Комбинированное звуковое USB-устройство с функциями автономного MP3-плеера и поддержкой Bluetooth (стр. 4 из 17)
Так как разрабатываемое устройство рассчитано на частое подключение к USB, то целесообразно предусмотреть и возможность питания от шины. Следовательно, требуется микросхема, которая может подзаряжать аккумулятор от USB и играть роль DC/DC конвертера.
Наиболее распространены DC/DC конвертеры компании MAXIM. Семейство конвертеров MAX639 обеспечивает выходное напряжение 3 и 3.3 В при входном напряжении от 4 до 11.5 В. Конвертеры MAX17xxспособны при входном напряжении 0.8 – 5 В обеспечивать 3.3 В на выходе. Однако эти микросхемы не годятся для подзарядки аккумуляторов.
Микросхема MAX1811 может быть использована для подзарядки одной литий-ионной батарейки или аккумулятора. Входное напряжение может подаваться напрямую от USB-порта, а выходное напряжение составляет 3.3 В. Таким образом, данная микросхема может быть использована для подзарядки аккумулятора и для питания устройства.
Устройство должен иметь встроенную память объемом 1Гбайт. Можно использовать CompactFlash или NANDFlash память.
Как известно, память типа NANDFlash имеет особенность, определяемую технологией производства: наличие секторов с дефектными битами, причем число таких секторов увеличивается в процессе эксплуатации микросхемы. Таким образом, для корректной работы необходим механизм, управляющий процессом записи и проверяющий целостность записанных данных. Микроконтроллер AT91SAM7SE имеет встроенный ECC (Error Corrected Code) контроллер, который в процессе записи вычисляет контрольную сумму пакета данных и записывает ее в специально отведенную область памяти, а при чтении проверяет ее. Используя механизм избыточного кодирования, можно исправить одиночную ошибку в пакете и обнаружить двойную ошибку.
К тому же, NANDFlash память отличается малыми размерами и высоким быстродействием, поэтому ее использование предпочтительнее. Микроконтроллер AT91SAM7SE поддерживает 8- и 16-разрядное подключение NANDFlash микросхем.
Рассмотрим подобные микросхемы емкостью 1 Гбайт.
Компания Samsungвыпускает память K9K8G08U1A емкостью 8 Гбит с 8-разрядным интерфейсом.
Ее аналогом является память NAND08GW3B2A, производимая компанией STMicroelectronics.
Обе микросхемы внедрены в массовое производство и по обеим микросхемам производители предоставляют полную информацию о характеристиках и возможностях использования. Ценовая разница также несущественна. Для разрабатываемого устройства выберем память NAND08GW3B2A.
Еще одним базовым компонентом устройства является LCD-дисплей. Для разрабатываемого устройства вполне подойдет символьный дисплей, например 20*4 или 16*4 фирмы Bolymin, Systronix, Optrexили Picvue. Однако использование символьного дисплея ограничивает возможности программной модификации устройства (при перепрошивке), поэтому воспользуемся графическим дисплеем.
Графический LCD-дисплей может отображать не только название композиции, ее исполнителя, но и, например, отображать работу графического эквалайзера. Также он способен обеспечить приятную цветовую гамму.
Сегодня рынок графических LCD-дисплеев очень разнообразен как в плане размеров и разрешающей способности, так в плане стоимости, и способен дать оптимальное решение практически любому разработчику. Доступны дисплеи со встроенным контроллером, обеспечивающим легкое взаимодействие с главным процессором устройства, и дисплеи с внешним контроллером.
Во избежание дополнительных аппаратных трудностей желательно использовать дисплеи со встроенным контроллером. Напряжение питания дисплея (питание для отображения графической информации), логики дисплея (питание контроллера) и подсветки должно составлять не более 3.6 В, чтобы не пришлось использовать дополнительных аппаратных затрат. Дисплей также должен быть компактен и удобен. Для устройства вполне подойдет прямоугольный дисплей 128 на 64 точки или квадратный дисплей примерно 80 на 80 точек.
Этим требованиям удовлетворяют графические LCD-модули фирмы Sunlike с разрешающей способностью 128 на 64. Их характеристики приведены в табл. 2.
Таблица 2. Характеристики графических дисплеев с разрешением 128*64 фирмы Sunlike
| Модель | Размер модуля, мм | Размер видимойобласти экрана, мм | Контроллер |
| SG12864A | 93 x 70 x 8.8 (12.7) | 72.0 x 40.0 | KS0107 илиKS0108 |
| SG12864C | 78 x 70 x 8.8 (12.7) | 72.0 x40.0 | KS0107 илиKS0108 |
| SG12864D | 93 x 70 x 11.8 | 70.7 x 40.0 | S6B0107 |
| SG12864F | 87 x 70 x 8.8 (12.7) | 72.0 x40.0 | T6963C |
| SG12864G | 78 x 70 x 8.8 (12.7) | 70.7 x 40.0 | T6963C |
| SG12864H | 75 x 52.7 x 7.9 (10.0) | 60.0 x32.5 | KS0107 илиKS0108 |
| SG12864I | 78 x 70.0 x 10.5 (13.2) | 62.0 x 44.0 | S6B0107 |
| SG12864J | 78 x 70.0 x 10.5 (13.2) | 62.0 x 44.0 | T6963C |
| SG12864M | 84.4 x 66.0 x 8.8 (12.7) | 72.0 x 40.0 | S6B0107 |
| SG12864T | 75.2 x 52.5 x 7.9 (9.2) | 60.0 x 32.5 | -- |
| SH12864A | 80.0 x 54.0 x 9.7 | 70.7 x 38.8 | ST7565 |
Наиболее удобным из указанных дисплеев в силу своих размеров и наличия встроенного контроллера является модель SG12864H.
