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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Audioplayer für MP3- und Opus-Formate. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Audio Dieser Artikel beschreibt einen selbstgebauten tragbaren Player für Musikdateien gängiger Formate von einer microSD-Speicherkarte. Es ist auf einem STM32F407VGT6-Mikrocontroller in einem Gehäuse eines NOKIA 1100-Handys aufgebaut. Das Spielerdiagramm ist in Abb. dargestellt. 1. Es nutzt die auf dem STM32F4DISCOVERY-Entwicklungsboard verfügbaren elektronischen Komponenten optimal aus. Dazu gehören der Mikrocontroller STM32F407VGT6 (DD1), die integrierten Spannungsregler LD3985M25R (DA1) und LD3985M33R (DA3), der CS43L22 (DD2)-Codec sowie das Notwendige Passive Bauteile. Vom Mobiltelefon NOKIA 1100 gibt es neben dem Gehäuse und dem Akku einen Anschluss zum Anschluss des Kopfhörers XS3, eine Frontplatte mit LCD HG1, Membranen für die Tasten SB1-SB17, die durch konzentrische Kontaktpads auf einer Leiterplatte gebildet werden, und einen Anschluss Zum Anschluss wurde eine Batterie G1 verwendet. Darüber hinaus enthält die Spielerplatine einen Halter für eine microSD-Speicherkarte TFC-WPCE-08 (XS1), eine Gruppe von Kontaktpads zum Anschluss des XP1-Programmierers und einen miniUSB-B-Anschluss 5075BMR-05-SM (XS2).
Die Diodenbaugruppen VD1, VD4, VD5, VD6 dienen zum Schutz der an die Anschlüsse XS2 und XS3 angeschlossenen Stromkreise vor elektrostatischen Entladungen. Die restlichen Anschlüsse befinden sich im Batteriefach und müssen nicht geschützt werden. Der Chip (DA2) ist ein Laderegler für den G1-Lithium-Ionen-Akku mit einer maximalen Spannung von 4,2 V. Der Widerstand R9 reduziert den Spannungsabfall an diesem Chip während des Ladevorgangs, der zu einer Erwärmung führt. Der Widerstand R10 stellt den maximalen Ladestrom I einSal.max nach Formel Ipro App.max = 1000/R10. Mit der Angabe des Widerstands R10 in Kiloohm erhält man den Ladestromwert in Milliampere. Es wird empfohlen, einen Lithium-Ionen-Akku mit einem Strom von nicht mehr als 1C aufzuladen, wobei C die Akkukapazität ist. Die Kapazität des verwendeten BL-5C-Akkus beträgt etwa 1000 mAh, der maximal zulässige Ladestrom für den LTC4054ES5-4.2-Chip beträgt 800 mA. Da der Ladevorgang über den USB-Bus erfolgt, muss auch dessen Belastbarkeit (500 mA) berücksichtigt werden. Daher beträgt der empfohlene Wert für R10 2 kOhm. Darüber hinaus können Sie durch Messung der Spannung an R10 den aktuellen Wert des Batterieladestroms anhand der Formel I ermittelnzar= 1000 ER10/R10 (Strom – in Milliampere, Spannung – in Volt, Widerstand – in Kilo-Ohm). Wenn der Stecker XS2 an den USB-Bus angeschlossen ist, trennt der Feldeffekttransistor VT1 die Batterie G1 vom Stromversorgungskreis des Players. Eine Spannung von 5 V von Pin 1 des Steckers XS2 öffnet den Transistor VT5, die Spannung am Gate des Transistors VT3 wird relativ zu seiner Quelle negativ. Der Transistor VT3 öffnet sich und schaltet den Player ein. Wenn an Pin 1 des Steckers XS2 keine Spannung anliegt, liegt das Gate-Potential des Transistors VT3 nahe am Potential seiner Source und der Transistor ist geschlossen. Durch Drücken der SB1-Taste wird auch der VT3-Transistor geöffnet, der Mikrocontroller beginnt zu arbeiten und überprüft alle 10 ms den Status dieser Taste. Wenn die Taste länger als 2 s gedrückt gehalten wird, setzt der Mikrocontroller den Spannungspegel an der Basis des Transistors VT2 hoch, öffnet ihn und hält den Transistor VT3 offen. Danach ist der Player betriebsbereit und die Taste kann losgelassen werden. Schalten Sie den Player aus, indem Sie die SB1-Taste erneut gedrückt halten. Nach dem Einschalten initialisiert der Mikrocontroller das HG1-LCD und die in den XS1-Halter eingesetzte microSD-Karte und prüft, ob die Konfigurationsdatei player.ini im Stammverzeichnis der Karte vorhanden ist (Dateisysteme FAT12, FAT16, FAT32 werden unterstützt). Dies ist eine reguläre