嵌入式CD音质立体声WAVE播放器

摘要

本发明公开一种嵌入式CD音质立体声WAVE播放器，其包括MCU单片机、四运算放大器、音频输出口和SD/MMC卡座。MCU单片机配合电阻、电容与四运算放大器连接；四运算放大器配合电阻、电容与音频输出口连接；SD/MMC卡座通过SPI数据线与MCU单片机连接；MCU单片机通过SD/MMC卡座读取SD/MMC卡上的数字音频源文件，将数字音频数据传输到四运算放大器，经过四运算放大器与电阻、电容组成的电路变换成模拟音频信号并滤除高频噪声，经由音频输出口输出。本发明具有硬件成本低，实现高品质CD音质立体声模拟音频信号输出，以及可灵活扩展功能、方便嵌入式应用的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及数字音频播放应用领域，尤其涉及一种嵌入式CD音质立体声WAVE播放器。

背景技术

数字音频是一种利用数字化手段对声音进行录制、存放、编辑、压缩或播放的技术，它是随着数字信号处理技术、计算机技术、多媒体技术的发展而形成的一种全新的声音处理手段。随着数字音频技术在电视、广播、手机、MP3中的广泛应用，许多带语音提示类的系统中也开始逐步采用数字音频技术，例如电梯语音到站钟，公交车语音自动报站器等带语音提示的仪器、设备等产品。

目前在这类应用中实现数字音频播放通常采用两种技术手段：一种是采用专用的集成数字语音芯片，另外就是采用MP3播放器的技术。这两种方法都存在一定的不足，其主要体现在实现播放高质量数字音频和成本价格上的不平衡。MP3播放器的技术能够达到高质量的数字音频播放效果，但需要使用专门的MP3解码器和16位的DAC转换器，实现技术和算法都比较复杂，成本也就相对偏高；而专用的集成数字语音芯片相对比较便宜，但通常只能实现接近广播级数字音频的质量（采样频率22.1KHz，分辨率12位）。

本发明克服现有技术的以上缺陷，提供了一种嵌入式CD音质立体声WAVE播放器，具有实现成本低，输出达到CD音质的高质量音频信号，易扩展使用以及方便地嵌入到需要使用语音、音乐播放的系统和设备中的有益效果。

发明内容

本发明提供了一种嵌入式CD音质立体声WAVE播放器，包括MCU单片机、四运算放大器、音频输出口和SD/MMC卡座四部分。所述MCU单片机（1）配合电阻、电容与四运算放大器（2）连接；所述四运算放大器（2）配合电阻、电容与音频输出口（3）连接；所述MCU单片机（1）通过SD/MMC卡座（4）读取SD/MMC卡上的数字音频源文件，将数字音频数据传输到四运算放大器（2），经过四运算放大器（2）与电阻、电容组成的电路变换成模拟音频信号并滤除高频噪声，经由音频输出口（3）输出。

其中，所述MCU单片机配合电阻、电容是与四运算放大器的两个输入端连接，所述四运算放大器的两个输出端配合电阻、电容与音频输出口连接。所述SD/MMC卡座通过SIP数据线与MCU单片机连接。

本发明中，所述MCU单片机为工作时钟频率大于24MHz、内部集成有SPI接口和四个8位PWM输出端口的通用MCU单片机。

本发明中，四运算放大器内部集成四个独立的运算放大器，共有四路输入和四路输出。

本发明中，所述MCU单片机的四个8位PWM输出端口分别与所述四运算放大器通过电阻、电容组合连接，构成两路加权电阻/PWM混合式16位DAC，实现左右声道16位DA转换。

本发明中，所述MCU单片机通过SPI数据线与SD/MMC卡座连接，用于读取SD/MMC卡中的数字音频文件。

本发明中，所述MCU单片机的四个8位PWM输出端口分别与四运算放大器中的两个运算放大器的输入端通过电阻、电容组合连接，构成两路加权电阻/PWM混合式16位DAC，实现左右声道16位DA转换。四运算放大器中的另外两个运算放大器与电阻、电容组合，构成两路低通滤波器，实现对模拟信号中的高频噪声的滤除，并输出高质量模拟CD音质的立体声模拟信号到音频输出口。

本发明中的MCU单片机通过SPI数据线连接的SD/MMC卡座读取记录在SD/MMC卡上的数字音频源文件，然后将获取的数字音频数据通过四个PWM口输出到四运算放大器，经过加权电阻/PWM混合式16位DAC转换成模拟音频信号，再经过低通滤波器滤除高频噪声后，经由音频输出口输出。

本发明中，所述音频输出口（3）为耳机插座。

本发明还包括按键、LED指示灯，其中，所述按键与MCU单片机连接，用于对SD/MMC卡座（4）内的SD/MMC卡中的歌曲的选播和播放进行控制。所述LED指示灯与MCU单片机连接，用以指示播放器的工作状态。

