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高端车载音响系统解决方案
摘要：高端车载音响系统功能除了音频解码模块和FM 收音模块，还包括CD控制解码，蓝牙以及摄像头，高端功放等。
1、概述&&&&& 高端车载音响系统功能除了音频解码模块和FM 收音模块，还包括CD控制解码，蓝牙以及摄像头，高端功放等。音频解码采用的是renesas公司的AE1 系列音频解码IC，可以直接支持USB，SD，SRAM 卡读取播放音乐文件，同时，FM收音采用的是silabs公司的audio tuner IC，高的集成度只需极少的外围器件可以实现电台信号的解调并直接实现音频输出。2、特点/优势外围器件少，BOM成本低；抗干扰能力强；高性能.3、目标应用车载DVD车载音响4、框图5、推荐产品功能模块 品牌 产品类别 功能及特点 处理运算单元 Renesas
内置SD卡接口、USB、CD-ROM解码器已经串行音频接口，通过MP3、WMA等解码中间件，可作为多媒体处理器使用，内置视频显示控制器和大容量RAM，具有图形IC的功能。
3V、5V复位 执行单元 Renesas 音频编解码器 小型封装(7mm &x 7mm:uPD63530)、音频DAC、SD卡、USB，外部串行闪存接口 USB主机控制器，MP3/WMA/AAC解码器、1M位SRAM，数据保存用32KB SRAM、音频DAC RF放大器、数字型伺服、数据处理、音频DAC 音频编解码器 采用SCF(Switched &Capacitor Filter)技术，无需要音调控制单元的外部元器件 双通道电子音量调节 内置抑制切换噪声的零交叉检测电路 采用SCF(Switched &Capacitor Filter)技术，无需要音调控制单元的外部元器件 音频编解码器 抗噪能力强，可靠性高 人机界面HMI Renesas
16位定时器，8位多功能定时器，UART/时钟同步串行接口，内置触摸检测电路. Silabs
单芯片，自电容触摸按键，集成度高，抗干扰能力强，使用简单
高灵敏度，性能稳定，带红外光和环境光检测 通信单元 Silabs
单芯片AM/FM收音机芯片，体积小，集成度高，接收灵敏度好. 电源管理 Renesas
面向电源控制MCU，16位定时器，8位多功能定时器，UART/时钟同步串行接口 Renesas
3V、5V复位 Micrel
宽范围电压输入（2.25-26v &DC）、最佳的瞬态响应。 Renesas ESD抑制器 200mW/1W Littelfuse
提供过压，过流保护，规格齐全、性能可靠 存储单元 Renesas EEPROM I2C接口、宽范围电压（1.8v-5.5v）
系列全（256K-64M）、宽温度范围、低功耗 &
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现代电子技术的发展，使得越来越多的车载电器加入到汽车电子行列中，在改善汽车性能的同时，也增加了汽车驾驶操作的复杂度，给行车过程带来了不安全隐患。随着语音识别算法的改进和新一代专用语音处理芯片的问世，使得语音控制代替了手动控制车载电器，从而减轻了驾驶员手动操作负担，大大提高了行车安全性。目前我国的车身电子语音控制主要集中在汽车导航系统的应用上，语音识别技术在车身电子中的应用没有充分发挥。本文首次提出了一种以专用语音处理芯片UniSpeech-SDA80D51为核心组成的非特定人车载音响语音控制系统的设计方案，并实现了系统样机的研制。1 车载音响语音控制系统系统由语音采集、语音识别、控制驱动和车载音响等模块构成，系统完成的主要功能是：语音采集模块用于采集驾驶员发出的语音命令信号，由语音识别模块实现信号的A/D转换, 并对转换的数字信号进行语音识别处理，最终输出与语音命令相对应的词条编码信号，控制模块对接收的词条编码信号进行逻辑分析与处理并产生对应的控制信号驱动车载音响动作，代替驾驶员的手动操作。1.1 语音识别模块语音识别模块主要由UniSpeech-SDA80D51芯片及外围电路组成。SDA80D51是德国Infineon公司专为语音识别和语音处理应用领域新推出的高集成度SoC专用芯片，其基本结构如图1所示。由图1可知，SDA80D51片内集成了直接双访问快速SRAM、2路ADC和2路DAC、多种通信接口和通用GPIO等部件。SDA80D51工作方式以M8051为主控制芯片，主要完成系统配置和SPI、PWM、I2C、GPIO等接口的控制以及语音数据的传输工作； DSP核心OAK为协处理器，完成语音识别算法、语音编解码算法等语音处理工作。