基于WT2003S 芯片的音频播放器的设计

南京理工大学紫金学院 魏明月 帅辉明

关键字：LPC1114；WT2003S；音频播放

引言

工业是一个社会的经济基础，并且还是保障人民生活水平的基础。德国提出工业4.0 进行工业升级的情况下，中国提出了“中国制造2025”来作为中国促进工业产业升级的目标。工业升级就是要促进产线的机器化，提高生产效率并且保证产品质量。而产线的智能小车是作为产品或者原材料运转的中间环节，在小车运行的过程中需要发出一些音频声音来确定小车目前是否发生故障或者其他的情况。这就促成了在运转智能小车上需要装置一个能够发声的音乐播放器，由于各行业之间小车与播放器之间的通信信号并没有形成标准文件，所以现在通用的都是利用24V 电平信号的变化来选择播放的音频。本文就是描述了一种使用在运转循迹智能小车上的低成本音频播放器。

1 概述

此次设计的音频播放器整体方案由电源电路的设计、电平翻转电路的设计、LPC1114 最小系统电路设计、WT2003S 音频解码芯片电路设计、功放电路设计等组成。以保证所设计的功能可以实现。

2 系统结构

音频播放器的整体方案框图如图1 所示，图1 显示了音频播放器包含了使用LM22676 电源芯片设计的DC-DC 电源电路，使用ULN2003 设计的电平翻转电路作为音频播放信号的输入，使用LPC1114 作为CPU 芯片作为解析输入信号并且输出与编解码信号的UART 信号，WT2003S 音频编解码芯片作为读取TF 卡中的音频文件并且输出音频DAC 信号到功率放大器中，使用TDA1308 功率放大器则是将音频信号放大并且通过喇叭播放出来。通过这样的方案设计，来实现所需要的播放功能。

图1 音频播放器的整体方案框图

3 电源部分

考虑到播放器是使用在工业场所中，工业场所中常见直流电压为DC24V。所以本次所用的DC-DC 直流芯片使用的是LM22676 电源芯片实现24V 转5V，而5V 转3.3V 电压则是通过常规使用的LM1117 芯片进行转换给芯片供电。如图2 所示为电源电路输入前级保护电路，在工业场所中常常对产品的浪涌、全脉冲干扰有着一定的等级要求，所以前级电路中有压敏电阻、保险丝、TVS 管作为保护器件，来避免浪涌干扰，共模滤波器的使用则是为了避免群脉冲干扰。如图3 所示为LM22676 电源电路的设计，LMN22676 电源芯片通过R10/R9 进行输出电压的计算。计算公式如下：R10=[Vout/1.285-1]×1.2（R9）当确定需要输出的电压时即可以利用此公式来计算出R10 和R9 电阻的阻值。为了保护LM22676 芯片在后级电源中的稳定性，放置一个TVS 管和压敏电阻作为预留保护器件。3.3V 电压的产生是使用LM1117芯片，在此不再描述。

图2 电源前级电路

图3 LM22676 电路设计

4 LPC1114 芯片最小系统与电频输入部分

图4 所示为单片机LPC1114 芯片最小系统电路。LPC1114芯片是恩智浦公司的一款基于ARM Cortex-M0 的微控制器，可用于低成本和高集成度的工场的嵌入式应用芯片。其工作频率可以达到50MHz，外设拥有32KB 的FLASH、数据存储器拥有8KB 空间、UART/IIC 接口一路、定时器拥有4 路、通用I/O口42 个。本设计中为了减少电路中的空间使用SWD 下载方式，加了一个LED 控制电路作为芯片运行指示灯。

图4 LPC1114 最小系统电路设计

如图5 所示为电平输入电路设计，因为工业场所常规使用的是24VDC 直流电，所以其电平输入常规也是24V 的电平，所以需要进行电路转化，ULN2003 芯片前端则是使用电阻分压之后使用钳位电路来保证进入到ULN2003 芯片之前为5V电平。本次设计中前级的分压电路上的24V 与0V 通过一个开关进行切换，这样可以让输入有效电平在高电平与低电平中相互转换，并且芯片中的程序还可以保持一套程序，这样的设计方式减少了产品在出货过程中车间烧录的错误概率。ULN2003 芯片则是进行电平翻转之后由单片机芯片LPC1114进行读取。

图5 电平输入电路设计

5 音频编解码处理部分

音频编解码芯片使用的是WT2003S 芯片，如图6 为音频编解码播放电路设计。WT2003S 芯片是国产的一款编解码芯片，其支持MP3 音频解码功能的同时还支持SPI-FLASHTF 卡U 盘三种存储方式，可以实现播放文件指定和按照序号排列播放的要求。利用此芯片可以减少编解码软件的编写，以及相关音频电路的设计。与芯片之间通过串口连接并使用其定制的串口控制协议来实现控制播放，降低产品的电路设计难度。WT2003S 芯片还支持案件控制、USB 接口更换存储器内的音频文件、内置1W功放并实现音量调节。本次设计中没有使用其内部的功放，而是使用TDA1308 功率放大器作为驱动喇叭的功率放大器。放大器的反馈电阻用来调节放大的比例，确保音频能够清晰的播放出来。

图6 音频播放电路

6 结语

本系统设计中利用LPC1114 芯片、WT2003S 作为核心器件实现音频播放的功能。设备在工业场所中使用时，外观结构的设计以及喇叭播放的音腔结构的设计还需完善，并且EMI等辐射问题也是后期需要做出改变的防护设计。只有这些工作都完成之后才能真正运用在工业场所中的运转智能小车上作为提醒状态的产品。为工业升级做出一些贡献。