Одна из новинок, появившаяся в 2006 году и не обделенная вниманием, – это звуковые USB-колонки, представляющие собой звуковую карту, подключаемую к USB-порту, и несколько динамиков.
Другим более привычным USB-мультимедиа устройством является MP3-плеер. Современные MP3-плееры отличаются от своих предшественников поддержкой Bluetooth. Причем это выражается не только в передаче звука на беспроводные наушники, но и в возможности обмена файлами с другими Bluetooth-устройствами. С развитием портативных плееров увеличивается и объем встроенной памяти. На данный момент стандартом является 1 Гбайт.
Целью данного дипломного проекта является разработка устройства, которое будет совмещать в себе возможности современного MP3-плеера с поддержкой Bluetooth и звуковой USB-карты. Устройство должно иметь широкие аппаратные возможности, которые впоследствии при модификации программной части, должны дать потребителю новые возможности.
При подключении к компьютеру устройство в зависимости от установок, хранящихся в энергонезависимой памяти, должно определяться как звуковая карта или флеш-диск и выполнять соответствующие функции.
В автономном режиме устройство должно работать как MP3-плеер с поддержкой Bluetooth. Поддержка Bluetooth должна выражаться как минимум в передаче звука на беспроводные наушники, а также иметь возможность расширения Bluetooth-функций устройства.
Наличие дисплея, стерео аудио выхода и встроенной памяти объемом 1Гбайт вместе с поддержкой USB и Bluetooth и возможностью перепрограммирования обуславливают широкие возможности использования устройства и делают его привлекательным потребителю.
1. Анализ области применения устройства
Основная сфера применения устройства – это рынок потребительской мультимедиа электроники, в частности рынок портативных MP3-плееров и диктофонов.
Рынок потребительской электроники постоянно растет и развивается по мере появления и развития новых технологий, интерфейсов и стандартов. Сейчас практически все портативные устройства с возможностью сопряжения с персональным компьютером поддерживают интерфейс USB.
Выбор шины USB в качестве средства сопряжения с персональным компьютером неслучаен, так как эта шина изначально задумывалась как единый универсальный интерфейс со следующими свойствами:
легко реализуемое расширение периферии;
дешевое решение позволяющее передавать данные с приемлемой скоростью;
полная поддержка в реальном времени голосовых, аудио- и видеопотоков;
интеграция с выпускаемыми устройствами;
охват всевозможных конфигураций и конструкций персонального компьютера;
обеспечение стандартного интерфейса, способного быстро завоевать рынок;
создание новых классов устройств, расширяющих персональный компьютер.
Практически все требования были учтены и потребители получили действительно удобный и функциональный интерфейс.
На сегодняшний день основная тенденция развития рынка потребительской электроники – стремление сделать устройство мобильным. Примером этого служит появление мобильных телефонов, компьютеров и принтеров. Производители мобильной техники постоянно выпускают новые устройства, разрабатывают новые технологии или улучшают существующие. Мобильность подразумевает маленькие размеры и вес, и возможность работы в автономном режиме.
Беспроводной интерфейс Bluetooth позволяет различным устройства, которые поддерживают данный интерфейс, – ноутбукам, PDA, сотовым телефонам, принтерам и беспроводным гарнитурам – автоматически связываться с достаточно близко расположенными, себе подобными устройствами для обмена информацией. Одно Bluetooth-устройство способно вести «разговор» с 7 «друзьями». Для связи используется нелицензируемый в большинстве стран мира диапазон радиочастот 2,4 ГГц. Скорость передачи данных может составлять от 721 Кбит/с до 3 Мбит/сек в зависимости от используемой спецификации устройства, а расстояние – от 10 до 30 метров.
Одной из новых тенденций развития рынка портативных плееров является поддержка беспроводного интерфейса Bluetooth.
Таким образом, поддержка популярного и широко использующегося проводного интерфейса USB наряду с набирающим популярность беспроводным интерфейсом Bluetooth, делают устройство современным и конкурентоспособным на этом рынке.
Благодаря возможности использования в качестве портативной малогабаритной звуковой USB-карты устройство также должно пользоваться популярностью у владельцев ноутбуков и персональных компьютеров, не оснащенных звуковой картой.
Помимо вышеуказанных сфер применения устройство в силу своей специфики также может быть ориентировано и на рынок экзотичных USB-устройств, о которых упоминалось выше. Этот рынок многим может показаться бесперспективным, однако он пользуется большой популярностью среди программистов и людей, проводящих много времени за компьютером.
К тому же для потребителя покупка одного данного устройства с успехом заменит покупку нескольких устройств, обеспечивающих вместе такую же функциональность. Этот обстоятельство также может привлечь внимание потребителей, обожающих товары два в одном.
