informationen des Grundgerüsts, d.h. vorrangig das Blockschaltbild und die genauen Daten der Bauteile, wie Anschlussbelegung, Spannungslevel, Schaltfrequenzen und vieles mehr, zu der letztendlich hardwaretechnischen Realisierung verschmolzen.

Leiterplattenerstellung

Von Anfang an war klar, dass die Fertigung der Leiterplatte außerhalb der HTL erfolgen musste. Durch die hohe Bauteildichte, Durchkontaktierungen und der Notwendigkeit eine zweiseitige Leiterplatte anzufertigen, wurde der Auftrag an die Fa. PIU-Printex weitergegeben. Die Zusammenarbeit war sehr professionell, somit konnten die Leiterplatten von der Auftragsvergabe weg nur eine Woche später schon in Empfang genommen und bestückt werden.

Durch eine vorherige Absprache, dass es sich hier um eine Diplomarbeit handelt, konnte ein erheblicher Preisnachlass erzielt werden. An dieser Stelle möchten wir der Fa. PIU-Printex für ihre großartige Unterstützung danken.

Print bestücken

Das Bestücken des Prints gestaltete sich speziell bei den doch sehr kleinen Kontakten des Mikrokontrollers und der Pegelwandler als eine sehr viel Konzentration und Geschick fordernde Angelegenheit. Man benötigte hierzu einen sehr spitzen, feinen Lötkolben, Lötzinn mit Ø 0,5mm und zur steten Kontrolle eine Lupe. Größere Probleme traten nicht auf.

Softwareprogrammierung

Neben der hardwaretechnischen Realisierung, nämlich dem Erstellen einer elektronischen Schaltung, war es nun notwendig, ein Softwareprogramm für den Mikrokontroller und das Touchdisplay zu schreiben. Diese schwierige Aufgabe konnte nicht vollständig abgeschlossen werden.

1.8 Kostenkalkulation

Die Kostenkalkulation basiert auf der Stückliste. Die Sollkalkulation war nur eine grobe Schätzung, bei der wir mit ungefähren Materialkosten von EUR ~450.- rechneten. Die erforderliche Arbeitszeit wurde von uns nicht geschätzt, da uns keinerlei Erfahrungswerte zugrunde lagen.

Zu beachten ist, dass in der angehängten Stückliste die Muster preislich nicht berücksichtigt sind, da sie von unseren Sponsoren zur Verfügung gestellt worden sind und für uns keine direkten Kosten verursacht haben.

Die durchschnittlichen Bruttopreise inkl. Mwst. für die in der Stückliste angeführten Muster betragen im Handel:

EUR

2,5“ ATA Festplatte 40GB 2MB Cache ~ 100.-

CD/DVD ROM Slim line ~ 100.-

AT89C51SND1C-ROTIL Mikrocontroller ~ 26.-

Die folgenden Preise gelten ab 1000 bestellten Teilen:

MAX3003EUP 8-Channel Level Translator ~ 1,27

AD1857 Digital-Analog-Converter ~ 2,98

FLS007-2323-0 MMC 7p. push/push Type ~ 0,56

USB-A Single Port angled PTH ~ 0,67

Weiters ist ein Gehäuse, welches in einen ISO-Autoradioschacht geschoben werden kann, preislich ebenfalls noch nicht berücksichtigt. Bei Herstellung in Eigenregie unter Verwendung der Anlagen der HTL lässt sich dieses sicher sehr kostengünstig erzeugen.

Die gesamte Kostenkalkulation wurde unter den folgenden Punkten zu den angegebenen Beträgen berechnet:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1.1 Projektierte Kosten

Die einzelnen Kostenkategorien sind folgendermaßen aufgebaut:

Material

Zu den Materialkosten zählen alle zur Herstellung des gesamten MP3-Players notwendigen Einzelteile wie Bauteile, Kabel, Stecker usw.

Geräte

Hierzu gehören Elektrowerkzeuge, Messgeräte und der zur Schaltplanerstellung und Mikrokontrollerprogrammierung notwendige PC.