非特定人语音信号由定向拾音器输入，经过SDA80D51内部的数据采集模块进行A/D转换，再经过识别程序的预处理、端点检测、特征参数提取、模板匹配等处理，选择识别词表中最接近的词条序号作为识别结果，识别结果通过GPIO口输出。1.2 控制驱动模块控制驱动模块由MCU和模拟开关及外围电路构成，模块主要用来接收语音识别结果，并对词条编码信号进行逻辑分析和处理，通过模拟开关电路产生对应功能的控制信号驱动音响动作。其中MCU选用美国ATMEL公司产品AT89S51，综合AT89S51输出I/O信号电压特性和SL1102C1音响控制面板电阻式分流键盘电路的特点，确定使用继电器模拟SL1102C1控制面板按键的闭合和断开动作。AT89S51和继电器模拟开关电路原理图如图2所示。1.3 音响模块本设计是基于SL1102C1型汽车音响。SL1102C1是专门为中档轿车设计的汽车音响，具有MP3播放、收音机和显示时间等功能，目前大量使用在江淮同悦轿车上。SL1102C1前板共有开关机/静音、音效、播放/暂停等15个按键和一个用来调节音量的编码开关。SL1102C1前板键控为分压识别方式，按键包含短按和长按两种动作。AT89S51输出电压为TTL电平，直接驱动音响容易引起键码误识别，造成系统误操作，因此本文采用图2所示电路，很好地解决了上述问题。当AT89S51接收到语音编码信号后，立即进行逻辑分析并输出对应的控制信号驱动继电器吸合模拟按键动作，按键的短按和长按功能通过软件实现。模拟开关电路还适用于SL1102C1前板上的编码开关，编码开关具有音量调节功能。开关旋钮旋转时，开关上端子输出对应的脉冲信号。当MCU收到操作编码开关的语音命令信号后，驱动端子输出脉冲信号，模拟开关旋钮功能。2 系统软件设计系统软件包括非特定人语音识别模块和逻辑控制模块。2.1 非特定人语音识别模块非特定人语音识别模块基于隐马尔可夫模型算法。HMM算法通过对大量语音数据进行数据统计，建立识别词条的统计模型语音库，然后从待识别语音中提取特征，与模型库进行匹配，由比较匹配分数得到识别结果，并通过SDA80D51的GPIO口输出。非特定人语音识别模块主要由信号预处理、特征参数提取、模型匹配和Viterbi算法部分组成，模块框图如图3所示。2.1.1 信号预处理信号预处理部分主要完成输入语音信号的采样、 模/数转换功能。A/D变换由SDA80D51内嵌12位A/D变换器实现，采样频率固定为8 kHz。2.1.2 特征参数提取特征参数提取基于语音帧，采用分帧提取特片。先对语音信号进行重叠分帧，前一帧和后一帧重叠一半（帧信号重叠是体现相邻两帧数据之间的相关性），帧长为25 ms，对每帧提取一次语音特片。MFCC参数属于感知频域倒谱参数，反映了语音信号短时幅度谱的特征。p维MFCC参数的具体计算提取过程如下：(1)用DFFT对每帧s(n:m)计算线性频谱，计算频谱模的平方为功率谱；(2)功率谱经过 Mel 滤波器组获得到D个参数X(i)，D是Mel滤波器组中三角形滤波器的数量；(3)对X(i)做对数运算和离散余弦变换，余弦变换计算公式如下:式中的Y(i)是第i个Mel滤波器对数能量的输出，i=1,2,…,D。2.1.3 HMM语音识别算法隐马尔可夫算法采用概率统计模型描述语音信号，HMM模型建立在Markov 链基础上，使用 MarKov 链来模拟语音信号统计特性的变化。HMM模型为双重随机过程，其一是Markov链，由（π，A）描述状态的转移，输出为状态序列；另一个是随机过程，由B描述，在统计意义上B反映了状态和观察值之间的对应关系，输出为观察值矢量序列。Markov链中状态和时间参数都是离散的Markov 过程。Viterbi 算法是一种帧同步动态规整算法，在给定观察值序列和模型时，Viterbi算法给出了一个概率密度P(Q，O|λ)最大的状态序列。Viterbi算法包括初始化、递推、终止、路径回溯和确定最佳状态序列。对于语音处理而言，因Q的变化，P(Q，O|λ)取值范围很大，而P(Q，O|λ)的最大值占了全部P(Q，O|λ)的很大的成分，所以可以用Viterbi算法来计算P(O|λ)。2.2 控制模块控制模块的主要功能是：在AT89S51查询到语音词条信号后，查表获得词条编码，根据编码判断对应按键是长按或短按，分别进入相应的子程序处理。在子程序中，输出语音命令所对应的I/O控制信号驱动继电器吸合模拟按键或编码开关动作，并及时复位I/O口。控制模块还具有完全兼容手动控制的功能，在语音控制操作的同时也可以进行手动操作，手动的优先级高于语音命令，这样可以避免语音控制和手动控制之间冲突。