MP3开放实验学生讲义20140904.doc

《MP3开放实验学生讲义20140904.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《MP3开放实验学生讲义20140904.doc（7页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流MP3开放实验学生讲义20140904.精品文档.电子实习I(MP3数码播放器制作)马幼鸣2013年6月MP3数码播放器制作目的与任务1通过理论学习，使学生初步掌握嵌入式系统的基本原理和MP3播放器的电路设计。2通过实验使学生实际接触常用电子元器件、电子材料及电子产品的生产过程，了解电子工艺的一般知识和掌握最基本的焊接、组装产品的技能，了解电子工艺生产线的流程。3掌握贴片、回流焊，使用万用表测量各测试点电压，学会MP3数码播放器的调试、组装，独立完成一台MP3数码播放器的制作。4达到提高学生实践动手能力，提高独立思考能力，培养良好的科学态度和

2、实践规范，达到激发学生学习兴趣的目的。第一章 MP3的原理图1.1MP3简介MP3是一种有损数字压缩格式的音频压缩技术，其全称是动态影像专家压缩标准音频层面3（Moving Picture Experts Group Audio Layer III），简称为MP3。它是一种超级声音文件的压缩方法，由音频和视频两部分组成，可分别进行压缩，因此它被设计用来大幅度地降低音频数据量。所谓“有损压缩音频格式”也就是对数字音频使用了对音质有损耗的压缩方式，以达到缩小文件大小的目的，来满足复制、存储、传输的需要。MP3的压缩率可以达到1：12，但在人耳听起来，却并没有什么失真，因为它将超出人耳听力范围的声音

3、从数字音频中去掉，而不改变最主要的声音。1.2 MP3功能描述本设计中，该MP3播放器具有音乐播放功能和调频收音机功能，具有32级数字音量控制，采样频率为8KHz48KHz，带有TF卡接口和USB接口，最大可支持32GB的TF卡，使用3.6V手机锂电池供电。1.3 MP3 硬件组成概述硬件主要包括：主控芯片、按键、电源部分、TF接口、音频功放五个部分组成。系统的框图如图1.1。图1.1 MP3系统框图控制芯片、按键主控芯片YM100是将MCU、EPROM和FM组合在一块IC中，具有控制、MP3解码、存储操作程序和调频收音机的作用。USB接口作为U盘插口，音频线路输入使该播放器作为扩音音箱用，主

4、控芯片的FM天线由一个耳机插座来实现。主控芯片、按键、USB接口、音频线路输入、天线接口如图1.2。图1.2 主控芯片、按键、USB接口、音频线路输入、天线接口主控芯片部分由YM100(UC1)，32.768KHz晶振（Y1）组成。C1，C2是晶振的匹配电容；D3是状态指示LED，R13为其限流电阻，C5为电源滤波电容。主芯片各引脚功能定义说明如表1.1：表1.1 YM100各引脚功能描述引脚序号引脚名称引脚类型功能描述1DVSSP数字地2INT2IO检测TF口是否有卡插入3X32IIOSC输入4X32OOOSC输出5SDCD0IOTF卡数据位6SDCLKOTF卡时钟输出7SDCMDIOTF卡

5、命令8AD_KEYAI模拟信号输入ADC(按键输入)9IOC0O关闭音频功放10DAC_LAO左声道输出11DAC_RAO右声道输出12DVSSP数字地13FM_ANTAIFM天线14AGNDP模拟地15LINE_Audio_RAI线路输入右声道16LINE_Audio_LAI线路输入左声道17IOA14IO工作状态输出口18VBATP锂电池电源输入19DVSSP数字地20+5VP芯片DC/DC升压输出，+5V电压，USB接口供电21USBDNIOUSB数据差分线负极22USBDPIOUSB数据差分线正极23DVSSP数字地24VCC33P芯片LDO输出，+3.3V电源，TF卡、LED、按键供

