基于CoolRunner CPLD的MP3应用开发板的设计与实现

引言

便携式MP3播放器作为一种集音频播放、数据存储为一身的数码产品，其功能结构为电子设计人员所津津乐道。新功能的MP3播放器不断地更新换代。为了满足MP3播放器功能新增的需求，我们设计了一套基于CoolRunner CPLD的软硬件开发系统，制作相应开发板，探索了一种快速实现的方案。

MP3应用开发板的选型和设计

主控模块芯片及其外围器件

XCR3256是Xilinx公司开发的CoolRuner CPLD芯片，可实现6000门的数字逻辑电路，内嵌256个宏单元，支持4个全局时钟，具有低功耗、可快速ISP、延时可预测等特点，可满足MP3功能和数码产品方面的一些特殊要求，我们选用XCR3256芯片实现M P3主控模块。该主控模块用于对各外围器件的控制，协调各外围器件的工作。外围器件主要有解码芯片组（MAS3507D和DAC3550A）、Flash存储器、LCD、USB接口、并口等。主控模块与各外围器件的框图如图1所示。

图1 MP3应用开发板结构框图

主控逻辑单元是整个主控模块的核心部分，决定着MP3播放器各功能，如播放、快进、下载之间的优先度和顺序，为其他逻辑单元提供实现更加复杂操作的控制信号。主控逻辑单元通过状态机对其他模块进行控制，其状态机如图2所示，该图详细地描述了MP3播放器不同工作阶段的操作条件和各阶段之间的切换情况。

特别需要说明的是：①LOW_PWR使DAC3550A工作在低功率模式下；②IDLE是播放与下载、快进、后退等操作之间的转换状态；③UPDATE_TRACK将歌曲曲目更新，并传递给LCD显示。

图2　主控逻辑单元状态机

DAC3550A是一款专为音频应用而设计的高精度数模转换芯片，具有低功耗操作模式，连续采样频率从8KHz到50KHz均可自主选择，这就给设计带来了极大的灵活性；还提供了简洁的I2S总线接口和I2C总线接口，主控模块正是通过I2C总线对DAC3550A三个寄存器AVOL（16bits）、GCFG（8bits）、SR_REG（8bits）写入相应命令而实现控制的。DAC3550A接口电路图设计如图3所示。

图3 DAC3550A接口电路图

MAS3507D可实现2阶或3阶的MPEG音频解码功能，内嵌的功率管理器可降低低采样频率时的功率，并可以在芯片闲置时将其暂时断电（power off）。该芯片还可以对音效进行调整，以满足用户不同需求；为输出音频数据而提供的I2S总线端口使MAS3507D和DAC3550A的连线更加简洁方便。MAS3507D是通过给主控模块的反馈实现对DAC3550A输入控制的，MAS3507D DC/DC转换接口电路如图4所示。

图4MAS3507D DC/DC转换接口电路

MP3应用开发板的工作流程为：

上电→提取用户命令→读存储器→将MP3音频文件送至MAS3507D进行解码→解码后的数字信号经DAC3550A数模转换→模拟信号输入耳机。

性能设计

设计过程中，为满足今后功能扩展及增强开发平台系列化的需要，我们对开发板的功能布局做了很多调整。

我们将CoolRunner芯片与解码芯片组连接的引脚设计成插针形式，可及时更新和选用新的解码芯片组，而解码芯片组决定着MP3播放器所能播放音频文件的格式及音质。低功耗是MP3播放器追求的一项重要指标，开发板中选用的XRC256XL芯片及解码芯片组（MAS3507D和DAC3550A）均满足了低功耗的要求。