Так как модуль F2M03MLA способен обеспечить выход звука на миниатюрные динамики и имеет усилитель для микрофона, в разрабатываемое устройство целесообразно добавить возможность воспроизведения звука и наушниками, и динамиками и возможность записи звука и через микрофон, и через аудио вход.
Для устройства подойдет любой микрофон с питанием не более 3.6 В и компактными размерами. Параметры конденсаторных и электретных микрофонов, которые можно без проблем приобрести, приведены в табл. 3.
Таблица 3. Конденсаторные и электретные микрофоны
| Модель | Цена, руб. | Размеры, мм | Напряжение, В | Тип микрофона |
| ECM-10A | 17.40 | 6 | 4.5 | конденсаторный |
| ECM-10B | 14.02 | 6 | 4.5 | конденсаторный |
| ECM-10C | 17.40 | 6 | 4.5 | конденсаторный |
| ECM-10D | 17.40 | 6 | 4.5 | конденсаторный |
| ECM-30A | 15.40 | 10 | 4.5 | конденсаторный |
| ECM-30B | 12.13 | 10 | 4.5 | конденсаторный |
| ECM-30C | 15.38 | 10 | 4.5 | конденсаторный |
| ECM-60A | 14.70 | 10 | 4.5 | конденсаторный |
| HMO0603A | 23.72 | 6 | 3 | электретный |
| HMO0603B | 48.12 | 6 | 3 | электретный |
| HMO1001A | 12.82 | 9.8 | 1.5 | электретный |
Из перечисленных микрофонов для разрабатываемого устройства подходят две модели – HMO0603A и HMO0603B.
2. Разработка структурной схемы устройства
В соответствии с техническим заданием и возможностями выбранных процессора и базовых компонентов устройство должно иметь:
USB-вход;
LCD-дисплей;
1 Гбайт встроенной памяти;
аудио выход и 2 миниатюрных динамика;
микросхему для зарядки аккумулятора и сам аккумулятор;
управляющие клавиши.
Характеристики базовых компонентов устройства позволяют также реализовать микрофон и аудио вход.
Управляющий микроконтроллер (процессор) должен обеспечивать взаимодействие всех компонентов устройства. Во-первых, он обеспечивает соединение с USB-портом. Во-вторых, управляет работой модуля F2M03MLA, отвечающего за мультимедийные и Bluetooth возможности устройства. В-третьих, обеспечивает работу с памятью устройства и выдает данные для отображения на LCD-дисплей. Для управления работой устройства в автономном режиме предназначены управляющие клавиши, сигналы которых должны поступать процессору устройства.
Модуль F2M03MLA выводит звук либо на проводные наушники или на миниатюрные динамики, либо на беспроводные наушники. Также он обеспечивает запись звука через аудио вход или микрофон. Модуль представляет собой полностью законченное схемотехническое изделие, и его программируемые линии ввода/вывода уже сконфигурированы для приема некоторых управляющих сигналов, таких как повышение, понижение уровня звука, стоп и воспроизведение. Следовательно, клавиши управления уровнем звука можно подключить не к управляющему микроконтроллеру устройства, а к модулю F2M03MLA. Это позволит наиболее полно использовать возможности модуля и даст некоторое преимущество в скорости выполнения функций управления уровнем звука.
Питание всех перечисленных компонентов обеспечивается через USB-вход. Если же устройство используется в автономном режиме, то питание осуществляется аккумулятором. Зарядка аккумулятора осуществляется через USB-порт посредством специальной микросхемы.
Таким образом, данные от USB-порта (компьютера) будут поступать через USB-вход устройства управляющему микроконтроллеру, и далее через него будут подаваться на входы Bluetooth аудио модуля либо встроенной памяти. Аналогично, данные будут поступать USB-порту в обратном направлении через процессор устройства.
Итак, получили следующую структурную схему устройства (рис. 1):
Рис. 1. Структурная схема устройства
3. Разработка функциональной схемы устройства
Судя по структурной схеме устройства необходимо проработать функциональные возможности соединения:
процессора устройства и памяти;
процессора устройства и LCD-дисплея;
процессора устройства и USB входа;
процессора устройства и управляющих клавиш;
модуля F2M03MLA и клавиш управления уровнем звука;
модуля F2M03MLA и комбинированных аудио входа и выхода, совмещающих в себе микрофон и динамики.
Также необходимо определить количество необходимых управляющих клавиш.
Рассмотрим функциональные схемы компонентов устройства и варианты их соединения между собой.