摘  要： 介紹了一種新型的嵌入式車載影音系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成。從車載影音系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)出發(fā)，介紹了觸摸屏模塊、AM/FM模塊和前面板模塊的設(shè)計(jì)。最后介紹了軟件系統(tǒng)的消息處理機(jī)制的實(shí)現(xiàn)原理并給出了主程序流程圖。
關(guān)鍵詞： 車載影音；觸摸屏；AM/FM；消息處理機(jī)制

　隨著社會的進(jìn)步和科技的發(fā)展，特別是21世紀(jì)信息時(shí)代的到來和我國汽車行業(yè)的興起，與之相關(guān)的汽車多媒體技術(shù)也蓬勃發(fā)展起來了，人們對汽車音響需求與日俱增，簡單的、功能單一的低端音響不能滿足人們的需求，研發(fā)一種清晰度更好、聽覺視聽效果更好、集各種功能于一體的車載影音系統(tǒng)迫在眉睫，因此本文介紹一種觸摸式的具有Radio、IRDA、MP3、AM/FM、CD、DVD等功能的汽車影音系統(tǒng)的軟硬件的設(shè)計(jì)方法，目前該產(chǎn)品已投入市場且取得了很好的效益。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
　本文介紹的汽車影音系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖１所示，主要由DVD伺服系統(tǒng)、AM/FM收音機(jī)模塊、前面板模塊、紅外遙控模塊、觸摸顯示屏、U盤和SD卡接口模塊、音視頻控制和功放電路模塊等組成，其中前面板主要是播放功能鍵和各種模式的切換功能鍵等，U盤和SD卡接口模塊主要用來播放U盤和SD卡中音視頻，DVD伺服系統(tǒng)主要完成DVD機(jī)芯的伺服控制，同時(shí)完成各種音視頻解碼、編碼等。

2 硬件電路的設(shè)計(jì)
　根據(jù)汽車影音系統(tǒng)的控制功能，結(jié)合外圍模塊的工作器件和接口原理，在軟硬件的設(shè)計(jì)中，采用高集成度、低耦合度的結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)方法，力爭硬件結(jié)構(gòu)模塊化、軟件通用化、控制可靠、軟硬件協(xié)調(diào)工作。同時(shí)考慮到生產(chǎn)成本問題，選擇性價(jià)比高的器件，特別是合適的主控MCU，既要滿足系統(tǒng)軟件和硬件性能要求，又要降低成本。
2.1微控制器的選擇
　主控MCU的主要功能是協(xié)調(diào)各個(gè)功能模塊按著一定的時(shí)序有條不紊地工作，其中包括收音機(jī)鎖相環(huán)的控制、LCD顯示、按鍵的處理、音視頻的控制和切換、DVD伺服系統(tǒng)的通信等。鑒于MCU在處理速度、外部資源和價(jià)格等方面的考慮，MCU要具有豐富的I/O資源、串行數(shù)據(jù)的通信能力、較多的中端源、實(shí)時(shí)的處理能力、較低的價(jià)格，所以選擇了ST公司的ST72F321。ST72F321是在工業(yè)控制領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用的ST7系列產(chǎn)品中的一員，ST7系列產(chǎn)品內(nèi)嵌工業(yè)中標(biāo)準(zhǔn)的8位微控制器核，具備增強(qiáng)型指令系統(tǒng)，提供Flash和ROM版本，在軟件的控制下有四種控制方式。ST72F321單片機(jī)片內(nèi)能提供較多的軟硬件資源，片內(nèi)具有60 KB高容量閃存程序存儲器，2 KB的RAM。ST72F321的中斷管理有14個(gè)中斷向量加TRAP和 RESET，還有15個(gè)外部中斷輸入(占用4個(gè)向量)。ST72F321單片機(jī)有48個(gè)多功能雙向I/O腳、5個(gè)定時(shí)器、16個(gè)輸入通道的10位A/D。此外ST72F321提供了3種通信接口：SCI、SPI、I２C總線接口，可以方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。
2.2 觸摸屏的設(shè)計(jì)
　觸摸技術(shù)以其直觀、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。本系統(tǒng)就是采用觸摸技術(shù)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的。
   ADS7846是BB公司生產(chǎn)的一種四線制觸摸屏控制器，廣泛應(yīng)用在電阻式觸摸屏系統(tǒng)中，ADS7846的核心是一個(gè)具有采樣和保持功能的12位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換速率可達(dá)125 kHz，且分辨率可編程為8位或12位。該器件不僅具有X、Y坐標(biāo)測量功能，還具有電池電壓、芯片溫度、觸摸壓力和外模擬量4種測量功能，其工作方式可由控制字決定，片內(nèi)的6選1模擬多路開關(guān)可根據(jù)微控制器送來的命令字來選擇6個(gè)電壓量之一(X+、Y+、Y-、VBAT、TEMP、AUXIN)，并將其送入A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，再通過SPI接口將轉(zhuǎn)換值送入微控制器。此外，ADS7846還集成有觸摸識別電路，當(dāng)檢測到有觸摸時(shí)，該電路會在PENIRQ(筆中斷)引腳輸出一個(gè)低電平信號，并以該信號向微控制器提出測量觸點(diǎn)坐標(biāo)的中斷請求。該芯片采用單電源供電，工作電壓為2.2～5.25 V，且內(nèi)部自帶+2.5 V的參考電壓。ST72F321和ADS7846觸摸屏控制器的觸摸系統(tǒng)硬件接口電路如圖2所示，其中TX+、TX-、TY+、TY-為位置輸入端，分別對應(yīng)四線制電阻式觸摸屏的四線制接口，BUSY為忙信號指示，ADSCS為片選輸入，DIN和DOUT為串行數(shù)據(jù)的輸入和輸出，DCL為外部時(shí)鐘輸入引腳，PENIRQ為筆中斷引腳，工作時(shí)應(yīng)通過10~100 k?贅的電阻上拉，當(dāng)有出發(fā)事件發(fā)生時(shí)，可以向控制器發(fā)出中斷請求，所以在本系統(tǒng)中ADSCS、DCLK、DIN、BUSY、DOUT、PENIRQ分別接ST72F321單片機(jī)的PE3、PB6、PB7、PE5、PE2、PB4。另外，IN3、IN4為兩個(gè)附屬A/D輸入通道，本系統(tǒng)沒有用到，使用時(shí)可將其接地。

