基于SPCE061A的车载DVD播放器设计与实现

摘要：介绍了基于凌阳单片机SPCE061A的车载多碟DVD播放器的硬件结构设计和系统软件设计，详细阐述了MCU与DVD多碟碟盒（CDC）之间的通信以及声音控制器的软件实现，同时还分析了该设计方案的独特方面。本设计方案现场测试结果令人满意。
关键字：车载DVD播放器；SPCE061A；微控制器

1 引言
     近几年来，我国汽车产业发展迅猛，汽车相关的电子产品市场日趋庞大。车载DVD作为新一代汽车影音市场消费潮流的代表，发展前景相当广阔。目前在中国销售的汽车影音系统以外资品牌居多，国内品牌较少。因此，研究并开发出一套有自主特色的车载DVD控制系统，有其实际应用价值。本文为此设计并实现一套基于凌阳单片机SPCE061A的车载多碟DVD播放器。

2 系统硬件
    本文介绍的车载多碟DVD系统，其硬件结构图如图1所示：虚线右方为车载多碟DVD播放器的硬件结构框图，它以凌阳16位单片机SPCE061A为核心，集成了DVD控制模块、FM/AM收音模块、声音控制模块、LCD显示模块、键盘模块以及红外遥控处理模块；虚线左方为多碟DVD机盒，它受控于DVD播放器，负责音/视频解码，提供音频信号以及PAL/NTSC制式的视频信号，实时返回当前播放信息。
接下来介绍一下组成DVD播放器系统的几个主要功能模块。

2.1  微控制器SPCE061A[1]
    SPCE061A是凌阳科技推出的一款16位结构的微控制器。它功耗小，系统处于备用状态（睡眠状态）时的耗电仅为2μA/3.6V；内置2K字SRAM和32K字的FLASH；2个16位可编程定时器/计数器；2个10位DAC（数/模转换）输出通道；2个16位通用可编程输入/输出端口IOA和IOB；丰富的中断资源：定时器A/B中断、时基中断、2个外部中断以及触键唤醒中断；7通道10位电压模/数转换器（ADC）和单通道声音模/数转换器；具备串行设备接口（SIO）；可通过锁相环PLL振荡器选择系统时钟信号；低电压复位功能和低电压检测功能；WatchDog功能等。与其它单片机相比，SPCE061A是一款资源丰富、功能强大、集成度高的微控制器，采用此款单片机作为本系统的微控制器具有较高的性价比。

2.2  面板模块
    包括按键电路和红外接收电路两部分，其中键盘部分共有16个用户按键。为了合理利用SPCE061A的I/O端口资源和8路A/D资源，这里采用电阻阵列电路，当不同按键按下时得到不同的电压，并通过两路A/D （IOA2和IOA3）来采集按键的电压信号。由于部分按键具有长按/短按复用功能，因此设置一路A/D专门负责采集短按键信号，另一路A/D负责采集具有复用功能的按键信号，根据A/D转换得到的电压值，查表判别出对应的功能键值。

    本系统的红外遥控码采用UPD6122编码方式，即引导码由一个9ms 的低电平和一个4.5ms 的高电平构成，紧跟引导码的是8位系统码、8位系统反码、8位功能码以及8位功能码的反码。红外接收电路将接收到的红外信号经过光电转换、解调以及整形，最终得到脉冲数据。连接红外码数据的IOB3（外部中断2）在常态下为高电平输入状态。当脉冲数据到达时，产生下降沿触发MCU外部中断2，这时启动定时器B开始接收串行遥控数据。
               
图1 系统硬件结构图

2.3  声音控制模块
    声音控制模块分为声音控制器与功率放大器两部分，其中声音控制器的输出信号输入到功率放大器进行放大。本设计采用Philips公司的TEA6320[2]芯片作为声音处理控制芯片。这是一款适用于车载音响电路的具有高保真度的声音衰减控制电路，通过I2C总线控制实现立体声预放大功能。它最多可有4路双声道的声音源输入和1路单声道的声音源输入，本系统共有三路声音源：DVD声音源、收音声音源和麦克风输入。

    功率放大器选用TDA7384A[3]芯片。该芯片适用于车载音响放大电路，能放大4路信号，具有失真小、输出噪声低、大功率输出（每路通道的功率可达35W/4Ω）等特点。此外，管脚ST-BY和MUTE可控制功率放大器的工作状态：当ST-BY和MUTE都为高电平，则功率放大器处于工作模式；当ST-BY和MUTE都为低电平，则功率放大器停止工作。

2.4  LCD显示模块
    采用芯片CS1685[4]作为液晶显示的驱动电路，直接驱动156段的LCD。本设计中将SPCE061A的串行设备输入输出端口SIO作为MCU与LCD之间的数据通信接口，以字节为单位连续发送显示数据。其中IOB0为时钟端口（SCK），IOB1为数据端口（SDA），分别与芯片的63脚CL（同步时钟）和64脚DI（传输数据）直接相连。

3  系统软件
 3.1  软件结构设计
一个系统性能的好坏跟系统软件的整体设计密不可分。为了实现系统功能的稳定性和易扩展性，本系统软件设计遵循以下几点编程原理：
（1）消息驱动的编程模式。整个软件系统由主程序、中断服务程序和功能子程序三大部分组成，其中中断服务程序仅负责设置标志位，向主程序的消息队列添加相应信息。主程序若检测到标志位，则执行对应功能。采用这种编程模式，大大减少了中断处理程序占用的时间，避免发生事件冲突，提高了系统响应的及时性和精确性。
（2）各个功能子程序模块化。功能块与功能块之间的信息通过入口参数、出口参数来传递，使模块间具有很好的独立性。
（3）主程序中，每次循环结束时清除看门狗计数器WatchDog，防止因异常情况而发生程序“跑飞”的现象。系统主程序设计流程框图如图2所示。
                       