INI-Datei, die aus einer Reihe von Schlüsselwertzeilen besteht. Es speichert Informationen über die zum Zeitpunkt des vorherigen Ausschaltens des Players zur Wiedergabe ausgewählte Audiodatei, ihre Position darin und die eingestellte Lautstärke. Das Programm versucht, diesen Zustand wiederherzustellen. Im Fehlerfall (z. B. wenn die Karte ausgetauscht wurde) wird nach der ersten Audiodatei auf der Karte (mit der Namenserweiterung .mp3 oder .opus) gesucht. Die Suche beginnt im Stammverzeichnis. Die Dateien werden in der Reihenfolge angezeigt, in der sie in der auf der Karte verfügbaren Dateizuordnungstabelle aufgeführt sind. Während der Wiedergabe wird regelmäßig die MainThread-Funktion des aktuellen Decoders aufgerufen, die bei Bedarf das Lesen von der Karte durchführt (jeder Codec ist für die Pufferung selbst verantwortlich, da die Containerformate für Audiopakete für .opus und .mp3 unterschiedlich sind) und Dekodierung. Die Notwendigkeit, diese Vorgänge auszuführen, wird durch die Fülle des zyklischen AudioBuffer-Puffers bestimmt, aus dem der Audio-Codec asynchron Informationen liest. Wenn die Dekodierung der aktuellen Audiodatei abgeschlossen ist, wird nach dem oben beschriebenen Prinzip nach der nächsten gesucht. Wenn die Durchquerung des Dateisystems abgeschlossen ist, stoppt die Wiedergabe. Der Player interagiert mit dem Benutzer über ein grafisches monochromes LCD HG1 mit einer Auflösung von 96 x 65 Pixeln und den Tasten SB 1–SB 17. Es wird eine Softwaresimulation des Textanzeigemodus verwendet, wobei der Bildschirm in acht Zeilen mit einer Höhe von 8 Pixel unterteilt ist. Der verbleibende 1 px große horizontale Balken am unteren Bildschirmrand dient zur visuellen Anzeige der aktuellen Position in der Datei während der Wiedergabe. In der ersten Zeile von oben werden (von links nach rechts) Batteriespannung, Player-Status und Lautstärke angezeigt. Der Zustand wird durch die Symbole „0“ – Wiedergabe, „-“ – Pause, „<<“ oder „>>“ – schneller Vor- bzw. Rücklauf innerhalb der Datei gekennzeichnet. Ein rechteckiges Symbol bedeutet einen Kommunikationsfehler zwischen den Mikroschaltungen DD1 und DD2 über die Schnittstelle I2C. In den Zeilen 2–6 wird der vollständige Pfad zur abgespielten Audiodatei angezeigt. Zeile 8 zeigt links die aktuelle Wiedergabezeit und rechts die Dauer der Audiodatei an. Die SB1-Taste schaltet den Wiedergabe- und Pausenmodus um, die SB3-Taste erhöht die Lautstärke und die SB5-Taste verringert die Lautstärke, die SB4-Taste schaltet sich ein und die SB15-Taste schaltet die Tastatursperre aus. Bei gesperrter Tastatur wird in der Mitte der 7. Zeile des Displays „Locked“ angezeigt. Durch Drücken der Taste SB6 wird die vorherige Datei abgespielt, durch Drücken der Taste SB8 wird die nächste Datei abgespielt. Wenn Sie diese Tasten länger als eine Sekunde gedrückt halten, wechselt der Player in den Schnellvorlaufmodus bzw. in den Vorwärts- bzw. Rückwärtsmodus. Durch Drücken der Taste SB9 oder SB11 werden jeweils die erste und letzte Datei des aktuellen Verzeichnisses zur Wiedergabe geladen. Der Anschluss XS3 ist eine im verwendeten Gehäuse vorhandene Buchse zum Anschluss eines Mikrotelefon-Headsets. Am Headset selbst befindet sich eine Buchse für einen Standard-Audiostecker mit 3,5 mm Durchmesser, an den Kopfhörer angeschlossen werden können. Das Headset verfügt außerdem über eine Taste, die beim Drücken die BTN- und GND-Stromkreise verbindet, und der Widerstand zwischen den Kontakten der losgelassenen Taste beträgt etwa ein Kiloohm. Im Player ist die BTN-Leitung über den Widerstand R3,3 mit dem 21-V-Stromkreis verbunden. Durch Messen der Spannung auf dieser Leitung können Sie daher das Vorhandensein eines angeschlossenen Headsets und den Zustand seiner Taste beurteilen. Die Funktion der Headset-Taste ähnelt der Funktion der SB1-Player-Taste – Sie können sie vom Wiedergabemodus in den Pausenmodus und umgekehrt umschalten sowie ausschalten. Sie können