精品基于凌阳SPHE8104G的车载CD温度特性研究毕业论文设计.docx
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精品基于凌阳SPHE8104G的车载CD温度特性研究毕业论文设计
毕业设计(论文)
题目:
基于凌阳SPHE8104G的车载CD温度特性研究
学士学位论文原创性声明
本人声明,所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。
对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式表明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名:
日期:
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。
本人授权南昌航空大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
作者签名:
日期:
导师签名:
日期:
毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺:
所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名:
日 期:
指导教师签名:
日 期:
使用授权说明
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按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。
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所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
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年月日
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涉密论文按学校规定处理。
作者签名:
日期:
年月日
导师签名:
日期:
年月日
毕业设计(论文)任务书
I、毕业设计(论文)题目:
基于凌阳SPHE8104G的车载CD温度特性研究
II、毕业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求:
1、翻译英文相关资料一篇。
2、参考opuspec设计硬件电路ALPC。
3、实验高低温度特性,使OPU在-10—75度范围内能够正常发光读碟。
4、掌握DVD播放机的系统组成和播放原理。
5、学习CD、DVD碟片物理规范。
III、毕业设计(论文)工作内容及完成时间:
1、第1周—第3周查阅资料、翻译英文资料并撰写开题报告;
2、第4周—第7周方案论证,元件选择,硬件电路部分设计
3、第8周—第12周软件部分设计
4、第13周—第16周软硬件运行并调试
5、第17周—18周总结,撰写论文并准备答辩
Ⅳ、主要参考资料:
1.Sunplus车载芯片SPHE8104G数据操作手册
2.sanyo激光头opuspec手册
3.sanyo激光二极管操作手册
4.信号完整性关于高速电路设计
5.何希才,新型集成电路及应用实例,北京:
科技出版社,2002
6.“电子报”合订本,成都:
四川科学技术出版社
7.郑继禹,锁相环原理与应用,北京:
人民邮电出版社,1976
8.阎石,数字电子技术基础,北京:
高等教育出版社,2003
信息工程学院学院自动化专业类080823班
学生(签名):
夏弼程
日期:
自2012年3月1日至2012年6月1日
指导教师(签名):
助理指导教师(并指出所负责的部分):
自动化系(室)主任(签名):
基于凌阳SPHE8104G的车载CD温度特性研究
学生姓名:
夏弼程班级:
080823
指导老师:
王长坤
摘要:
SPHE8104G是台湾凌阳公司推出的一款高性能、低成本的CD解码芯片,主要用于车载CD,但车载CD的光头OPU因为容易受周围高低温环境的影响而导致不能正常播碟。
本设计重点设计了基于车载CD的ALPC硬件电路,使得OPU在0~70摄氏度下,CD-ROM上的MPEG文件能在SPHE8104G的CD上顺利播放。
ALPC系统采用分立元件搭建的纯硬件系统,_考虑到参考电压很小,采用双电源供电,并且射频RF信号要求很高,所以我们的电源经过了严格的去噪处理。
经验证,本系统在给定温度变化范围内能够很好地实现自动功率控制。
本系统可在日常工作中用于检测光头的性能。
关键词:
扇区循迹ALPC
指导老师签名:
TheTemperatureCharacteristicsResearchofVehicleCDSystemBasedonSunplus-profSPHE8104G
Studentname:
XiaBichengClass:
080823
Supervisor:
WangChangkun
Abstract:
ThechipSPHE8104GisaCDdecoderwithhighperformanceandlowcostreleasedbythecompanySUNPLUSinTaiwan.ItismainlyusedinvehicleCDsystem.Howerer,withtemperaturesurroundingtheopuofVehicleSPHE8104GCDSystemvarysextremely,thelasercannotemitnormallightneededbytheCD-Rom.Therefore,wedesigenaAutoLaserPowerControl(ALPC)systemtogetitpossiblethattheMPEGfilesontheCD-ROMdiscareperfectlyplayedontheSPHE8104DCDbetweenthetemperatureof-10℃and70℃.TheALPCisakindofpurehardware_systemcomposedofseparatedaparts.Weuseminusandpluspowersasourpowersupplyaswereliazethatthereferencevoltageisverylittle,moreover,wemustaddspecialfiltercircuittoreleasethenoiseofRFsignalsothatweobtainprecisehighfrequencysignal.Ourtestexperimentindicatethatoursystemcangetautopowercontrolpreciselybetween-10℃to70℃.ThereforewecancometotheconclusionthatourALPCsystemcanbeusedtotestperformanceofOPUduringourdailywork.