6、电按键电路为由R24和R6、R2、R1、R4、R3、R5构成的分压电路，当不同按键按下的时候，会在AD_KEY处产生不同的电压，该按键接入到主控芯片第8脚，由主控芯片内的AD转换成数字信号，主控芯片判断是哪按键按下，从而调用相应的程序，进行相应的操作。按键的连接见图1.2。AD_KEY的电压用VKEY表示。各按键有效时对应的电压如表1.2。表 1.2 按键功能表按键序号计算VKEY电压值VKEY功能描述K10.2V音乐播放和暂停的控制K20.8V播放上一首歌曲K31.0V播放下一首歌曲K41.2V音量减小K51.4V音量增加K61.8VMP3/LINE IN/FM以及TF卡和U盘转换键USB总

7、线协议定义了四条线，一对差分信号线和一个电源引脚，一个地引脚。USB接口的电源引脚由主控芯片内的DC/DC的升压电路产生的+5V电源提供，由主控芯片的第20脚输出。USB两个差分数据线USBDN，USBDP分别直接连接主控芯片的21、22引脚，C5为+5V电源的储能电容。音频线路输入，是把外部信号引入，将MP3作为一个音箱来使用。外部音频信号通过R19、R20滤波电阻、C3、C4为耦合电容接主控芯片的16脚和15脚，R33为数字地和模拟地的连接0欧姆电阻。 耳机接口J5作为调频收音机的天线接口连接主控芯片的第13脚，将LINE IN线插入该接口，即可作为调频收音机天线使用。电源模块、TF卡接口

8、电源部分由Mini USB接口、锂电池组成，主控芯片内置DC/DC升压单元将锂电池电压升压为5V供给USB接口，并且主控芯片还内置LDO单元将5V电压变换为3.3V输出向TF卡供电和自己使用。电源和TF卡接口电路如图1.3。图1.3 MP3电源、TF卡接口部分J1是Mini-USB接口，锂电池通过Mini-USB直接充电。SW1是拨动开关，当开关打开，VBAT处有3.6V的电压，当开关断开，VBAT电压为0。CE2，C7为锂电池的滤波电容，CE2为470uF的大电容，起储能作用以便得到平滑的电压。当Mini-USB供电时，1引脚有一个+5V的电压接入，此时PNP三极管Q1的发射极电压为5V，经

9、过二极管D1和电阻R9的降压之后，接入锂电池端进行充电，并且接到三极管的基极。D1起压降作用，也起反向截止作用，避免锂电池通过D2 LED放电；R9为限流电阻。 当锂电池充电时，R9有较大的压降，使得三极管的发射结正偏，集电结反偏，三极管和D2所在的回路导通，D2发光来指示电路正处于充电状态；充电完成时，锂电池电压接近4.3V使得三极管发射结正偏电压小于开启电压，三极管截止，D2息灭，表明充电结束，R18为D2的限流电阻。TF卡接口外接TF卡，起MP3文件存储作用，TF卡为音乐文件存储单元，负责存放各种文件。它由1位数据线SDCD0，该数据线和YM100的5引脚相连，采用串行数据传输方式；SD

10、CLK为时钟信号，该引脚和YM100芯片的6引脚相连；SDCMD为控制信号，该引脚和YM100芯片的7引脚相连；INT2是TF卡的卡检测位，当插入TF卡时INT2接地，YM100的2引脚变为低电平，从而告知主控芯片TF卡已经插入可以读取卡上文件。电源VCC33接一个4.7的限流电阻R25负责TF卡的供电，10uF的电容C6为滤波电容，10k的电阻R16、R17分别为TF卡的命令位和数据位的上拉电阻。音频功放音频功放部分由耦合电容、滤波电容以及功率放大U5组成。4863是一款双声道的3W高音质的AB类音频功率放大器，其可以不需要传统放大器的输出滤波电容，电路简单，外围元器件少。C9、C10为两个