den Player jedoch nicht einschalten, indem Sie ihn verwenden. Bei gesperrter Tastatur bleibt die Headset-Taste aktiv. Der XS2-Anschluss ersetzt das LED-Taschenlampenobjektiv im Telefon. Wenn am PA1-Eingang des Mikrocontrollers, der an Pin 9 dieses Anschlusses angeschlossen ist, ein hoher Logikpegel erkannt wird, beginnt das Programm, den Batterieladestrom in Ampere in der oberen rechten Ecke des Displays anzuzeigen. Darüber hinaus schaltet dieses Ereignis den Player automatisch ein, wenn er ausgeschaltet war. Standardmäßig arbeitet der Player dann im normalen Wiedergabemodus, sodass Sie gleichzeitig Musik hören und den Akku laden können. Wenn Sie die Taste SB13 drücken, speichert das Programm den Status des Players in der Datei „player.ini“ und konfiguriert das USB-Modul des Mikrocontrollers für den Betrieb im MSC-Modus (Mass Storage Class). In diesem Modus erkennt der Computer den an den USB-Anschluss angeschlossenen Player als Wechseldatenträger, dessen Inhalt mit dem auf der in den Player eingelegten microSD-Karte aufgezeichneten Inhalt übereinstimmt. Der Informationsaustausch mit einem Computer erfolgt nur im Full-Speed-Modus mit einer Bandbreite von maximal 12 Mbit/s. Das Display zeigt weiterhin den aktuellen Wert des Ladestroms an, in Zeile 3 – die Aufschrift „USB Disk“, in Zeile 4 und 5 – die Lese- bzw. Schreibgeschwindigkeit. Durch Drücken der SB12-Taste kehrt das Gerät in den Player-Modus zurück. Eine Zeichnung der Leiterplatte des Players ist in Abb. dargestellt. 2. Seine Abmessungen und Form sind identisch mit der Platine des Mobiltelefons NOKIA 1100, in dem es platziert ist (Abb. 3). Die Platine muss in der Technologie mit metallisierten Löchern hergestellt werden, andernfalls müssen in alle Durchgangslöcher beidseitig verzinnte Drahtstücke eingelegt und verlötet werden (mit Kontaktpads auf beiden Seiten der Platine). Die Anordnung der Teile auf der Platine ist in Abb. dargestellt. 4 im Maßstab 2:1. Außerdem sind Masken aus hitzebeständigem Isolierlack zu sehen, die zum Schutz von Leiterbahnen verwendet werden müssen. Wenn keine Masken angebracht werden, müssen zumindest die Bereiche isoliert werden, in denen sich die Leiter den gedruckten Kontakten der Tasten nähern, sowie der Bereich unter dem Metallgehäuse des microSD XS1-Kartenhalters.
Die Codes aus der dem Artikel beigefügten Datei walkgeek-v1.2-n1100-with-mp3.hex müssen in den Speicher des auf der Platine verbauten Mikrocontrollers eingegeben werden. Der Quellcode des Player-Programms und aller seiner Komponenten wird unter der New BSD-Lizenz (und anderen kompatiblen Lizenzen) vertrieben, was die Verwendung in geschlossenen kommerziellen Projekten ermöglicht. Die Ausnahme bildet die Mp3dec-Bibliothek, deren Einbindung in das Endprodukt die Offenlegung aller Quellcodes erfordert. Das Projekt wird ständig aktualisiert und seine aktualisierten Versionen werden in [1] veröffentlicht. Wie bereits erwähnt, bietet der Player die Möglichkeit, Dateien im Opus-Format abzuspielen. Hierbei handelt es sich um einen Software-Codec [2], der kürzlich in einer stabilen Version für verlustbehaftete Audiokomprimierung veröffentlicht wurde und im Rahmen des Xiph.org-Projekts entwickelt wurde, das für Lösungen wie Vorbis, FLAC (Free Lossless Audio Codec) und Speex (Sprachcodec) bekannt ist. Sie können auch Ogg aufrufen – einen universellen Mediencontainer, der standardmäßig zum Packen eines komprimierten Streams in Opus-Dateien verwendet wird. Da der Opus-Codec recht neu ist, gibt es nicht viele Implementierungen davon auf Systemen mit wenig RAM. Einer von ihnen ist Rockbox. Bei der Arbeit mit dem Codec stellte sich heraus, dass die Ogg-Bibliothek dynamisch Speicher zum Zwischenspeichern der gesamten Seite (theoretische maximale Größe beträgt 65 KB, real etwa 26 KB) sowie zum Zwischenspeichern von Granulepos aller Seitenpakete ( ca. 16 KB), was für das Gerät eine Menge ist. 192 KB RAM sind viel. Darüber hinaus weist die