控制模块部分程序代码如下：void main(){…… //初始化while(1){…… //初始化while(P0 == 0x00) //等待语音信号{ WDTRST=0x1E;WDTRST=0xE1; //WD指令YXSY=0;}YXSY = 1;if(date != P0){ delayms(6); //延时函数date = P0;if(date==1 || date==2) //开机、静音{ PWR = 0; //电源按钮按下delayms(200);PWR = 1;} //电源按钮松开……P1 = 0P2 = 0}}}3 系统实测结果本系统在江淮同悦SL1102C1型车载音响上进行了非特定人语音识别率和模拟开关动作准确率测试。由于汽车音响的语音词条为2～4个字，语音识别率实验内容为车载音响常用2字词条指令18条、3字词条指令12条、4字词条指令10条，实验对象为6人4男、2女（普通话和方言），实验环境为实验室环境。为了提高系统的识别率，系统采用奥林巴斯 ME52定向麦克，提高了麦克接收范围，系统测试结果如表1所示。由表1可知，系统的识别率与语音指令词条字数、麦克接收距离、说话人方言有关。男声和女声的识别率接近。在系统控制电路实验中，模拟开关动作达到了较高的准确率，测试结果为98%以上，只要控制程序运行正常，各路继电器就能按照程序安排执行闭合和断开模拟手动开关操作。实现汽车电器的语音控制是未来车载电器的发展趋势，越来越多的解决方案被不断提出和验证。本文提出的设计是在SL1102C1型车载音响上使用SDA80D51芯片，实现了车载音响非特定人的语音识别与控制。该设计得到的样机有较高的识别率，工作稳定、可扩展性强，达到预期的设计目标，整个设计方案和实现方法是可行的。由于语音识别率随着环境、说话人不同而变化，虽然HMM算法在噪声很少的环境下可以获得很高的识别率，但当测试语音或者环境中含有不同程度的噪声污染时，语音识别系统的性能会有所下降。提高系统的抗噪性和鲁棒性是语音识别系统走向实用化的关键之一。
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把MP3播放器改装在汽车音响系统里，效果不错，电路见图.将MP3的音频信号由耳机线取出后，再由电阻分压衰 减，送人转换开关进行不同信号的转换选择(MP3信号／磁带、收音信号)，最后将选中的信号被送人汽车的功率放大电路进行放大。改装方法：首先拆下汽车的磁带放音部分，找到前置放大后的输出端和功放的输入端(这两端是相连的，只要找到其中一端便知道另一端了。它们一般是由一根两芯屏蔽线和接插件相连接的。接通电源，用镊子等金属物碰触输入端时，相应的扬声器应发出较强“喀喀”声)，断开原前置放大的输出和功放的输入端，按图1的电路进行连接。开关可选用双刀双掷型的拨动开关或按钮开关，并用小螺钉固定于机仓内的适当位置。连线最好选用一根四芯屏蔽线。拾取MP3音频信号的耳机线可从废旧耳机中取得。试机：确保接线无误的情况下，才可通电试机。将新装的转换开关拨至磁带／收音位置，此时磁带放音和收音机应能正常。
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瑞萨电子在汽车电子应用方面，需要用到很多如CAN、LIN、MOST以及蓝牙等协议，传动系统、底盘、安全系统、仪表盘等等。汽车音响、汽车导航也是重要的一环。车载信息娱乐系统趋势传统的车载音响包括Tuner及收音机、CD播放功能，随着人们的需求越来越多，可能会加入USB设备、蓝牙等设备的功能，慢慢地人们发现只是"听"已经不够了，需要有视频、摄像头功能，再后来需要导航功能。在这些其中，如图1所示，车载彩色TFT显示音响和车载多媒体音响年增长率是最高的。图1 车载信息娱乐系统趋势多媒体功能每年都在增强，如图2所示。对于多媒体功能来说，最先只是CD的播放或者支持USB或者SD卡等，慢慢地随着iPod的普及，需要支持iPod功能和iPod蓝牙的功能，包括USB3.0。而彩色TFT从WQVGA到VGA的显示，到RD的显示以及最后会和Smart Phone做连接显示等，不难发现，功能会越来越加强。车载多媒体音响系统模块如图3所示，由一个主控MCU控制的Tuner、CD DSP伺服器USB模组和iPod功能等组成。图2 车载信息娱乐系统的功能图3 多媒体音响功能模块 在这里，多媒体音响功能有AM/FM；CD，USB，SD，iPod，Bluetooth；MP3，WMA，AAC；Character Display。AE1-L无机芯车载音响方案AE1-L是瑞萨电子无机芯车载音响方案。