1.1 Обзор мультимедиа-устройств с поддержкой USB и/или Bluetooth
Рынок USB-устройств очень быстро развивается. Интерфейс USB не только приходит на смену устаревшим RS-485, RS-232 и LPT, но и конкурирует с уже привычными интерфейсами, такими как Ethernet и WireFire.
Интерфейс USB можно использовать для передачи данных, для передачи данных и питания устройства или просто для питания/подзарядки устройства. Столь широкие возможности объясняются тем, что устройство может получать питание напрямую от шины.
Среди мультимедиа устройств, поддерживающих USB, можно выделить звуковые колонки, колонки с питанием от USB, различные плееры и диктофоны, FM- и TV-тюнеры. Наиболее популярным, конечно, является MP3-плеер.
Интерфейс Bluetooth, который первоначально был ориентирован на рынок портативных компьютеров и сотовых телефонов, теперь начинает завоевывать и рынок портативных устройств, в том числе и рынок MP3-плееров. Интерфейс используется не только для передачи звука на беспроводные наушники, но и для обмена звуковыми файлами, что весьма привлекательно для современной молодежи.
Мультимедиа устройствами, поддерживающими Bluetooth, являются беспроводные наушники и колонки, плееры и различные гарнитуры для сотовых телефонов.
На сегодняшний день самым распространенным и типичным мультимедиа-устройством, поддерживающим и USB, и Bluetooth, является MP3-плеер.
Приведем его характеристики:
поддержка интерфейсов USB и Bluetooth;
воспроизведение MP3-, WMA-, WAVE- и OGG-файлов;
встроенная память объемом не менее 1 Гбайт;
возможность записи звука;
возможность использования в качестве FM-радио.
Как видно, характеристики разрабатываемого устройства вполне соответствуют характеристикам современного портативного плеера.
1.2 Выбор процессора устройства
Процессор устройства, то есть его управляющий микроконтроллер, должен обеспечивать всю функциональность устройства либо иметь возможность соединения с другими микросхемами, обеспечивающими ту функциональность, которую не может обеспечить сам.
Для обеспечения соединения с USBможно воспользоваться двумя возможностями.
Можно подобрать такой управляющий микроконтроллер, который поддерживал интерфейс USB с возможностью программного определения режима работы устройства.
Другой подход предполагает подбор такой микросхемы сопряжения с USB, которая также обеспечивала бы соединение с управляющим микроконтроллером. Однако этот подход не рационален в силу нескольких причин:
при использовании двух микросхем вместо одной, могут возникнуть как аппаратные, так и программные трудности;
выигрыш в стоимости будет минимален, так как микроконтроллеры с поддержкой USB уже внедрены в массовое производство и доступны в различных ценовых вариантах;
общая площадь, которую на печатной плате будут занимать две микросхемы, будет больше площади занимаемой одной микросхемой, так как на сегодняшний день практически все микроконтроллеры как с поддержкой USB, так и без, отличаются малыми размерами.
Рассмотрим микросхемы обеспечивающие соединение cUSB-портом и микроконтроллеры с поддержкой USB и высокой производительностью. Среди множества производителей этой продукции можно выделить такие компании, как Atmel, CypressSemiconductors, Cygnal, FTDI, Microchip и NationalSemiconductors.
Компания FTDI (FutureTechnologyDevicesInternational) специализируется на производстве микросхем сопряжения микропроцессорных устройств с USB. Микросхемы такого рода целесообразно использовать, если управляющий микроконтроллер не имеет собственных средств сопряжения с USB. Однокристальные микросхемы FT232AM и FT232BM представляют собой асинхронный двунаправленный преобразователь USB в последовательный интерфейс, т.е. управляющий микроконтроллер обязательно должен иметь UART порт. FT245AM и FT245BM преобразуют USB в параллельный интерфейс. Стоимость этих микросхем составляет $4.5.
Микропроцессоры C8051F320 и C8051F321 компании Cygnal поддерживают протокол USB2.0, содержат 20 цифровых входов/выходов, АЦП, 4 таймера, а их производительность составляет 25 MIPS. Стоимость микросхемы – около 50$, что, конечно, очень дорого и обуславливает невозможность использования данной микросхемы в разрабатываемом устройстве.
Среди микросхем компании CypressSemiconductors наибольшим интересом у разработчиков пользуется универсальный контроллер CY7C68013A. Рабочая конфигурация контроллера определяется программой, загруженной во внутреннюю оперативную память. Именно эта возможность делает контроллер универсальным: в зависимости от задачи его можно настроить для выполнения тех или иных необходимых функций, к тому же пользователь сам может обновлять программное обеспечение готовых приборов в процессе эксплуатации. Благодаря этому данная микросхема выгодно отличается от рассмотренной продукции компании FTDI.