11、音频耦合电容，R11、R10和R12、R13为输入增益调节电阻，该电路的音频信号的放大倍数为倍，C11为运放补偿阻抗。C8为芯片4863引脚1和地的滤波电容，4863引脚1是通过R14上拉至VBAT，使1脚处于高电位，功放关断。4863引脚1再通过电阻R15接到主芯片的第9脚，也即IOC0脚，用来控制功放工作或关断，当主控芯片有音频信号输出时IOC0立即变成低电平，使功放处于工作状态，反之功放关断使其达到省电目的。音频功放原理图见图1.4。图1.4 音频功放4836各引脚定义见表1.3。表1.3 4836各引脚功能描述引脚标号引脚名称引脚类型功能描述1SDIO控制功放的打开与关闭2VSSP地3

12、OUTA+O音频输出A正极4VBATP电源5OUTA-O音频输出A负极6-INAI音频输入A负极7VSSP地8+INAI音频输入A正极9+INBI音频输入B正极10BYPASSIO运放补偿11-INBI音频输入B负极12-OUTBIO音频输出B负极13VBATP电源14+OUTBI音频输出B正极15VSSP地16HP-INI喇叭、耳机功放控制完整的原理图见图1.5。图1.5 MP3原理图第二章 MP3的回流焊工艺2.1 回流焊概述回流焊是通过重新融化预先分配到印制板焊盘上的膏状软钎焊料，实现表面组装元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊。回流焊技术能完全满足各类表面组装元器件对

13、焊接的要求，因为它能根据不同的加热方法使焊料再流，实现可靠的焊接连接。2.2回流焊的加热和温度曲线 回流焊的温度曲线一般包括预热区、保温区、再流焊区、冷却区四个部分，如图3.1所示：图2.1 回流焊温度曲线预热区：预热区通常是指温度由常温升高至150左右的区域。在这个区域，温度线升以利焊膏中的部分溶剂和水氧能够及时挥发，电子零件特别是IC零件缓缓升温，为适应后面的温度。但PCB表面的零件大小不一，吸热程度也不一，为避免有温度不均匀地现象，在预热区升温的速度通常控制在1.53/秒。保温区：保温区又称活性区，在恒温区温度通常维持在15010的区域，此时焊膏处于融化前夕，焊膏中的挥发物进一步被去除，

14、活化剂开始启动，并有效地去除焊接表面的氧化物。这个区一般占加热通道的3350%，有两个功能，第一，将PCB在相当稳定的温度下感温，允许不同质量的元件在温度上同质，减少它们的相当温差；第二，允许助焊剂活性化，挥发性的物质从焊膏中挥发。再流焊区：也称回流区，该区温度最高，通常叫做液态以上时间，此时焊料中的锡与焊垫上的铜或金由于扩散作用而形成金属间的化合物，再流焊区是炉子内的关键阶段，该区必须保持在焊膏制造商所规定的参数之内。产品的峰值温度也是在这个阶段达到炉内的最高温度。必须小心的是，不要超过板上任何温度敏感元件的最高温度和加热速率。这个区的作用主要是将PCB装配的温度从活性温度提高到所推荐的峰值

15、温度。冷却区：冷却区的主要作用是使焊点凝固，一般认为冷却区应迅速降温使焊料凝固。迅速冷却也可以得到较细的合金结构，提高焊点的强度及焊点光亮，表面连接并呈弯月面状。相反的，在熔点以上缓慢的冷却容易导致过量的介金属化合物产生及较大合金颗粒，降低抗疲劳强度。2.3 回流焊的工作原理从温度曲线分析回流焊的原理：当PCB进入预热区时，焊膏中的溶剂、气体蒸发掉，同时PCB和元器件得到充分的预热，以防PCB突然进入焊接高温区而损坏PCB和元器件；然后进入保温区此时焊膏中的物质进一步挥发，焊膏中的助焊剂润湿焊盘、元器件端头和引脚，焊膏软化、塌落、覆盖了焊盘、元器件端头和引脚与氧气隔离；接着PCB进入回焊区时，