在传统的汽车音响使用AE1-L之后，如图4所示，就可以直接增加音频解码(MP3/WMA/AAC)和USB/SD接口，并且可以去掉CD机芯变身Low Cost Car Audio (LCC Audio)。这样就可以变成一个低成本音响方案。这个方案的灵活性是很好的，可以满足不同客户的不同需求。AE1-L 产品方块图如图5所示，从连通性来说，AE1-L支持USB Memory、DMP、iPod、SD、CARD READER、HUB等，所支持的音频包括MP3、WMA、AAC、WAV，AE1-L的内部还带了控制元件，可以做文件系统分析、USB驱动和SD驱动等等。从界面来说，可以支持USB I/F、HOST I/F、SD(SPI) I/F、I2S output、Download I/F(64-pin version)和Serial Flash I/F(AE1-LF)等。AE1-L分为5个产品线，分为标准级和车规级，从封装上来说分为48-pin和64-pin。其中AE1-L有3款产品是不需要外挂Flash的，AE1-LF有2款产品可以支持外部的Flash自我升级功能，比如你有iPod功能，当iPod协议发生更改，可以通过外部Flash来对AE1-LF进行升级以支持最新的协议，实现自我升级的功能，并且全线都支持MCU功能的自升级。64-pin的AE1-L支持数据下载功能，传送除了通过USB 存储器和SD卡读取音乐文件外，还可以传送特定文件，传送图片数据，以给外部的图形显示或者由外部MCU进行分析使用的功能。另外一个显著的功能是MCU自升级功能，MCU可以通过AE1-L来读取外部USB或者SD设备的自身代码系统，实现主控制器的自我升级功能。AE1-L特性归纳来说就是易控制，是简单设计的USB memory/iPod/SD音频系统，并且还具有低成本的特性，是成本优化的具有连接功能音响。与此同时，还能实现小面积的系统布局。AE1-L提供两种尺寸封装，分别是48-pin和64-pin 封装，48-pin封装尺寸是7mm×7mm ，64-pin封装尺寸是10mm×10mm。客户可以很容易在现有的音频播放器方案上增加AE1-L。新的SoCs整合了USB主控制器和音频解码功能，因此单芯片SoCs可以直接从USB设备，SD卡和其他数码音乐播放器中播放音乐。扩展功能可以用外部Flash实现。图4 传统的汽车音响使用AE1-L图5 AE1-L产品方块图AE1-L具有多样的产品特性。USB 2.0 (FS) 主机界面；丰富的连通性包括USB存储器、SD卡、iPod和其他音乐播放器；HUB/卡读取器；特色包括即插即播、内置软件和中间件、可升级、不需要开发工具；支持多种音频格式包括MP3/WMA/AAC/WAV；功能更新包括AE1-L（使用内部ROM，不需要外部Serial Flash），AE1-LF（使用外部Serial Flash，可随时升级软件）。简单易控也是AE1-L特性，使用命令可以通过MCU控制AE1-L。瑞萨电子为MASK版本和外部FALSH版本开发了程序；压缩音频解码（MP3/WMA/AAC）； USB主驱动器；SD驱动（SPI）；USB文件系统(FAT16/32)；采用I/F的系统控制器 (API)；音频播放 (play，stop，random等)。在现有的MCU S/W上，客户仅仅需要增加AE1-L控制命令便可完成。AE1-L开发工具包括文件、原理图和固件三个部分。文件包括数据表和用户手册以及应用注解两部分。原理图包括示范板的原理图和PCB布局。固件包括示范板的MCU代码（78K0和R8C）。AE1-L示范板AE1-L HDK 主要特征：• MCU–R8C/2A，时钟频率20MHz，ROM 64KB, RAM 3kB•音频芯片–音频解码•显示设备–OLED 256像素×64像素, 支持中英文文字显示•输入接口–2个旋钮（分别带1个按键），6个按键•存储媒介–支持U盘，SD卡•音频输出–4声道输出，1耳机输出•音频格式–支持MP3，AAC，WMA，WAV格式AE1-L (&PD63911/uPD63551/uPD63531) 和 AE1-LF (μPD63530/ μPD63910) 是集成USB（通用串行总线）主机(Host)控制器的音频解码器SoC。适于汽车和消费电子应用，如数字汽车音响。单个芯片上整合了USB 2.0 (全速12Mbps) 主机控制器以及USB音频系统所需的功能。其内置的标准集成软件包括：USB控制，MP3，WMA和AAC解码功能，WAV文件播放功能，文件系统控制和系统控制功能。用户开发的应用软件只需发送简单的控制命令。