2.3收音機(jī)的設(shè)計(jì)
　本系統(tǒng)的收音機(jī)部分采用了數(shù)字PLL芯片控制高頻頭專用模塊的形式來完成數(shù)字調(diào)諧功能，其中數(shù)字PLL芯片采用日本東芝公司的TC9257，高頻頭采用LA1787。數(shù)字PLL芯片的主要功能為PLL頻率合成系統(tǒng)中的參考分頻器、可編程分頻器和相位比較器等。ST72F321單片機(jī)發(fā)出控制命令后，經(jīng)過PLL芯片處理，從芯片的相位比較器輸出端輸出參考頻率和可編程計(jì)數(shù)器分頻信號之間的相位差，通過外圍的低通濾波電路控制LA1787產(chǎn)生相應(yīng)的本振信號，其中TC9257的接口電路如圖3所示。

2.4 前面板控制電路
　前面板的電路主要是處理用戶的輸入命令以實(shí)現(xiàn)用戶的操作，為了節(jié)約主控芯片的I/O資源，不是采用矩陣模式的鍵盤，而是采用A/D按鍵，因?yàn)镾T72F321提供了兩通道的A/D轉(zhuǎn)換器，結(jié)合車載音響的常用功能按鍵，其實(shí)現(xiàn)電路如圖4所示。其中主程序定時(shí)檢測KEY0、KEY1的電壓，通過A/D轉(zhuǎn)換器獲取電壓值，然后查表得到按鍵值發(fā)送到消息隊(duì)列中，讓主程序處理，其中電路串聯(lián)的電阻值不相同，是為了實(shí)現(xiàn)按鍵按下后電壓值可以均勻分布。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
　在汽車影音系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，不僅要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各個(gè)功能和各種指標(biāo)，而且要考慮軟件的可維護(hù)性和擴(kuò)展性，所以采用了結(jié)構(gòu)化編程思路，將各個(gè)功能模塊劃分為相互獨(dú)立的模塊。本系統(tǒng)主要包括主程序和電源管理、消息處理、模式控制、解碼DVD、收音機(jī)處理、UI處理、DVD通信、音量控制等子程序。下面主要介紹主程序和觸摸屏子程序的設(shè)計(jì)。
3.1 主程序的設(shè)計(jì)
　汽車影音系統(tǒng)的主程序流程圖如圖5所示，輸入主要包括按鍵和觸摸屏幕，遙控器數(shù)據(jù)、DVD狀態(tài)，輸出部分為LCD、輸出DVD命令等。為了本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)滿足系統(tǒng)各種性能指標(biāo)和實(shí)時(shí)性的要求，同時(shí)使程序更易維護(hù)和擴(kuò)展，主程序采用了基于消息驅(qū)動的編程方法。

　基于消息驅(qū)動的編程方法，即通過在中斷服務(wù)程序中，向主程序的消息隊(duì)列添加相應(yīng)的消息，將中斷服務(wù)程序中的數(shù)據(jù)處理部分分離出來。在主程序中，通過讀取消息隊(duì)列的消息，根據(jù)相應(yīng)的處理函數(shù)進(jìn)行處理，然后銷毀執(zhí)行完成的消息。
3.2觸摸屏程序的設(shè)計(jì)
　ADS7846可通過片內(nèi)模擬多路開關(guān)的切換，將X+/Y+端接VCC，將X-/Y-端接地，并將X+/Y+和X-/Y-以差分形式接到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端。這樣，當(dāng)點(diǎn)擊觸摸屏的不同位置時(shí)，輸入到A/D轉(zhuǎn)換器中的電壓就不相同，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，就可得到觸點(diǎn)的輸出值，該輸出值與觸點(diǎn)的位置成近似線性關(guān)系。ADS7846與ST72F321之間通過標(biāo)準(zhǔn)的SPI接口相連，并由ST72F321啟動三次SPI傳送來完成轉(zhuǎn)換。第一次SPI傳送由ST72F3211向ADS7846發(fā)送控制字，含起始位、通道選擇、8/12位模式選擇、差分／單端選擇和掉電模式選擇；后兩次SPI傳送則是ST72F321讀取A/D轉(zhuǎn)換后的結(jié)果數(shù)據(jù)，至此便完成了ADS7846和ST72F321之間的一次通信。其中觸摸屏軟件設(shè)計(jì)的流程如圖6所示。

　本文的設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)的產(chǎn)品經(jīng)過測試取得良好的效果，現(xiàn)在該產(chǎn)品已經(jīng)投入生產(chǎn)，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。該系統(tǒng)的硬件電路可靠、穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，軟件的設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)性很強(qiáng)，而且軟件具有模塊化、集成化、通用化的特點(diǎn)，易于維護(hù)和升級，同時(shí)該系統(tǒng)成本低，對設(shè)備的要求低，易于生產(chǎn)。
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