16、温度迅速上升使焊膏达到熔化状态，液态焊锡对PCB的焊盘、元器件端头和引脚润湿、扩散、漫流或回流混合形成焊锡接点；最后PCB进入冷却区，使焊点凝固。此时完成了回流焊。2.4 MP3的回流焊焊接回流焊焊接时采用焊膏，它是焊接材料，同时又能利用其黏性预固定表面组装元件/器件。随着回流焊焊接技术的普及和组装密度的不断提高，焊膏已成为高度精细的电路组装材料，在SMT组装工艺中被广泛使用。在本实验中，我们利用焊膏和回流焊来焊接PCB板，拿到装配原件先检查元器件、PCB板是否有损坏，有些小的细节需要自己的动动手，如PCB板边缘地方需要修剪规格一点，再进一步对元件器件上锡，成型；在此之前需认真阅读说明书，把所

17、有的元器件放到一个容器件中，电阻器、电容器等器件很小，以免丢失。要认真识别参数，电路板上标明了器件的参数，将对应的元器件按原理图和元器件的印制板电路图要求贴片插装即可；然后焊接，要求看起来整齐、美观。具体方法如下首先，把买的焊膏用搅拌棒搅拌，使其均匀；如果太过干枯，使用酒精稀释，直至焊膏里面没有小颗粒且浓度刚刚好。调好的焊膏如图2.2所示：图2.2 调好的焊膏根据MP3的PCB顶面和底面如图2.3、2.4所示，钢网模板如图2.5所示，并把它用酒精清洗干净。图2.3 PCB顶面图2.4 PCB底面图2.5 钢网模板采用医用培养皿将PCB板上需要的元器件按工位和元件序号来存放，为贴片做好准备工作。

18、把模板用丝印板固定好，把PCB对应的钢网模板固定在丝印机上，如图2.6所示：在钢网上均匀的涂好焊膏，均匀用力地刮在PCB板上，如果没有刮好，可以按照上面的步骤用酒精把PCB板擦洗干净后重新刮焊膏，直至满意为止，如图2.7所示：图2.6 丝印机 图2.7 刮焊膏把涂好焊膏的PCB板，按照工位图(所要贴的元器件在工位图上相应的地方有)把准备好的元器件用镊子轻轻地拾取并放在相应地方，各个贴片元器和工位编号见表2.1所示，工位图如图2.8所示：表2.1 YM100贴片元器件和工位编号(V2.0)工位数量参数标号封装精度和备注贴片电阻1510KR1；R10；R13；R16；R17R20121%217.5

19、KR2；R20121%3118KR3R20121%4113.7KR4R20121%5130KR5R20121%611.5KR6R20121%7124KR7R20121%83330RR8；R15；R18R20125%924R7R9；R25R20125%10236KR11；R12R20125%11120KR14R20125%122200KR19；R20R20125%贴片电容13222pFC1；C2C201210%1451uFC3；C4；C8；C9；C10C201220%15210uFC5；C6C201220%1620.33uFC7；C11C201210%电解电容171220uFCE110V1814

20、70uFCE210V二极管、三极管1911N4007D1SMA二极管SS14201S8550Q1SOT-23S8550IC、晶振211AB类功放U5SOIC-16486322132.768KHz Y1OSC-DIP_2P2X6-SMT晶振按键与接口231侧按键K1、K2、K3、K4、K5、K63X6X4.3H KEY_1112A241主控插座UC1CORE_ICDIP24-W15_24MM251MINI_USBJ1Mini-USB_5P261TF卡座J2T-FLASHMICRO_SD271USB接口J3USB平口无卷边282耳机插座J4、J7PJ-320PJ_320292喇叭插座J5、J62P