从而极大地缩短了开发所需的时间。MCU内部模块的驱动：•Clock•Timer0, Timer1, Timer2•CSI0 (MCU与AE1-LF通讯用) •CSI1 (MCU与Serial Flash通讯用)•I2C(MCU与E-Volume通讯用)•Port (Key/ Rotary encoder/ LED•reset control/ power control)•相关中断等等周边外设的驱动：AE1-L，OLED，E-Volume，Serial Flash (字库，LOG，各图形标识，用户设定参数，恢复播放信息)。接口内容是抽象化的周边功能和访问外设的API，分别为AE1-L，Display，E-Volume，Serial Flash (设计存储字库, LOG, 各图形标识，用户设定参数等)。系统服务有应用服务（Clock、Timer）和错误状态管理。通过任务管理，实现各功能。主要任务包括：Host任务（负责管理设备状态），AE1-L任务（实现AE1-L功能（存储媒介访问、音频解码）），Display任务（在各种状态下显示人机交互信息），E-Volume任务（管理音频属性）。事件及信息流表现为，当有事件发生，包括按键或者旋钮，根据接收对象来分类，消息类型分为AE1-L模块接收的消息、Display模块接收的消息、E-Volume模块接收的消息。值得注意的是，Host模块只发送消息，不需要接收其他模块发送的消息，Display模块只接收消息，AE1-L模块和E-Volume模块，则根据场合和功能的不同，既是某些消息的发送方，也是另外一些消息的接收方。MCU系统时钟，根据不同运行状态，选用两种时钟源：在Power on状态下，MCU系统时钟使用片上高速时钟，约40MHz(MCU内部固定2分频)。在Power down状态下，MCU系统时钟使用片上低速时钟，约125kHz。值得注意的是，综合考虑MCU用到的2种通信模式(时钟同步串行通讯及I2C通信)，和片上高速时钟精度(常温下约2%),Power on状态下选用片上高速时钟。低功耗采用片上低速时钟，3.3V供电/8分频条件下，电流消耗145μA。Host的主要机能有系统管理，主状态管理；解释Key和Encoder事件，以及产生相应的消息；调度其他小型服务，例如：保存和读取设置参数、LED显示、Watchdog等。HDK为外围器件提供可控的3种电源，12V/5V/3.3V。在Power down状态下，关闭外围器件电源，以降低功耗。MCU低功耗，采用片上低速时钟(约125kHz)方式。理论上，R8C2A在“VCC=3V，系统时钟为片上低速时钟，8分频”的条件下，电流消耗为145μA。为改善系统的可靠性，使用了Watchdog超时复位功能。在系统时钟为片上高速时钟时(在Power up状态下)，Watchdog定时约为209ms。当系统时钟为片上低速时钟时(在Power down状态下)，Watchdog定时约为512ms。目前软件占用MCU的资源有ROM Code 40kBytes；ROM Data 11k Bytes；RAM 2kBytes。问答选编问：这个音响方案对于电源干扰的问题如何解决的？答：我们在电源电路上增加了大电容滤波以及稳压二极管稳压，通过LDO模块实现去除外部电源抖动。问：请专家介绍MCU自主升级功能?在什么情况下升级？如何操作？答：如果客户需要修改整个产品功能或者其他要求，就可以通过u盘对MCU进行升级。问：在汽车设计的哪些领域用到这个芯片呢？ 答：汽车音响等需要音频解码的都可以用到。问：内置Flash有多大，外置允许多大？答：内置Flash是无法对用户开放的，用户无法使用，因此不必要关心。外部Flash，您可以根据相应的AE1的firmware的大小进行选择合适的Serial Flash大小，目前大概是100kB。问：器件是否支持iPhone/iPad/iPod的USB播放？是否支持蓝牙？答：支持iPhone/iPad/iPod的USB播放。不支持蓝牙，但可以通过MCU外接蓝牙模块。问：AE1-L/F实现了简单易控的无机芯汽车音响，那么对环境有什么要求呢？ 答：芯片本身对环境没有特别的要求，完整方案需要注意EMC设计。问：AE1-L除了实现USB Module功能还具有什么特性？答：AE1_L除了支持USB之外，还可以支持SD卡、USB HUB，也可支持ipod（某些型号的AE1），另外，可以支持音量大小的调节。问：请介绍AE1-L的功耗和降功耗特性？答： AE1-L这款示范板正常运行的功耗大概在200mA左右，低功耗模式下大概在5mA左右。