MP3-Player mit Touchpaneeldisplay und Spracherkennungssteuerung

Diplomarbeit von Manfred Jagersberger

Einleitung:

Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines MP3-Players für den Auto-HIFI-Bereich. Als Speichermedien werden eine herkömmliche 2,5“ ATA/IDE-Festplatte, ein CD/DVD-Laufwerk und eine MMC-Speicherkarte verwendet.

Besonderer Wert wurde auf die einfache Bedienung mittels der Sprachsteuerung und dem ausgeklügeltem Menüsystem für das Touchdisplay gelegt. Mit der Sprachsteuerung lassen sich einfache Funktionen realisieren (Play, Pause, Lauter, Leiser) und sie kann individuell programmiert werden. Zur Bedienung aller weiteren Funktionen steht das Touchdisplay zur Verfügung.

Der MP3-Player ist eine kompakte Einheit mit integrierter Audio-Endstufe. Alle Komponenten sind dafür ausgelegt als Einheit in einem ISO-Autoradioschacht untergebracht zu werden. Das Touchdisplay wird in dem Frontpanel eingesetzt und übernimmt die Anzeige der wichtigsten Funktionen.

Folgende Anforderungen stellten wir an unseren MP3-Player:

- Das Display, die Hauptplatine und das CD/DVD-Laufwerk müssen in einen ISO-Autoradioschacht passen.

- Der MP3-Player soll das FAT32-Dateisystem unterstützen.

- Die Kommunikation zwischen den Einheiten muss störungsfrei funktionieren.

- Die Menüführung soll einfach, effizient und zum Teil über das Spracherkennungsmodul möglich sein, weiters soll eine Lautstärkenregelung und eine Programmiermöglichkeit für die Sprachsteuerung inkludiert sein.

- Als Speichermedien sollen eine 2,5“ ATA Festplatte, ein CD/DVD-Laufwerk undeine MMC-Speicherkarte verwendet werden können.

- Der direkte Anschluss von Autolautsprechern (2-8Ω Impedanz) soll so wie bei herkömmlichen Autoradios möglich sein.

- Die Spannungsversorgung soll über das KFZ-Boardnetz erfolgen.

Im nächsten Abschnitt wurde festgelegt, welche Bauteile benötigt werden und woher sie bezogen werden sollen. Aufgrund der hohen Kosten mancher Bauteile wurde auch überlegt nach Sponsoren zu suchen, um die Diplomarbeit leichter finanzieren zu können. An dieser Stelle sei an die Stückliste und die Liste der Sponsoren, welche uns materiell und finanziell in jeder Hinsicht unterstützt haben, verwiesen. Dann wurde die Hardware aufgebaut, auf ihre Funktionsfähigkeit geprüft und mit der Programmierung eines entsprechenden Programms für den Mikrocontroller bzw. des Touchdisplays begonnen.

Rückblickend kann gesagt werden, dass die Entwicklung der Hardware (Schaltplan) mehr Zeit in Anspruch nahm als geplant, somit blieb für die Programmierung und den Probebetrieb nur mehr wenig Zeit übrig.

Wir werden uns sicherlich weiter mit unserem MP3-Player beschäftigen, um ihn vollkommen funktionsfähig zu bekommen. Der Arbeitsaufwand insgesamt für dieses Projekt wurde leider unterschätzt und deshalb konnte es nicht mit allen geplanten Funktionen fertig gestellt werden.

Inhaltsverzeichnis:

	Vorwort	1
	Danksagung	1
	Kurzfassung	2
	Abstract	3
	Inhaltsverzeichnis	4
	Tabellenverzeichnis	7
	Bilderverzeichnis	9
1.	Projektmanagement	11
1.1	Planung	11
1.2	Zielsetzung	12
1.3	Realisierung	12
1.4	Projektbetreuer	14
1.5	Der Prüfer	14
1.6	Die Diplomanden	15
1.7	Projektablaufplan	16
1.8	Kostenkalkulation	19
2.	Systembeschreibung	23
3.	AT89C51SND1C	26
3.1	Features	26
3.2	Block Diagram	28
3.3	Pin out (80-pin QFP Package)	28
3.4	Pin Description	29
3.5	Clock Controller	31
3.7	Program/Code Memory	34
3.8	Data Memory	37
3.9	Special Function Registers	39
3.10	Interrupt System	44
3.11	Timer	50
3.12	MP3-Decoder	53
3.13	Audio Output Interface	60
3.14	MMC	66
3.15	IDE/ATAPI - Interface	81
3.16	Serial I/O Port	82
3.17	Electrical Characteristics	87
3.18	Package Information	91
4.	LCD	92
4.1	Allgemeines	92
4.2	Hardware	92
4.3	Touchpanel	93
4.4	Software	93
4.5	Zubehör	93
4.6	Versorgung / RS-232 Anschluss	95
4.7	Ein- und Ausgänge	97
4.8	Grundeinstellungen	97
4.9	Makro Programmierung	98
4.10	Erstellen individueller Makros	99
4.11	Integrierte Fonts	100
4.12	Alle Befehle auf einen Blick	103
4.13	Muster	107
4.14	Abmessungen	107
5.	Reset-Schaltung	109
6.	Spannungsversorgung	110
7.	Endstufe	111
8.	Festplatte	115
8.1	Die logische Einteilung der Festplatte:	116
9.	Das Dateisystem	120
9.1	FAT Dateisystem	120
9.2	Nachteile des FAT-Dateisystems	122
10.	Spracherkennungsmodul	123
10.1	Features	123
10.3	Modusauswahl	124
10.4	Multiwort Continuous-Listening Modus	125
10.5	Multiwort CL Konfiguration	126
10.6	Anschlussbelegung	129
11.	Verwendete Software	131
12.	Aufgetretene Fehler	134
13.	Anhang	136
13.1	Quellenverzeichnis	136
13.2	Stückliste	139
13.3	Projekttagebücher	141
13.3.1	Manfred Jagersberger	141
13.3.2	Wolfgang Kogler	143
13.3.3	Wolfgang Scharner	145
13.4	Schaltplan	146
13.5	Board	148
13.5.1	Bauteilliste	149
13.6	Sponsoren	151
13.7	Source code	154
13.7.1	compiler.h	154
13.7.2	extsnd1.h	156
13.7.3	regsnd.h	160
13.7.4	main.h	164
13.7.5	LCD	175

