本文介紹了新型數(shù)字多媒體存儲(chǔ)式智能車(chē)載音響系統(tǒng)的解決方案。采用高效率的開(kāi)關(guān)電源實(shí)現(xiàn)了省電模式下低功耗操作。單片機(jī)通過(guò)I2C 總線控制收音、MP3 解碼、音效處理芯片相應(yīng)的寄存器，分別實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)頻立體收音、音頻解碼、音效處理功能。該系統(tǒng)融入了智能自檢、異常應(yīng)錯(cuò)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了記憶操作及MP3 續(xù)播功能，且優(yōu)化了用戶操作及視聽(tīng)感受。

隨汽車(chē)電子技術(shù)的迅速發(fā)展， 車(chē)載音頻領(lǐng)域正在經(jīng)歷一個(gè)前所未有的技術(shù)變革， 使用者對(duì)車(chē)載音頻提出了功能多樣化、操作人性化的要求， 主要包括以下三個(gè)方面:（1） 具備更好的電臺(tái)接收效果以及更簡(jiǎn)便的數(shù)字式調(diào)臺(tái)操作；（2） 支持多種外加存儲(chǔ)設(shè)備， 如支持大容量的U 盤(pán)和SD 卡等；（3） 提供更加豐富的音效處理， 如高音、重低音、等響度、平衡度等的調(diào)節(jié)以及提供流行、搖滾、爵士、古典等音效處理。以這些需求為出發(fā)點(diǎn)， 設(shè)計(jì)了一款數(shù)字車(chē)載音響系統(tǒng)。

1 I2C 協(xié)議

I2C 總線作為同步串行數(shù)據(jù)輸出總線， 由一條串行數(shù)據(jù)線（SDA） 和一條串行時(shí)鐘線（SCL） 組成。它是一個(gè)真正的多主機(jī)總線， 如果多個(gè)主機(jī)同時(shí)進(jìn)行初始化數(shù)據(jù)傳輸， 可以通過(guò)沖突檢測(cè)和仲裁防止數(shù)據(jù)被破壞。每個(gè)連接到總線的器件都可以通過(guò)唯一的地址和一直存在的簡(jiǎn)單的主機(jī)/從機(jī)關(guān)系軟件設(shè)定地址。主機(jī)可以作為主機(jī)發(fā)送器或主機(jī)接收器。

2 硬件電路

2.1 電路設(shè)計(jì)

根據(jù)車(chē)載音響系統(tǒng)的特點(diǎn)， 設(shè)計(jì)選用STC12C5624AD系列單片機(jī)，它是宏晶公司推出的51 增強(qiáng)型單片機(jī)，具有低功耗、計(jì)算速度快等特點(diǎn)。當(dāng)關(guān)閉音響系統(tǒng)時(shí)， 單片機(jī)進(jìn)入低功耗休眠狀態(tài)， 單片機(jī)切斷所有外圍模塊的供電； 當(dāng)系統(tǒng)需要工作時(shí)， 通過(guò)外部中斷喚醒單片機(jī)工作，這樣最大限度地減少功耗。音響系統(tǒng)電路圖如圖1 所示。

圖1 音響系統(tǒng)模塊電路圖

2.2 外圍硬件模塊

該系統(tǒng)以STC12C5624AD 單片機(jī)為核心， 通過(guò)I2C 總線控制其他模塊的工作。硬件模塊框圖如圖2 所示。

圖2 車(chē)載音響系統(tǒng)硬件模塊框圖

2.2.1電源模塊

電源模塊采用美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司推出的電流輸出降壓開(kāi)關(guān)型集成穩(wěn)壓電路LM2576和LM2575, 它們內(nèi)含固定頻率振蕩器（52 kHz） 和基準(zhǔn)穩(wěn)壓器（1.23 V） , 并具有完善的保護(hù)電路（電流限制及熱關(guān)斷電路）。集成穩(wěn)壓電路引入閉環(huán)控制， 只需極少的外圍器件便可構(gòu)成高效為穩(wěn)壓電路， 輸出端電壓穩(wěn)定、紋波小。

輸入端電壓范圍為10 V~40 V.輸入電壓范圍寬使系統(tǒng)能夠適應(yīng)12 V/24 V 兩種供電車(chē)系， 同時(shí)也很好地解決了汽車(chē)工作在不同工況時(shí)， 輸出電壓變化的問(wèn)題。

2.2.2 MP3 解碼模塊

MP3 解碼模塊選用的是AU7842, 集成了微控制器、MP3/WMA 解碼器、USB 主機(jī)控制器、SD/MMC 卡控制器、16 bit 音頻解碼器和一個(gè)紅外線解碼器，如圖3 所示。

圖3 MP3/WMV 解碼模塊電路

AU7842 芯片是將以數(shù)字信號(hào)形式存儲(chǔ)的音樂(lè)文件（MP3 和WMA） 解碼成可以播放的模擬信號(hào)。開(kāi)機(jī)后， 單片機(jī)循環(huán)檢測(cè)解碼芯片周?chē)娐返膭?dòng)作。當(dāng)檢測(cè)到芯片外圍有存儲(chǔ)設(shè)備接入， 單片機(jī)控制芯片直接訪問(wèn)（DMA）存儲(chǔ)器里的內(nèi)容， 讀取數(shù)據(jù)并送入MP3/WMA 解碼器，解碼得到的數(shù)字信號(hào)通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC） 轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)， 經(jīng)模擬音頻放大和低通濾波， 就可以得到聽(tīng)到的音樂(lè)。