问：和AE1-L接口的MCU有哪些类型？采用什么样的通信接口？答： AE1_L和MCU的通讯方式是CSI，另外加RTS和CTS两个PIN，也就是说总共5个PIN:CLK、SI、SO、RTS、CTS。DEMO板有两种：78K0和R8C MCU。 问：要支持视频处理功能等多媒体功能,AE1-L需要增加什么外部器件? 答：可以使用带视频解码的MCU或者单独外接视频处理芯片。Renesas有相关带音频和视频解码的MCU，例如SH2A系列。问：“无机芯”是何具体概念？ 在线座谈（Online Seminar）是中电网于2000年推出的创新服务，通过“视频演示＋专家解说＋在线问答”三位一体相结合的形式，充分发挥网络平台的便捷性，实现了先进半导体技术提供商与系统设计工程师的实时互动交流，其形式和内容都广受电子行业工程师的好评。本刊每期将挑选一些精华内容整理成文，以飨读者。欲了解更多、更详细的内容，敬请登录。
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1 静电及产生　　静电是一种处于静止状态的电荷，是物体表面局部范围内电子或离子转移使正负电荷失衡而产生的。静电是一种电能，具有高电位、低电量、小电流和作用时间短的特点。物体之间产生静电的形式：接触带电，两物体接触时由于热力学原因或由于物体载流子遵循费密分布，形成接触电位差，当然接触电位差的大小与物体材质有关；分离带电，互相接触的两个物体由干突然分离将会打破接触偶电层的平衡而带电；摩擦起电，实际上是接触带电和分离带电的合成。　　2 静电放电及对设备元器件的危害　　静电放电是不同静电电位的物体相互靠近或直接接触引起的电荷转移。静电放电是高电位、强电场、瞬时大电流的过程，会产生强烈的电磁辐射形成电磁脉冲。静电放电可以出现在两个物体之间，也可由物体表面经电荷直接向空气放电。　　近年来，随着电子元器件发展趋于集成化，要求相应的静电电压在不断减弱，不同种类的电子元器件受静电破坏的程度也不一样，最低的几十伏静电压也会对其造成破坏。随着电子元器件不断向轻、薄、短、小、高密度、多功能等方向发展，电子元器件的尺寸越来越小，尤其是微电子器件，超细、超薄的加工工艺和产品细微结构，尺寸的减小，使电子元器件对于静电放电更加敏感。　　静电放电和感应现象引起的危害十分严重。由人体静电造成静电泄放时，泄放时间仅为零点几微秒，瞬时脉冲高，平均功率可达千瓦以上，足以击穿或烧毁敏感元器件。而静电放电引起的静电噪声将会影响网络上传输的数据流和数据通信，可能引起机房内计算机、播控设备等静电敏感设备误动作。此外，携带静电的物体容易吸附尘埃，使设备大量积尘，降低仪器金属外壳屏蔽效果，影响设备性能。机房存在大量的计算机设备，磁头、激光头、磁盘等表面积有尘埃将降低信息读入（读出）性能，致使信号失真，发生数据错误，甚至损坏设备。另外高强度静电积累及静电放电对视频监控设备也有明显影响，容易引起图像紊乱、模糊不清。　　3 静电防护措施　　1)接地　　接地就是将一些防静电产品或者其他设备连接到一条地线上。采用埋地线的方法建立“独立”地线。使地线与大地之间的电阻& 10 Ω，作用是泄放导体上可能集聚的电荷。接地方法有人体通过手腕带接地；人体通过防静电鞋和防静电地板接地；工作台面接地；测试仪器、工具夹、烙铁等接地；防静电地板，地垫接地等。　　2)使用静电消除设备　　如离子风机、离子风枪，就是很好的静电消除器，其原理是在静电消除器上产生大量的正负电荷，然后通过风把这些电荷吹到有静电的地方，静电就会被相反极性的电荷中和掉。静电消除设备还有人体静电释放报警仪、人体静电消除器、无尘室用吸尘器、离子风嘴、离子风棒等。　　3)使用静电消除剂　　可用静电消除剂擦洗仪器和物体表面，使物体表面的静电迅速消除。防静电剂以油脂为原料，主要成分为季胺盐，其作用是使化纤、橡胶、塑料等物体的表面吸附空气中的水分，增加导电率。　　4)控制环境温湿度　　控制机房温度能控制机房内各种物体电子的游离和穿透速度，减少静电荷的产生。湿度对机房静电的产生影响较大，介质物体处于潮湿的环境中将发生水分吸附现象，吸附的水分将导致介质物体表面电导率提高，从而使静电荷泄漏能力增强，使静电荷的衰减大大加快。但机房环境湿度也不能无限制加大，还应考虑设备电子元器件极间短路、漏电等因素。一般情况下，机房湿度可以控制在50%-60%之间。使用加湿器、精密空调等设备可以有效控制机房湿度环境。