Software

Zur Software zählen das Layout-Zeichenprogramm und die Programmiersoftware.

Verbrauchsmaterial

Das Verbrauchsmaterial beinhaltet die anfallenden Druckkosten und dergleichen.

Im Gegenzug dazu stehen die am Ende erzeugten reellen Kosten, die Unterstützung der Sponsoren ist bereits mit berücksichtigt, d.h. von den Materialkosten subtrahiert:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1.2 Tatsächliche Kosten

Folgende Punkte waren in erster Linie für die Abweichungen der reellen Kosten von der Kalkulation ausschlaggebend:

- Durch die großartige Unterstützung unserer Sponsoren waren die für uns anfallenden Kosten gering.
- Die Kosten für die Anschaffung eines PCs fielen durch die Verwendung der eigenen, schon vorhandenen, Systeme weg.
- Ebenso konnten die Kosten für die Software, durch Verwendung von Trial-Versionen, auf € 0.- gesetzt werden.

Durch die visuelle Gegenüberstellung können die einzelnen Abweichungen gut erkannt werden:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenBild 1.3 Kosten im Vergleich

2 Systembeschreibung

In diesem Kapitel soll ein grober Überblick über die Funktionen der einzelnen Bauteilgruppen vermittelt werden. Detailliert wird in den folgenden Kapiteln darauf eingegangen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 2.1 Blockschaltbild

Der Mikrokontroller übernimmt sämtliche Steuerungs- und Dekodieraufgaben. Er ist über die Standardschnittstelle RS 232 mit dem Touchpanel Display verbunden. Alle relevanten Daten werden über das Display angezeigt. Somit kann jeglichen Benutzeraufforderungen nachgekommen werden, auch ein rasches finden der MP3-Player-Dateien ist gewährleistet. Für die Kommunikation zwischen Touchpanel Display und Mikrokontroller wird lediglich TxD, RxD und Masse benötigt.

Eine USB-Schnittstelle steht für die Programmierung zur Verfügung. Wird der Mikrokontroller ordnungsgemäß mit seiner Betriebsspannung versorgt und liegen keine weiteren Kurzschlüsse oder ähnliches vor, so wird die Hardware automatisch vom Betriebssystem des PC erkannt. Mit dem von Atmel zur Verfügung gestellten Programm FLIP kann man nun *.hex Files auf den Mikrokontroller übertragen.

Der D/A-Wandler, AD 1857, übernimmt die Wandlung des digitalen Ausgangssignals vom integrierten MP3-Dekoder in ein analoges Signal welches über einen Endstufen-IC, TDA 7560, weiter verstärkt wird und über handelsübliche 2-8Ω Auto HIFI Lautsprecher ausgegeben wird.

Die sehr selten verwendeten Pegelwandler, MAX 3001E und MAX 3003EUP, wandeln den 3 V Pegel vom Mikrokontroller in einen 5 V Pegel, wie er bei IDE-Schnittstellen von Festplatten und CD/DVD-ROM Laufwerken verwendet wird, um. Dadurch ist gewährleistet, dass die Ports des Mikrokontrollers nicht überlastet werden.

Der Mikrokontroller verfügt außerdem über eigene Ports zur problemlosen Anbindung einer MMC-Speicherkarte.

Die Spracherkennungssteuerung wird im ausgeschalteten Zustand auf die Hauptplatine aufgesteckt. Sie ist über externe Taster und einen externen Lautsprecher individuell, jederzeit nach dem Anlegen der Versorgungsspannung programmierbar. Ein externes Mikrophon, welches über einen 2,5 mm Klinkenstecker mit der Hauptplatine verbunden ist, übernimmt die Übertragung der gesprochenen Befehle.

Der Aufbau der Hauptplatine ist im folgenden Bild dargestellt. Für den Probebetrieb wurden Distanzbolzen mit Schrauben verwendet, damit die Platine nicht ungeschützt auf der jeweiligen Arbeitsfläche aufliegt. Für den Einbau sollten weiche Kunststoffdistanzbolzen verwendet werden, um eine Dämpfung gegenüber Erschütterungen zu erreichen.