KeyWords:
sectortrackingALPC
SignatureofSupervisor:
1引言1
1.1课题研究背景1
1.2问题的提出1
1.3研究的意义2
1.4论文正文总体结构安排2
2基于SPHE8104G的CD系统架构分析3
2.1凌阳(sunplus-prof)机芯(OPU)系统3
2.2SPHE8104G的CD系统硬件构架5
2.2.1驱动电路6
2.2.2音频电路7
2.2.3VideoBuffer电路8
2.3基于SPHE8104G的DVD系统的软件架构9
3CD-ROM规范11
3.1碟片规格书11
3.2CD-ROM规范11
3.3CD-ROM的物理规范11
3.3.1CD上数据的存储格式11
3.3.2CD-ROM上的数据存储的物理格式12
3.4CD-ROM的逻辑规范12
3.4.1主卷标描述符(PrimaryVolumeDescriptor)13
3.4.2通透性层次(LevelsofInterchange)15
4基于车载CD的ALPC系统设计16
4.1研究内容16
4.1.1问题产生16
4.2实验方案16
4.3ALPC系统硬件设计17
4.3.1sanyo公司参考电路17
4.3.2改进电路19
4.3.3参数计算19
4.3.4电源电路图21
4.4ALPC印刷版设计22
4.5ALPC系统测试验证22
4.5.1电压跟随曲线22
4.5.2激光二极管电流和温度的关系23
4.5.3不同增益下的跟随电压变化情况25
5总结和展望26
参考文献27
致谢28
附录29
1引言
1.1课题研究背景
随着人们生活水平的提高,汽车成为人们日常生活中一个重要的交通工具。
人们对于车载娱乐系统的要求也越来越高,其趋势是越来越朝着多功能、低成本、小型化、高品质的方向发展:
如车载GPRS、车载数字电视、车载DVD,车载电台等;可以想象车载娱乐系统必将在不久的将来得到普及。
其中车载DVD,数字收音机和数字电视作为车载娱乐系统的最基本的组成部分,受到越来越多的用户的欢迎。
据统计,全世界的人们每周花在乘汽车上班、购物、接送孩子上学以及其他必要日常事务上的时间超过5亿小时。
既然有如此多的时间在车上度过,人们在确保能够按时安全到达目的地的同时,正在寻求各种手段以便在汽车上娱乐、与家人朋友交谈以及完成那些通常在办公室、车间及家里完成的工作。
也就是说,人们期待着汽车能够实现从“SafeCar”到“WorkCar”,直到“FunCar”的转变。
目前汽车上应用的主要车载电子产品有GPS、车载电视、车载DVD、车载收音机、车载音响、车载通信系统、车载网络系统、车载PC等。
随着电脑和信息技术在汽车上的应用,能够满足上述人们期望的,被称之为Telematics的新产业正在形成,Telematics是无线通信技术、卫星导航系统、网络通信技术和车载影音系统的综合物。
车载娱乐导航系统作为车载电子产品的中坚力量,其发展可谓一日千里。
通过调查分析,我们总结出车载娱乐系统具备的特点包括:
多功能、低成本、小型化、高品质。
从车载显示方面来看,最初是带CRT的显示器,到了2000年,出现了液晶显示器,接着又有了DVD的视频系统和后坐席上设计了娱乐系统。
目前的发展是高清晰度的显示器,新的发展还在继续。
从车载导航方面来看,最初是地图的导航,后来出现了CT导航。
在导航过程中又出现了语音提示,目前比较普遍的是DVD导航,而最新的技术是HVDV的导航。
据分析,今后的趋势将是多媒体导航,即综合汽车音响、收音机、DVD、移动电视、导航集于一体的导航趋势。
1.2问题的提出