21、_WAFER301拨动开关SW1SW_T_SPDTSMT_SPDT_KEY电池座(反面)311电池座BAT1BC-4-3PDLED321D2LED100红色331D3LED100蓝色外围器件342喇叭喇叭线5cm、10cm35安装外壳外壳、钢网、振膜、螺丝图2.8 工位图放完元器件后，认真检查是否有元器件被遗漏或放错现象，检查无误后，就可用回流焊设备中进行焊接，回流焊设备如图2.9所示：图2.9 回流焊打开回流焊，设定好加热曲线，把前面准备好的PCB板平稳的放进回流焊，加热后就可拿出焊接好的PCB板，如图2.10所示：图2.10 焊好的pcb板在整个实验过程中，回流焊加热时间和冷却时间的设定非

22、常重要，这些直接影响焊接的好坏。其次元器件的正确摆放至关重要，以下是元器件摆放过程中要遵循的一些规则：a、安装元件的极性不得贴反。b、安装高度应符合规定要求，同一规格的元器件应尽量安装在同一高度上。c、安装顺序一般为先低后高，先轻后重，先易后难， 先一般元器件后特殊元器件。d、元器件在印刷板上的分布应尽量均匀，疏密一致，排列整齐美观。不允许斜排、立体交叉和重叠排列。元器件外壳和引线不得相碰，要保证1mm左右的安全间隙。e、元器件的引线直径与印刷焊盘孔径有0.20.4mm的合理间隙。焊接好的PCB板如图2.11所示。2.5 MP3的手工焊接在前面的回流焊中，一个电路板已经基本成型，但是有一些元器

23、件需要进行手工焊接： 电池插口J3的焊接首先对于电池接口J3的焊接，电池接口J3在PCB板的底面，焊接时一定要注意与电池的正负极相一致，如图2.11所示。图2.11 电池接口的焊接LED灯的焊接LED灯的长引脚是正极，相对的另一引脚是负极，蓝色LED用来指示工作状态，红色LED用来指示充电状态的，焊在电路板的位置如图2.12所示：红色LED，充电指示蓝色LED，工作指示图2.12 LED指示灯的焊接在焊接的过程中尽量不要让电烙铁的温度过高以免使元器件损坏。焊点要求光亮、牢固，防止虚焊、搭焊（短路）等错误。喇叭插口的焊接对于喇叭插口的焊接，一定要注意与装配时的扬声器的正负极相一致。对应的蓝线接扬

24、声器的正极，对应的白线接扬声器的负极，如图2.13所示：图2.13 喇叭接口的焊接第三章 MP3的测试3.1 测试流程MP3上电开机开机原理过程：当打开开关接通电池电压时，通过电源电路得到主控工作所需的电压，首先我们要知道MP3开机有三个必备条件；供电、时钟、复位，如供电已满足，接着会产生时钟信号，送往逻辑电路作为主时钟信号，主控得到时钟信号后，需要将以前的记忆清除，于是电源就会送来复位信号让其初始化，完成开机。电源部分详细说明当SW1开关接通VBAT电池电压直接向主控芯片UC1和功放U5供电，电池的电压经过UC1的内部集成的DC/DC单元升压由第20脚输出+5V供给USB接口。UC1内部还集

25、成了+3.3V LDO，当UC1第20脚输入+5V的电压时24脚会输出+3.3V。输出的+3.3供给Micro SD、YM100自身、状态LED灯、按键开关、功放芯片4863的控制脚的上拉电阻。电压测量以及故障解决方法在测量电压前首先检测电源正负两端的电阻值即BAT1的+端对地的电阻值，测量SW1开关接通和断开时的正反向电阻值，阻值应该大于10K，正常就可以加电源测量电压。如果为0或小于其阻值说明有短路现象，此时不能加电源，否则会烧坏锂电池和相应接通的IC器件，测量位置如图3.1所示。图3.1 PCB底面测量解决方法：查找电路板上是否有明显短路处，测量电路板上的电容元件是否短路，仔细查看IC管