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　　本文根据THOMSON CD-DVD模块的设计特点，结合作者多年的MCU开发经验，详细探讨了针对THOMSON CD-DVD模块进行音响产品开发时MCU、显示屏、控制IC选取的注意事项和程序设计的要点。　　THOMSON光学组件技术(深圳)有限公司设计CD-DVD芯片，以及可以供生产厂家直接使用的CD-DVD模块。利用该公司的主要模块TCM系列CD-MP3独立单元和TDM系列DVD独立单元，生产商不仅可以直接封装制造高质量的CD-MP3和DVD播放器，而且可以通过开发外置控制系统，设计具有多种功能的高附加值家用Hi-Fi音响产品。 　　THOMSON CD-DVD模块一般都内置了THOMSON特有的串行总线通讯协议。TCM系列采用的一般是THOMSON双线通讯协议，该协议要求时钟线连接到MCU的一个外部中断IO口，并置上拉电阻；而数据线是普通的双向IO口，可以不带上拉电阻。THOMSON双线通讯的典型数据传输速度在400kbps到800kbps之间。TDM系列一般采用THOMSON三线通讯协议。这种协议要求使用三个双向IO口，这三个IO口都需要在MCU端接上拉电阻。THOMSON三线通讯的数据传输速度由TDM模块的解码芯片和外置MCU之间较慢的那个IC的运行速度决定。　　一般来说家用音响系统都包括以下几个功能：CD/DVD换碟机械系统；CD/DVD碟片播放；收音机；磁带播放、录制；时钟、定时开关机；各种显示模式；面板按键和遥控器。　　现在的发展趋势是增加以下的新功能：PC-LINK—播放电脑中的音频视频文件；播放各类存储卡中的音频视频文件；刻录和存储卡存储；更多的显示内容。　　后面这四种功能需要选用较高端的MCU，所以目前还不是流行的设计，本文不作深入讨论。本文将就前七种功能下的音响系统的显示屏、MCU选择及其程序设计，结合THOMSON的CD-DVD模块作详细的分析。显示屏的选择　　一般来说，CD-MP3系列会使用LCD屏作为显示器。如果只播放CD碟片则一般六位数字LCD屏就够了，如果需要播放MP3碟片则应该用至少八位数字的LCD显示屏；如果要显示曲名或电台RDS信息，则必须用14段的数字字符。如果是DVD组合音响，VFD显示屏也是常规选择。总之，较好的音响显示屏应该至少是4COM(32SEG。至于显示的内容，各种产品和各个厂家都有自己的风格，各类用户也有不同的喜好。外置MCU的选择　　为了降低整个方案的元器件成本，由于THOMSON CD-DVD模块的工作电压是5V，建议外置MCU的工作电压最好也兼容5V，而且MCU应该自带内置的显示驱动，最好有LCD和VFD两个兼容MCU系列。　　另一方面，中断特性也是选择MCU的一个重要评判标准。对于音响产品，至少应该有两个内部时钟中断：一个是较慢的系统时钟，用来处理时间、各类定时任务以及暂停；另一个是较快的时钟，最好是带有比较寄存器的时钟中断，用来处理快速时间任务，如遥控器的解码。　　MCU的外部中断根据音响系统和THOMSON CD-DVD模块的特点，应该包括以下几个：　　遥控信号中断； 　　THOMSON CD双线通讯的时钟信号中断； 　　RDS时钟信号中断； 　　磁带机计数信号中断； 　　整机断电保护中断。　　这些中断最好拥有独立的中断入口地址。中断是否可分优先级并不一定特别重要，因为音响系统毕竟不是非常实时的嵌入式系统，也没有特别的安全考虑。　　此外，选用MCU需要考虑的还有IO口的分配。一般来说，一个完整的音响系统应包括表1中的信号。　　综上所述，适用于以上音响系统的MCU应该具有以下IO口特性：至少4COM(32SEG的显示驱动IO口；3~5个外部中断IO口；22~42个通用IO口。　　另外，选外置MCU还要考虑RAM和ROM的容量大小。根据我们的经验，512B RAM加16KB ROM可以满足基本的功能要求，如较为简单的显示内容及效果和较少的节目编程存储；而1KB RAM加32KB ROM可以做到相当完善的功能—各类信息的显示和充分自主的节目编程存储，并且可以有良好的功能扩展，比如更大的显示屏等。　　最后，还要考虑所选MCU的开发工具的易得性和易用性，开发测试是用OTP还是用FLASH也是要考虑的重要因素，因为它们都会影响项目的成本、规划和进程。控制IC比较　　这里列举三家可用于此类音响系统开发的控制IC厂家并做比较。这种比较仅根据我们的经验和思考，供工程师参考。　　NEC 78K0系列IC性能优良而且稳定。其产品系列化程度很好，兼容LCD-VFD两种显示驱动，有不同的RAM和ROM容量可供选择。时钟中断和外部中断都比较规范，容易使用。最终产品可以是MASK、OTP和FLASH。工具特性：编译器支持ASM和C。