Bibliothek standardmäßig einen kleinen Speicherbereich für den Seitenpuffer zu, erweitert ihn während des Betriebs und weist jedes Mal Speicher „mit einer Reserve“ zu. Dasselbe passiert mit dem Puffer zum Schnüren von Werten – Informationen über die Verteilung von Paketen auf der Seite. Wenn der dynamische Speicherpool also klein ist, führt dies bald zu einer erheblichen Fragmentierung und der Unfähigkeit, weiteren Speicher in der erforderlichen Größe zuzuweisen. Aufgrund der an den Bibliotheken vorgenommenen Änderungen erfolgt das Caching auf Paketebene (die maximale Größe eines Pakets mit Stereoinformationen, das mit einer Geschwindigkeit von 512 Kbit/s übertragen wird, beträgt in der Praxis 1276 Byte). Die maximale Puffergröße für das Schnüren von Werten beträgt 256 Doppelbyte-Zellen, sie können auch als Einzelbyte-Zellen erstellt werden. Daher belegen alle mit dem Ogg-Container verbundenen Strukturen nach der Änderung weniger als 2 KB RAM. Bei der Änderung wurden einige Annahmen getroffen: Pakete können Seitengrenzen nicht überschreiten, Seitenprüfsummen werden nicht überprüft (keine davon wurde in einer der Opus-Dateien gefunden). Die Arbeit mit Dateien, die mehr als einen Stream enthalten und mit mehr als zwei Kanälen, wurde nicht getestet. Der vom Opus-Codec verbrauchte Gesamtspeicher beträgt 65088 Bytes, wovon 3856 Bytes vom Ausgabepuffer belegt werden. Die Ergebnisse der Codec-Profilierung bei verschiedenen Informationsflussraten sind in der Tabelle aufgeführt. 1. Tabelle 1
Der Begriff „Komplexität“ bezieht sich hier auf die Prozessorleistung, die für eine erfolgreiche Decodierung erforderlich ist. Die Bewertung erfolgte durch einfaches Zählen der Differenz zwischen den Zeitpunkten des Eintritts in die Dekodierungsprozedur jedes Frames und des Austritts aus dieser (mit deaktiviertem präemptiven Multitasking und deaktivierten Interrupts) mithilfe eines Hardware-Timers. Der Test ergab, dass der MP3-Codec weniger Rechenaufwand erfordert. Aber Opus ist lizenzfrei und die Klangqualität ist besser als bei MP3 mit der gleichen Bitrate. Für das Entwicklungsboard STM32F4DISCOVERY gibt es eine Version des Player-Programms. Die Codes, die in den Speicher des darauf installierten Mikrocontrollers eingetragen werden müssen, befinden sich in der Datei walkgeek-v1. 1 -stm32f4discovery-with-mp3.hex (ebenfalls dem Artikel beigefügt). In diesem Fall werden Audiodateien von einem USB-FLASH-Laufwerk abgespielt, das über einen Adapter an den CN5-Anschluss der Platine angeschlossen ist. Der Spieler fungiert als USB-Bus-Master. Sein Status wird durch orange, rote, blaue und grüne LEDs auf der Platine angezeigt. Rot zeigt Abwesenheit an, Grün zeigt an, dass ein angeschlossenes FLASH-Laufwerk vorhanden ist, Orange zeigt an, dass eine Audiodatei geladen wird, die Wiedergabe gestoppt wurde oder ein Programmfehler vorliegt, blinkendes Blau zeigt den Wiedergabemodus an. Die meisten der im Diagramm in Abb. 1, gemäß Tabelle mit dem Debug-Board verbunden. 2 (der zweite Kontakt jeder Taste ist mit dem gemeinsamen Kabel verbunden). Die Rolle der SB8-Taste übernimmt die „Benutzer“-Taste der Platine. Das Display des NOKIA 1100-Telefons wird gemäß Tabelle an das Debug-Board angeschlossen. 3. Tabelle 2
Tabelle 3
Literatur
Autor: O. Tsaregorodtsev
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15.04.2024 Petgugu Global Katzenstreu
15.04.2024 Die Attraktivität fürsorglicher Männer
14.04.2024
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▪ Abschnitt der Website Batterien, Ladegeräte. Auswahl an Artikeln ▪ Artikel Steuern und Besteuerung. Vorlesungsnotizen ▪ Artikel Kriechen Aale auf dem Boden? Ausführliche Antwort ▪ Artikel Paspalum erweitert. Legenden, Kultivierung, Anwendungsmethoden ▪ Artikel Drei Geräte auf OS. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik ▪ Artikel Das Erscheinen der Karte im gewünschten Stapel. Fokusgeheimnis
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