图2  系统主程序流程框图
    SPCE061A的系统时钟频率由32768Hz的实时时钟经过PLL倍频电路产生，通过对寄存器P_SystemClock单元编程可选择不同的系统时钟频率和CPU时钟频率。由于默认状态下系统时钟频率fosc=24.576 MHz，并且上电复位或系统从睡眠状态被唤醒后，默认的CPU时钟频率为fosc/8。考虑到系统的稳定性，本设计方案选用24.576 MHz作为系统时钟频率，fosc/8作为CPU时钟频率。

 3.2  MCU与多碟DVD机之间的通信
     车载多碟DVD播放器中，如何实时控制DVD机的播放/暂停、停止、选取上/下碟等功能是本设计的核心部分。DVD机与MCU之间的通信数据采用脉宽调制（PWM）波形，根据脉冲不同的宽度决定是“0”或是“1”。为了及时、准确地发送控制码，选择采用外部中断1（IOB2）和定时器A，实现控制码字的发送跟接收。发送控制字时，根据当前比特数据是“0”还是“1”，设置BUS电平为低或高，同时设置定时器的初始值，启动定时器。由于DVD机播放时，每隔1秒左右返回播放信息，如当前碟号、当前播放时间等。为了及时收到返回的信息，利用外部中断1下降沿触发方式，当有信息返回时，BUS线由常态高电平变为低电平，产生一个外部中断请求信号。MCU检测到外部中断信号，则开始接收数据。接收数据时，定时器用来计量相邻比特的间隔，判断是否接收超时。若在接收数据过程中进入定时器中断，则表示接收超时。

 3.3 声音控制器程序设计
    由于SPCE061A无I2C总线接口，所以分别用两个I/O口模拟I2C总线的数据线SDA和时钟线SCL，对TEA6320写入不同的控制字，实现音量控制、低音控制、高音控制、左右平衡/前后平衡控制、静音控制和响度开关控制等功能。I2C总线写入格式如图3所示，其中该芯片的从地址MAD为80H；子地址SAD从00H到07H，对应的寄存器依次为音量/响度（Vol/Loud）控制寄存器、前右声道（FFR）控制寄存器、前左声道（FFL）控制寄存器、后右声道（FRR）控制寄存器、后左声道（FRL）控制寄存器、低音（Bass）控制寄存器、高音（Treble）控制寄存器和声道选择（Switch）控制寄存器。SAD后的一个字节是写入相应寄存器的控制字。TEA6320提供三种静音方式：一种是利用管脚12实现硬件静音，一种是利用Switch控制字的最高位GMU直接实现整体静音，还有一种是由Vol/Loud控制字的最高位ZCM和GMU组合来实现静音功能。最后一种静音方式可实现直接静音或过零点静音。
 
图3   TEA6320 I2C总线控制字格式

    各个功能的软件实现原理基本相同，这里只介绍TEA6320的初始化。图4是初始化的软件流程图。由于TEA6320在写入的数据超过1个字节时，子地址能自动递增，所以只要SAD取00H，8个控制字依次写入对应的控制寄存器即可完成。特别要注意，每次电路上电复位后，均要对TEA6320的8个寄存器初始化。初始化完毕，后续写入的控制字才会有效。  

图4  TEA6320初始化软件流程

4  系统设计方案的独特性
4.1 节能设计
任何电子产品，节约能源永远是设计者追求的目标。利用SPCE061A的IOA0~IOA7触键唤醒功能，设置IOA2、IOA3作为采集键盘电压信号的两路A/D。若在一定时间间隔内没有按键按下，则关闭系统时钟（PLL振荡器），转入睡眠状态。若系统接收到唤醒信号，则接通PLL振荡器，同时CPU响应唤醒事件的处理。触键唤醒的设计方法降低了系统的功耗。

4.2 电源检测
     由于车载电子工作环境的特殊性，供应的电源往往不稳定，尤其是电压过高时对车载电子器件的损伤较大。利用SPCE061A低电压复位（LVR）和低电压监测（LVD）功能，当检测到电源不稳或电压不在工作范围内时，显示屏提示电源错误的信息，系统进入关机模式，避免由于电源不稳造成器件的损坏。

4.3 软件更新
     凌阳单片机SPCE061A内嵌有32K字的FLASH ROM，只要在电路面板上引出程序下载接口，可随时实现软件更新，软件升级相当方便。

4.4 实时音量显示
     不同于市面上很多产品采用的音量模拟显示方式，本文介绍的系统能真实地反映出当前音量。通过对左右声道音量的电压采集以及AD转换，在LCD的音量指示区实时准确地显示音量大小。

5  结束语
    本文介绍的车载多碟DVD播放器系统实现了设计模块化、通用化，同时亦具有自身的特色。目前整个系统已经顺利通过测试阶段，现场测试结果令人满意。

参考文献
[1] 罗亚非等  凌阳16位单片机应用基础   北京航空航天大学出版社 2003
[2] Data Sheet of TEA6320    Philips Semiconductors          Dec 1995
[3] Data Sheet of TDA7384A  STMicroelectronic              Mar 1999
[4] Data Sheet of CS1685     无锡华润矽科微电子有限公司   2003