汽车电子产业日新月异的发展给电子厂商带来了巨大的市场,同时,也使他们面临着巨大的挑战。
随着车载电子产品技术的不断发展,集成化车载电子解决方案将成为未来车载电子发展的必然趋势,GPRS、车载通信系统、车载网络系统、车身电子控制等功能都会被集成到车载电子控制系统中,车载娱乐系统也将成为集成化车载系统的一个子功能。
车载CD由于汽车的使用环境恶劣,如灰尘、震动、温差大等都会使CD机产生不同程度的故障。
因此对于车用CD在恶劣环境下能够保持镭射功率自动控制(即ALPC)至关重要。
1.3研究的意义
汽车电子产业日新月异的发展给电子厂商带来了巨大的市场,同时,也使他们面临着巨大的挑战。
随着车载电子产品技术的不断发展,集成化车载电子解决方案将成为未来车载电子发展的必然趋势,GPRS、车载通信系统、车载网络系统、车身电子控制等功能都会被集成到车载电子控制系统中,车载娱乐系统也将成为集成化车载系统的一个子功能。
本设计使得车载CD能够在恶劣环境(如高低温)下保持恒定功率,即能够发出CD红外读碟的所需的780nm波长,这就使得车载CD能够维持其固有的播碟特性,对于商业碟机有着极其重要的商业价值。
1.4论文正文总体结构安排
第1章,阐述了本次设计的选题背景、问题的提出及研究意义,并叙述了ALPC系统的国内外发展背景以及结构组成。
第2章,介绍毕业设计背景,基于sunplus的车载CD开发平台。
第3章,浅析CD-ROM碟片规格。
第4章,主要介绍ALPC系统的设计过程。
第5章,对整个设计过程做了总结以及对未来的展望。
2基于SPHE8104G的CD系统架构分析
SPHE8104G是台湾凌阳公司推出的一款高性能、低成本的CD解码芯片。
它能对ISO/IEC11172MPEG1和13818MPEG2数据流进行实时解码和播放。
SPHE8104G芯片内部集成了一个高性能的32位RISC控制器、一个高速多标准的音频解码器和一个数字视频解码器。
SPHE8104G芯片还集成了一个灵活的可编程接口,可以利用这个接口扩展CD的功能。
特别是最近的两年,凌阳的的CD方案得到了广泛的应用。
SPHE8104G是在2004年推出的一款CD的SOC,其软、硬件的架构也在不断的改进中,在原有的CD系统上增加了读卡、读USB等功能。
但对于存储数据的CD-ROM的支持还不完善。
本设计就是在原CD系统上开发出一个支持CD-ROM的读取系统,让其能顺利地读取和播放CD-ROM上的音、视频文件。
2.1凌阳(sunplus-prof)机芯(OPU)系统
图2-1机芯OPU
OPU的主要功能为:
实现碟片资料的读取、聚焦、循迹。
图2-2机芯的基本工作原理
如图所示,半导体激光器,发出发散的激光束,经过准直透镜处理后成为水平偏振光,通过分离器后不改变其传播方向。
1/4波长的光栅板相当于一个移相器,激光通过它后将产生90度的相移。
激光通过反射镜聚焦到光盘大约1毫米的区域上,光点直径仅为1微米。
激光聚焦在由一系列凹坑和突台构成的信号螺旋线上,由于凹坑和突台反射率不同,从而产生激光光强的差异,反射光经过1/4波长光栅板时,又产生90度的相移,这时反射光和原始入射光的相位差达到180度,成为垂直偏振光。
此时的偏振光束分离器对于反射光而言就像反射镜,光线经反射后进入会聚透镜并通过柱面透镜进入光电二级管上进行判读,不会混入半导体激光器中。
pickup”。
光盘信息存储是指声音、图像信号转换为数字信号,通过信息压缩、纠错编码、信号调制,然后用激光实现母盘刻录,最后用电铸压模和注塑复制的方法,把调制后的信息存储到由凹坑/台构成的信息轨道光盘上。