Textprobe:

Kapitel 4.9, Makro Programmierung:

Einzelne oder mehrere Befehlsfolgen können als sog. Makros zusammengefasst und im EEPROM fest abgespeichert werden. Diese können dann mit der Befehlsgruppe ‚Makro ausführen’ gestartet werden.

Es gibt 4 verschiedene Makrotypen:

- Touch Makro (1..255)(0):

Start bei Berührung eines Touchfeldes (nur bei Versionen mit Touch Panel TP) oder bei Betätigung einer ext. angeschlossenen Taste/Matrixtastatur.

Das Touch Makro Nr.0 hat eine Sonderstellung:

Beim Loslassen einer x-beliebigen Taste wird das Touch Makro Nr.0 gestartet.

- Port Makro (0..31)(32..255):

Start bei einer Änderung des Logikpegels an den Eingänge IN 1..5. Die restlichen Portmakros (32..255) stehen frei zur Verfügung und können per Befehl 'ESC M P nr' gestartet werden.

- Normal Makro (1..255):

Start per Befehl über die serielle Schnittstelle oder von einem anderen Makro aus. Es können auch mehrere hintereinander liegende Makros automatisch zyklisch aufgerufen werden (Movie, sich drehende Sanduhr, mehrseitiger Hilfetext).

- Power-On-Makro = Normal Makro (0):

Das Normal Makro Nr.0 hat eine Sonderstellung: es wird automatisch nach dem Einschalten ausgeführt. Hier kann man z.B. den Cursor abschalten und einen Startbildschirm definieren.

Erstellen individueller Makros:

Um nun Ihre speziellen Makros erstellen zu können, benötigen Sie folgende Hilfsmittel:

- die Diskette EA DISK240); sie enthält einen Compiler, Beispiele und Fonts.

- einen PC mit serieller Schnittstelle COM1 oder COM2, mit ca. 500kB Platz auf der Festplatte.

- einen Texteditor wie z.B. WordPad, Norton Editor o.ä.

Um eine Befehlsfolge als Makro zu definieren, werden alle Befehle auf dem PC in eine Datei z.B. DEMO.KMC geschrieben. Hier bestimmen Sie welche Zeichensätze eingebunden werden und in welchen Makros welche Befehlsfolgen stehen sollen.

Sind die Makros definiert, startet man das Programm wie folgt:

C:\\KITCOMP DEMO.KMC. Dieses erzeugt eine EEPROM-Datei DEMO.EEP, welche dann automatisch mit der eingetragenen Baudrate in das Display-EEPROM gebrannt wird. Dieser Vorgang dauert nur wenige Sekunden und sofort danach können die selbst definierten Makros genutzt werden. Eine ausführliche Beschreibung zur Programmierung der Makros finden Sie zusammen mit vielen Beispielen auf der Diskette EA DISK240) unter dem Namen DOKU.DOC (für WORD) bzw. DOKU.TXT (DOS).

Integrierte Fonts:

Im EA KIT120-5 sind standardmäßig 5 Zeichensätze integriert. Jeder Zeichensatz kann in 1- bis 4-facher Höhe verwendet werden. Unabhängig davon lässt sich auch die Breite verdoppeln bis vervierfachen. Zusätzlich können, je nach Font, bis zu 16 eigene Zeichen definiert werden die solange erhalten bleiben, bis die Versorgungsspannung abgeschaltet wird. (Siehe Befehl ESC E). Jedes Zeichen kann pixelgenau platziert werden. Text und Grafik kann beliebig gemischt dargestellt werden. Auch mehrere verschiedene Schriftgrößen lassen sich gemeinsam darstellen. Jeder Text lässt sich linksbündig, rechtsbündig und zentriert ausgeben. Auch eine 90° Drehung (vertikaler Einbau des Displays) ist möglich. Die Makroprogrammierung erlaubt die Einbindung von weiteren 11 Fonts, sowie die komplette Umgestaltung der einzelnen Zeichen. Durch einen Fonteditor auf der Diskette EA DISKFONT1520 können alle nur erdenklichen Schriften mit bis zu 16x16 Pixeln Größe erstellt und einprogrammiert werden.