本发明还包括通信接口，所述通信接口与MCU单片机连接，用于连接所述嵌入式CD音质立体声WAVE播放器与外部系统，构成带语音播报功能的系统，实现控制和功能的扩展。

本发明中，所述“CD音质”是指采样频率44.1KHz,采样精度16位，左右双声道立体声的数字化音频质量标准。

本发明中，所述“WAVE”是指数字音频数据符合RIFF标准（RIFF是英文Resource Interchange File Format的缩写），以原始脉冲编码调制（PCM）格式保存记录的WEVE文件（缺省文件扩展名为wav）。

本发明可单独使用，也可通过通信接口与外部系统连接的方式嵌入和组合到不同的应用系统中，充分利用MCU单片机自身的功能和引脚，实现对播放器功能的扩展，和高音质WAVE数字音频的播放。

首先，本发明通过连接的SD/MMC卡座，直接读取插入卡座的SD/MMC卡上数字音频文件。由于读取的是原始无压缩和编码的WAVE格式数字音频数据，保证了最原始的数字音频质量，也就不需要专用解码器。其次，用MCU单片机本身的PWM功能，配合廉价的运算放大器构成的加权电阻/PWM混合式16位DAC代替专用的16位ADC转换器；再次，实现播放器功能仅消耗使用了MCU单片机有限的资源，其本身还有富裕的资源和引脚可以它用，可以实现功能扩展和嵌入组合到其它系统中，构成带语音播放功能的其它系统。

本发明嵌入式CD音质立体声WAVE播放器，不需要专用解码器和专用16位ADC转换器，仅采用两个通用器件和简单的外围电路：一片通用MCU单片机、一片普通四运算放大器，与电阻电容组合构成16位DAC电路，配合相应的程序代码处理，实现对高质量WAVE数字音频文件读取、并通过8位PWM方式配合简单模拟电路，实现16位DAC转换得到高质量的模拟音频信号的输出。本发明制作成本极低，输出高音质音频，并且方便功能扩展。本发明既可以构成独立的播放器使用，也可以进行二次开发，嵌入到其它应用系统中，非常适合交通、旅游、商场、电梯、智能仪器等需要语音播报与提示等设备和场合。

附图说明

图1是本发明的嵌入式CD音质立体声WAVE播放器的电路结构示意图；

图2是本发明实施例1的嵌入式CD音质立体声WAVE播放器的工作原理示意图；

图3是本发明实施例2的嵌入式CD音质立体声WAVE播放器的工作原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例进一步详细阐述本发明。以下实施例并不是对本发明的限制。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中。

实施例1：

参考图1、图2所示， 1为MCU单片机，2为四运算放大器，3为音频输出口，4为SD/MMC卡座，6为按键，7为LED指示灯。

本发明嵌入式CD音质立体声WAVE播放器，包括MCU单片机1、四运算放大器2、音频输出口3，和SD/MMC卡座4；另外，还包括按键6和LED指示灯7。

其中，MCU单片机1配合电阻、电容与四运算放大器2的两个输入端连接；四运算放大器2的两个输出端配合电阻、电容与音频输出口3连接；SD/MMC卡座4通过SPI数据线与MCU单片机1连接；按键6与MCU单片机1连接，对播放器的选曲和播放进行控制；LED指示灯与MCU单片机1连接，用以指示播放器的工作状态。

本发明中的MCU单片机1为工作时钟频率大于24MHZ、内部集成有硬件SPI接口和四个8位PWM输出端口的通用MCU单片机；其 SPI接口与SD/MMC卡座4连接，四个8位PWM输出端口与四运算放大器2通过电阻、电容组合连接，构成两路加权电阻/PWM混合式16位DAC，实现完成两路左右声道16位DA的转换，输出高质量模拟CD音质的立体声音频。

本实施例中MCU单片机1使用通用MCU芯片M0516，四运算放大器2使用普通四运算放大器芯片LM324；音频输出口3采用通用的3芯Φ3.5mm耳机插座；SD/MMC卡座4采用标准通用的SD/MMC卡座。音频输出口3也可以是外接音响设备的插口。

如图1所示，MCU单片机1的三线SPI接口和两个I/O口（P0.4/P0.5/P0.6/P4.6/P4.7）与SD/MMC卡座4相对应的引脚连接，构成读SD/MMC卡的物理接口；MCU单片机1的四个8位PWM输出口P2.3/P2.4/P2.6/P2.7配合六个电阻和四个电容与四运算放大器2中的两个运放输入端连接，构成的两路加权电阻/PWM混合DAC电路，实现两路16位DAC转换的功能。两路16位DAC的输出连接到四运算放大器2中的另外两个运放与四个电阻和四个电容构成两路有源低通滤波器，实现滤除高频噪声。两路低通滤波器输出端连接到音频输出口3输出高音质的音频信号。