信息的读出过程则是通过将光盘驱动器/播放机的读出激光束聚焦在光盘的信息层上,扫描信息轨道,所获得的信息反射光经光电转换、信号处理、解调、纠错和解压缩后便可还原存储在光盘上的信息。
DVD光驱/播放机使用波长650nm的半导体激光二极管作为读出光源,激光束通过物镜、穿透材料为透明聚碳酸酯的盘基,聚焦在反射层的信息轨道上形成读出光斑,光斑扫描信息轨道上的凹坑。
DVD光盘的凹坑宽度为0.25um,最短的宽度为0.4um,最长的1.82um,凹坑深度为0.17um(近似四分之一波长)。
轨道间距0.74um。
光学头是光驱、碟机的重要组成部件,是系统的核心,直接影响到读出信号的质量。
我们可以用反射光的相消干涉来解释光盘的读出原理。
当聚焦光斑扫描信息轨道式,光斑落在没有信息凹坑的地方,激光完全被反射;光斑落在信息凹坑上时,由于光斑直径大于凹坑宽度,凹坑底部反射的光和凹坑边缘反射的光由于λ/2的光程差(凹坑深度λ/4)而达到干涉极小,这样,聚焦光斑扫描由凹坑构成的信息轨道时,反射激光会被凹坑和台(凹坑之间的部分)调制,在读出系统的象限接收器上,由各象限读出信号之和得到光盘的读出信号。
2.2SPHE8104G的CD系统硬件构架
以SPHE8104G的CDPlayer作为本设计的基础,是因为它具有强大的伺服能力、较强大的扩展功能,也是现在DVD行业的一款主流IC。
在这样的系统上去开发,具有一定的实用性。
SPHE8104G的DVD系统主要功能有:
-支持一般CD、DVD的播放。
-支持DVD游戏。
-支持USB1.1。
-有读卡功能(支持SD、SD、MS、MS-pro、MMC、SMC、CF、XD、NAND)。
-有六通道视频输出,三种视频信号输出。
-音频:
采用10位DAC,支持AC3、DTS和光纤输入与输出。
-具有左右两声道的MIC输入。
由SPHE8104G构成的DVD系统的硬件架构如图2-3。
图2-3SPHE8104G系统的硬件框图
2.2.1驱动电路
图2-4是DVD系统上对电机等的驱动放大电路。
对于DVD的伺服系统来说,需要控制五部分协同工作。
一是主轴电机,即带动碟片转动的电机。
光头要以恒线速度读取光盘上的信息,因此主轴电机要载着碟片相对于光头作恒线速度运动,图中RAD+、RAD-就是驱动主轴电机的控制信号;二是大车马达,主要作用是控制光头的径向运动,图中的SP+、SP-就是大车的控制信号;三是聚焦控制信号,要读取数据,要求激光束准确的聚焦在信息层上,因此要对其作实时调整,图中FOC+、FOC-就是聚焦控制信号;四是寻迹误差控制,其作用是让激光束准确的聚焦在轨道上,图中的SLED+、SLED-就是其驱动信号;五是进出仓的控制,这部分相对比较简单,图中的LD+和LD-就是进出仓电机的驱动信号。
图2-4驱动电路
2.2.2音频电路
SPHE8104G具有两通道的音频DAC,但如果要求实现AC3、DTS音效的话,就需要外接音频DAC了。
系统上采用的是CS4360。
它具有三输入,六通道输出,可以实现5.1声道的输出。
如图2-3所示。
图2-5音频DAC电路
输出信号的驱动能力还不够,一般还需要外接滤波和放大电路,系统中采用的是一个二阶的有源滤波电路。
在音频信号的最后输出时,加入了静音电路,如图2-4所示。
图2-6静音电路
该电路可以防止在开关机时引起爆音。
R102接音频信号的输出。
在开机和关机时,因突然上电或断电,使音频信号突然从无到有或从有到无,从而产生爆音。
Q18相当于一个开关,当R91处的电平为高时,Q18饱和导通,则输出信号被短到地,因此不会产生爆音。