NEC自有ASM指令系统比较完善，有很多很好的宏可以将ASM写得类似C程序。仿真器功能强大，具有实时调试的功能。　　RENESAS H8/300系列IC的功能十分强大。中断、LCD驱动都比较好，不支持VFD。有不同的RAM和ROM容量可供选择，有些产品具有数据寻址IO，可支持外部存储设备。最终产品可以是MASK、OTP和FLASH。编译仅支持C/C++。仿真器功能强大，具有实时调试的功能。技术支持好。　　EMC78系列IC的LCD驱动功能较好，中断和通用IO够用。其所有中断只有一个入口地址，中断程序负担重，容易发生中断冲突。目前，最大RAM容量为2KB，最大ROM容量为16KB。最终产品可以是MASK和OTP。编译仅支持ASM。仿真器功能较差，只有断点调试，不具有实时调试的功能。控制程序设计　　最后，MCU控制程序的功能设计是整个系统增值的关键。一方面，要使程序结构化好，容易维护和升级换代；另一方面，要在有限的资源(RAM、ROM、中断等)上完成尽可能多的功能。这些正是嵌入式系统的魅力所在—不同的设计思想会产生不同的程序和不同的产品质量。　　针对THOMSON的CD-DVD模块的特点，我们建议程序分成以下几块： 　　系统控制模块； 　　显示控制模块； 　　音响控制模块； 　　收音控制模块； 　　磁带控制模块； 　　CD-DVD控制模块。　　系统控制模块应该包括时钟控制(包含定时开关机等)、键盘扫描控制、遥控器控制和厂家特殊功能控制部分。　　显示控制模块可根据所选用的MCU的显示功能特点设计，结合THOMSON CD-DVD模块，可显示总曲数、总碟时间、单曲名、单曲时间、MP3 ID3 TAG信息等。　　音像控制模块和收音控制模块都不包括机械控制，但都包括底层的总线通讯协议。设计好这些协议的接口程序是提高用户端功能的基础。　　磁带控制模块包括简单的机械控制和较为复杂的逻辑时序，在设计时还要考虑磁带和CD以及收音的录音配合等。　　CD-DVD控制模块一定要考虑到THOMSON模块的通讯协议的特点，设计好底层通讯程序。此模块还包括机械控制部分，有时对时间任务要求较高，特别是多碟的情况，一定要有处理异常情况的程序设计。好的程序流程是该模块好的设计的基础。CD-DVD功能作为家用音响设备的主要功能，应该投入最有经验的程序员进行该功能的程序设计。
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音响器材各级之间的配接较为重要。如果连接不当不仅会影响器材的重放效果，甚至会损坏器材。　　一、器材连接的基本要求　　(1) 信号电平的匹配：在连接音响器材时一定要注意各器材之间的输入、输出信号电平的差异。如果前级器材输入信号的电平过大，会产生非线性失真，反之则会降落氏重放系统的信噪比，甚至无法推动下一级器材的放大器，因此在配接时要注意器材之间的电平不应相差过大。如果在实际使用中出现信号电平不适配时，必须通过衰减电路使输入的信号电平降低，或通过放大电路使输入信号的电平提升。对于一般的动圈式话筒输出电压为几毫伏，因此需要设有一级放大电路将信号放大后送至前置放大电路。对于录音座、CD唱机及LD机，由于其输出信号的电平达0.755~1V以上，因此可以直接送入前置放大器。　　(2) 阻抗的匹配：在Hi-Fi 音响器材中，比如晶体管功率放大器的输出阻抗为低阻抗，而电子管功率放大器等器材的输出阻抗为高阻抗。如果它们与扬声器连接时阻抗不匹配，会使放大器的输出功率分配不均，或因阻尼过大使扬声器的瞬态特性变差。阻抗匹配的连接一般有平衡式和不平衡式两种。所谓平衡式是指传输信号的两芯屏蔽线对地的阻抗相等。所谓不平衡式是指两芯屏蔽线中，其中有一根接地。当平衡输出与不平衡输入相连接时，必须通过加匹配变压器进行匹配。　　二、接插件的连接方法　　在Hi-Fi音响器材中，器材的连接是依各种接插件来完成的，常用的接插件有以下几种。　　(1) 二芯插头：主要用来传输各种器材之间的信号以及作为话筒输入信号的输入插头。按其直径分为有2.5mm、3.5mm、6.5mm三种。　　(2) 莲花插头：主要用于在音频器材和视频器材之间作线路的输入和输出插头。　　(3) 卡侬插头（XLR）：主要用于话筒与放大器之间的连接。　　(4) 五芯插座（DIN）：主要用于卡式录音座与放大器之间的连接，它可以将立体声输入和输出信号集中在一个插座上。　　(5) RCA插头：RCA插头主要用于器材中视频信号的传输。　　(6) F、M插头：它主要用于视听器材中射频信号的输入输出。
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