26、脚是否有明显短路，检查板上是否有焊错的元件。测量锂电池电压，也即测量电解电容CE2两端电压。开关SW1接通后电池+端VBAT接通，如果在输入电压正常情况下测量UC1第20脚，如没有输出+5V或+4.8V以下，说明UC1内有损坏。主控芯片UC1第24与地之间的电压，该电压应该是3.3V。如果电压不正常只有四种原因：a、UC1引脚之间短路，b、电容损坏造成短路，c、UC1没有插好，d、UC1损坏。测量位置如图3.2所示：图3.2 PCB顶面测量3.3调试准备好已经焊接好的电路板、接上电池，准备好带音乐的U盘、TF卡和LINE-IN输入线。先检查电路板的拨动开关SW1是否处于关闭状态，如果不是关闭状

27、态，则将其拨到关闭状态。通过BAT1将电池连接，通过J6、J7将两个喇叭连接好。打开拨动开关，先检查D3 LED灯是否正常发光，如果不能正常发光，则重新进行电压检测；正常时，则进行下一步。将U盘插入，正常时则D3 LED的状态是稍等片刻(此时主芯片在读取U盘数据)，然后快速的闪动几下，音乐响起，调试按键，看各个按键是否正常。拨下U盘，将TF卡插入，正常时则D3 LED的状态是稍等片刻(此时主芯片在读取TF卡数据)，然后快速的闪动几下，音乐响起。拨下TF卡，将Line in输入线连接正在播放音乐的电脑音频输出口和电路板Line in，音乐响起。将Line in线作为FM天线插入到J5上，并调整M

28、ODE按键，直至调到FM的状态为止。第四章 MP3的组装4.1组装准备好已经焊接好的电路板、锂电池和两个喇叭；准备好外壳、喇叭的保护罩、按键、相应的螺丝和需要的若干小配件。扣上喇叭保护罩，用固定框固定好振动膜，如图4.1所示。图4.1 振动膜、胶条、喇叭安装将焊好的电路板用四个螺钉固定在底壳上，卡上按键，如图4.2所示。图4.2 电路板固定上下壳扣上，用六个长螺钉固定，如图4.3所示。图4.3 上下壳固定4.2 MP3播放器详细使用说明产品的外形，如下图所示。图4.4 产品外形图接口详细说明Mini-USB：充电接口，连接MiniUSB数据线给音箱充电；Micro SD：TF卡接口，插入存有M

29、P3格式音乐的TF卡可正常读取；USB HOST: 标准USB2.0接口，插入存有MP3格式音乐的U盘以及各种带存储卡的读卡器都可读取；Line IN：音频输入接口，连接电脑、MP3、手机等外接设备音频输出端，实现外部扬声器功能；FM-ANT：外接Line in数据线作为天线。按键功能说明ON/OFF：电源拨动开关，拔到ON端为开机接通电源状态，拨到OFF端为断开电源状态；PLAY()：短按在MP3解码状态下为播放与暂停、在FM模式下为电台选择，长按为全自动搜台；MODE：USB/Micro SD/FM/Line in 四种模式循环切换；上一首()：在解码模式下为上一曲，在FM模式下为反向半自动搜台；下一首()：在解码模式下为下一曲，在FM模式下为正向半自动搜台；VOL+：音量增大；VOL-：音量减小。指示灯详细说明红色指示灯：充电指示灯，当电池装好后，使用USB数据线一端插入输出DC+5V 500mA适配器另一端插入播放器上进行充电，充电时红色指示灯长亮，播放器充满电后红色指示灯熄灭。 蓝色指示灯：工作指示灯，在解码状态下蓝色指示灯每秒闪烁一次 ，在FM模式搜台时每秒闪烁两次，当搜到台时会停止闪烁保持常亮状态，在Line in模式下，蓝色指示灯始终保持常亮状态。