2.2.3 收音機(jī)模塊

收音芯片采用恩智浦半導(dǎo)體公司針對(duì)汽車(chē)收音機(jī)主機(jī)設(shè)計(jì)的一款包含PLL 調(diào)諧系統(tǒng)的低中頻調(diào)諧器TEF6606.除了基本特征外，TEF6606 還提供良好的弱信號(hào)處理功能和一個(gè)動(dòng)態(tài)頻寬控制。TEF6606 工作原理如圖4 所示， 其本振信號(hào)由PLL 調(diào)諧系統(tǒng)產(chǎn)生， 通過(guò)I2C總線對(duì)可編程分頻器的分頻系數(shù)進(jìn)行調(diào)諧， 使壓控振蕩器（VCO） 輸出的本振頻率發(fā)生變化， 從而達(dá)到數(shù)字化調(diào)臺(tái)的目的[ 4].收音系統(tǒng)電路原理圖如圖4 所示。

圖4 收音系統(tǒng)電路原理圖

TEF6606 芯片具有良好的微弱信號(hào)處理功能， 提高了汽車(chē)在高速行駛和在大山之間行駛過(guò)程中收音機(jī)的收音性能。

2.2.4 音效處理模塊

音效處理模塊處理來(lái)自MP3 解碼芯片和收音芯片的聲音。主控芯片通過(guò)I2C 總線控制音效芯片相應(yīng)寄存器， 可以設(shè)置音量、音調(diào)（ 低音、高音）、平衡度（ 左、右） 和響度（ 前、后）； 選擇流行、搖滾、爵士、古典等音效； 芯片在低音量時(shí)通過(guò)提升高頻和低頻聲進(jìn)行聽(tīng)覺(jué)補(bǔ)償， 可以得到低失真、低噪聲和低直流電平漂移的聽(tīng)覺(jué)效果。

2.2.5 按鍵系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)電路

按鍵系統(tǒng)采用的是兩個(gè)EC11 編碼器和4 個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)， 便于汽車(chē)在行駛過(guò)程中駕駛員的操作。LCD 采用根據(jù)汽車(chē)音響的功能而定制的筆段液晶， 能夠顯示包括收音頻率、音頻播放時(shí)間、U 盤(pán)狀態(tài)、SD 卡狀態(tài)、RPT 單曲重復(fù)播放、RDM 隨機(jī)播放、ST 立體聲狀態(tài)、LOUD 等響度、MUTE 靜音和左右聲道的電平指示等狀態(tài)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件的總體流程框架如圖5 所示。在軟件的輔助下， 系統(tǒng)可以完成斷電記憶功能， 即在手動(dòng)關(guān)機(jī)或自動(dòng)掉電時(shí)， 系統(tǒng)能記憶斷電前系統(tǒng)的動(dòng)作和各項(xiàng)設(shè)定值，并在下次開(kāi)機(jī)時(shí)直接調(diào)用。收音頭電路可實(shí)現(xiàn)以10 kHz的步長(zhǎng)進(jìn)行手動(dòng)搜臺(tái)和自動(dòng)搜臺(tái)， 并且能夠存儲(chǔ)18 個(gè)常聽(tīng)的頻段。

圖5 系統(tǒng)軟件流程圖

斷電記憶子程序如下：

使用了斷電記憶子程序， 無(wú)論是人為關(guān)機(jī)還是系統(tǒng)掉電， 系統(tǒng)都將會(huì)自動(dòng)保存斷電前使用者所設(shè)定的音效值如音量、平衡度、響度等值， 以及斷電前收音機(jī)的頻段值或者是USB 和SD 中正在播放的曲目及播放的時(shí)間值， 通過(guò)Wirte_EEPROM 函數(shù)存入EEPROM.下一次系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)， 使用者不必重新設(shè)定， 系統(tǒng)可以直接從EEPROM 值讀取斷電前的各個(gè)設(shè)定值。

收音頭收音子程序如下：

主控芯片通過(guò)I2C 總線控制收音頭寄存器， 通過(guò)改變RD_DAT 的邏輯值來(lái)控制收音頭的工作狀況。通過(guò)鍵盤(pán)上按鍵操作就可以控制收音頭以三種波段切換搜臺(tái)。

旋轉(zhuǎn)搜臺(tái)按鈕， 可以以10 kHz 的步長(zhǎng)進(jìn)行手動(dòng)搜臺(tái)。

通過(guò)控制自動(dòng)搜臺(tái)按鈕， 收音頭可以完成10 kHz 的步長(zhǎng)進(jìn)行自動(dòng)搜臺(tái)。

本文設(shè)計(jì)的數(shù)字車(chē)載音響系統(tǒng)兼容了收音機(jī)和MP3 播放功能， 在MP3 音頻文件存儲(chǔ)設(shè)備方面有較大的突破， 新型大容量存儲(chǔ)設(shè)備（USB/SD） 取代了傳統(tǒng)卡帶存儲(chǔ)。系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便， 收音機(jī)和MP3 播放性能良好。為保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作， 實(shí)驗(yàn)?zāi)M了汽車(chē)行駛狀況，將系統(tǒng)分別置于-40℃和+60℃環(huán)境中以及四度空間振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)， 結(jié)果表明， 該系統(tǒng)能長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行， 且各項(xiàng)功能穩(wěn)定。該系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用在某些品牌工程車(chē)。