MCU单片机M0516的工作时钟为24MHz，可以通过SPI接口直接流畅、顺序地读取插在SD/MMC卡座4内的SD/MMC卡上的采样频率为44.1KHz、分辨率为16位的、左右声道两路、标准WAVE格式的CD音质的数字音频音源文件；然后MCU单片机M0516通过软件的处理，再将两路16位数字音频数据（每个点的数据为8位4字节）分成高低8位，由MCU单片机1以44.1KHz或44.1KHz的倍频频率，通过自身四个8位PWM口的引脚，以PWM的方式输出到四运算放大器2的LM324的两个输入端；其中两个8位PWM信号输出和四运算放大器中的一个运放构成1路加权电阻/PWM混合式16位DAC，另外的两个8位PWM信号输出和四运算放大器LM324中的另一个运放构成第二路加权电阻/PWM混合式16位DAC；两路16位DAC输出的模拟信号再通过四运算放大器LM324中剩余两个运放组成的低通滤波电路过滤掉高频噪声后分别连接到音频输出口，这样在音频输出口就得到了高音质的模拟音频输出信号了。

本实施例中，按键6是用于对插入SD/MMC卡座4的SD/MMC卡中的选曲和播放进行控制：选择下一段语音或音乐、选择上一段语音或音乐、停止播放、开始播放等。LED指示灯7用于指示播放器的工作状态：指示SD/MMC卡座4内是否有SD/MMC卡、播放器是处在播放状态还是停止状态等。

本实施例中，按键6与LED指示灯7也可省略。

实施例2：

本实施例中描述本发明的嵌入式CD音质立体声WAVE播放器应用在商场时的实施情况，本发明嵌入式CD音质立体声WAVE播放器还包括有通信接口5，所述通信接口5与MCU单片机1连接，用于连接所述嵌入式CD音质立体声WAVE播放器与外部系统，构成带语音播报功能的系统，实现控制和功能的扩展。

本实施例中与实施例1相同的结构，不再赘述。如图3所示为商场大门的带语音功能的大门控制系统结构图，图中上部右边虚线框内为本发明的播放器，上部左边虚线框内是扩展的商场大门控制部分；这两部分构成一个基本的带语音功能的大门控制系统。由于本发明的基本WAVE播放器的MCU单片机1留有富裕的引脚和内部资源，因此语音播放和大门控制使用同一片MCU单片机1。将图3中所示的门内微波探头8、门外微波探头9、开关门控制电路10分别与MUC单片机1的富裕引脚直接连接，就可以方便的将本发明WAVE播放器扩展成为一个带语音播放功能的门控系统。

如图3所示，其中：门内微波探头8朝向商场大门内部，用于检测商场内顾客走出或接近商场大门；门外微波探头9朝向商场大门外部，用于检测商场外顾客进入商场；开关门控制电路10用于控制商场大门的自动开门和关闭。

一个商场通常有几个大门，每一大门上使用一个带语音播放功能的门控系统控制，然后将每个带语音播放功能的门控系统通过其本身的通信接口5与商场中心控制系统连接，就组成一个商场大门总控系统，如图3所示。

本实施例工作方式为：

当MCU单片机1通过与其连接的门内微波探头8、门外微波探头9检测到大门附近没有顾客时，MCU单片机1则通过与其连接的控制开/关门电路将门关闭，同时循环播放SD/MMC卡上储存的背静音乐文件或产品广告等。

当MCU单片机1通过与其连接的门外微波探头9探测到有顾客接近或进入商场时，MCU单片机1则停止播放音乐，读取相应的数字音频文件，播放“欢迎进入xxx店购物”的欢迎词，并同时通过开/关门控制电路，自动为顾客打开大门。

而当MCU单片机1通过与其连接的门内微波探头8探测到有顾客接近准备离开商场，MCU单片机1则停止播放音乐，读取相应的数字音频文件，播放“谢谢在xxx店购物，欢迎下次再来”的欢送词，并同时通过开/关门控制电路，自动为顾客打开大门。

各个带语音播放功能的门控系统通过通信接口，将当前大门的状况数据传送到中心控制室，中心控制室就可以随时了解各个大门的情况以及顾客流量等。

如果发生紧急情况，中心控制器通过通信接口5，将紧急打开全部大门的命令传送到各个带语音播放功能的门控系统，各带语音播放功能的门控系统则控制对应的开/关门控制电路，将大门打开，并同时读取相应的数字音频文件，播放“请大家紧急离开商场”的紧急示警语音，通知顾客离开商场。

本实施例的使用，能为顾客营造和提供一个更加温馨、方便和安全的购物环境。

本实施例中通信接口5也可以用于同外部的其它系统连接，这样其它外部系统可以通过通信接口来控制播放器的工作。例如，可以把一个机床设备控制系统的通信接口与本发明的通信接口连接，当该外部的机床设备控制系统加工完成一个工件，或发现设备产生了故障时，它可以通过该通信接口发出相应的指令给本发明WAVE播放器的MCU单片机1，MCU单片机1根据接收到的指令从SD/MMC卡上读取预先准备好的相应WAVE音频数据文件，并将其播放通过声音提示操作人员。另外，MCU单片机1还留有富裕的引脚和内部资源，也可以方便地实现功能扩展和二次开发。

另外，在本实施例中，所有的语音提示和背静音乐都是存放在SD/MMC卡上的。使用者根本不必依赖专业人员对系统进行任何改动，随时可以将SD/MMC卡从系统中取出，插到普通的电脑上，通过普通的文件拷贝方式，更换不同的背景音乐和符合自己商场特点的语音提示、产品广告等，充分体现了本发明的优势。