Die Zusammenstellung aller Komponenten ist im folgenden Bild zu sehen. Da wir nur im Probebetrieb gearbeitet haben ist keine Einbauversion verfügbar.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 2.2 Alle Komponenten

3 AT89C51SND1C

3.1 Features

- MPEG I/II-Layer 3 Hardwired Decoder

- Stand-alone MP3 Decoder
- 48, 44.1, 32, 24, 22.05, 16 kHz Sampling Frequency
- Separated Digital Volume Control on Left and Right Channels (31 Steps)
- Bass, Medium, and Treble Control (31 Steps)
- Bass Boost Sound Effect
- Ancillary Data Extraction
- CRC Error and MPEG Frame Synchronization Indicators

- Programmable Audio Output for Interfacing with Common Audio DAC
- PCM Format Compatible
- I2S Format Compatible

- 8-bit MCU C51 Core Based (FMAX = 20 MHz)

- 2304 Bytes of Internal RAM

- 64K Bytes of Code Memory
- Flash (100K Erase/Write Cycles)

- 4K Bytes of Boot Flash Memory (AT89C51SND1C)
- ISP: Download from USB (standard) or UART (option)

- External Code Memory

- USB Rev 1.1 Controller
- Full Speed Data Transmission

- Built-in PLL

- MP3 Audio Clocks

- USB Clock

- MultiMedia Card® Interface Compatibility

- Atmel DataFlash® SPI Interface Compatibility

- IDE/ATAPI Interface

- 2 Channels 10-bit ADC, 8 kHz (8-true bit)

- Up to 44 Bits of General-purpose I/Os
- 4-bit Interrupt Keyboard Port for a 4 x n Matrix
- SmartMedia® Software Interface

- 2 Standard 16-bit Timers/Counters

- Hardware Watchdog Timer

- Standard Full Duplex UART with Baud Rate Generator

- Two Wire Master and Slave Modes Controller

- SPI Master and Slave Modes Controller

- Power Management
- Power-on Reset
- Software Programmable MCU Clock
- Idle Mode, Power-down Mode

3.2 Block Diagram

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 3.1 Blockdiagramm AT89C51SND1C-ROTIL

3.3 Pin out (80-pin QFP Package)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 3.2 Pinbelegung TQFP 80

3.4 Pin Description

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 3.1 Pinbeschreibung Teil 1

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 3.2 Pinbelegung Teil 2

3.5 Clock Controller

Die externe Beschaltung des Quarz-Oszillators am Mikroprozessor sieht folgendermaßen aus:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten Bild 3.3 Clock Controller

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Der AT89C51SND1C hat außerdem noch ein sog. X2-Feature implementiert.

Normale C51-Mikroprozessoren brauchen 12 Oszillator-Clock-Perioden pro Maschinenzyklus. Im X2-Modus werden nur 6 Oszillator-Clock-Perioden pro Maschinenzyklus verwendet. Dadurch werden Prozesse doppelt so schnell abgearbeitet.

PLL

Die PLL wird dazu verwendet, um eine hohe interne Frequenz zu erzeugen. Diese Frequenz wird für andere Bereiche im Mikroprozessor, wie z.B. MP3-Decoder oder Audio-Interface, verwendet.

Die Frequenz der PLL wird durch folgende Formel berechnet:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 3.4 Filt-PLL-Tiefpassfilter

PLL-Programmierung – Ablaufplan

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 3.5 PLL-Ablaufplan

Register

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 3.3 Clock Control Register

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 3.4 PLL Control Register

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 3.5 PLL N Divider Register

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 3.6 PLL R Divider Register

3.7 Program/Code Memory

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 3.6 Speicherbereich

Hardware Boot Process Algorithmus

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 3.7 Boot Process Algorithmus

Register

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 3.7 Auxiliary Register 1

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 3.8 Hardware Security Byte

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 3.9 Software Boot Vector

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 3.10 Software Security Byte

3.8 Data Memory

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 3.11 ERAM Size Selection

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