当上电时,可能音频信号还没输出,但运放上已经加上了电压,此时就会有噪声产生,而此时EC37将充电,在充电这段时间Q27将导通,Q27、Q28、Q29是线或的关系,使得输出为高电平。
当EC27充电完毕的时候,电路各部分的工作可能已经就绪,防止了爆音。
而断电时,就靠EC37的放电来防止爆音。
还有一路就是靠IC来控制什么时候允许输出信号。
也可用它来实现播放时的静音功能。
要通过软件来设置。
2.2.3VideoBuffer电路
考虑到VIDIO电路要适应各种不同的电视制式,因此要有混频信号输出、RGB三原色输出和YUV信号输出。
图2-5就是VideoBuffer电路的一部分。
图2-7VideoBuffer电路
该电路的主要功能是信号放大、阻抗匹配、滤波以及保护电路。
其中R50就是起匹配的作用,这是在Video的接口中规定的。
后面的滤波电路,其带宽为6M,即视频的基带带宽。
在系统中用的Flash是8Mbits,我们的Code大概为800KB左右,SDRAM为16Mbits,这样可以减少硬件成本。
其它电路模块的主要电路都集成到SPHE8104G的内部去了,只需要在外围接少量的电阻电容就能实现其功能,而这些电阻电容的选取主要是依据SPHE8104G的Datasheet而定,就不再作说明。
2.3基于SPHE8104G的DVD系统的软件架构
SPHE8104G已经是市场上一款比较成熟的DVDPlayer。
为了将ISO9660格式文件的读取系统加入到原系统中,有必要对SPHE8104G的DVD软件部分作简要分析。
现在的SPHE8104G的DVD系统没有采用操作系统来控制,而是采用轮询的机制,这样的好处是可以节省一些存储空间,而该系统通过轮流查询已经可以达到实现系统功能的要求。
系统的整体框架如图2-6。
图2-8系统软件框图
Init0.s和crt0.s都是对DSP作芯片级的初始化的,然后进入dvdmain.c,主要对SPHE8202的IO等的设置。
最后调用sysmain2.c中的apmain()进入系统的主循环。
在系统的状态机里,系统会根据碟片的类型来调用不同的文件系统,如DVD、CD等,将其入口函数赋给一个指针browser,然后用browser()来调用具体的函数执行各种文件系统的功能。
因此只需要在系统判定碟片是CD-ROM时,将read_iso9660赋给browser,然后再调用browser(),这样就进入到了ISO9660格式文件的读取系统了。
启动代码:
Init0_8202.S:
__romstart:
Oriv0,0xabcd//fordetectingvalidcodeonSPIflash
……
j__exception_arise
……
lat0,start//jumptocachedregion
jrt0
Intdrv_8202.S:
//loadregister,loadinterrupt……
Crt0_8202.S:
jdvd_main//jumptomainroutine
图2-9系统主程序框
3CD-ROM规范
3.1碟片规格书
图3-1碟片规格书
3.2CD-ROM规范
CD类碟片是日常生活中的相当常见的碟片,如CD、VCD、CD-ROM等,CD、VCD则主要用来存放音、视频文件,而CD-ROM主要是用来存放计算机数据信息。
但随着计算机的普及,CD-ROM也越来越多的用来存放MP3、JPEG等音视频文件,因此在DVD系统上建立一个支持CD-ROM的文件系统是有必要的。
而这些碟片间最大的区别就在于其物理规范和逻辑规范的不同。
下面简要说明CD-ROM的物理规范,以及与其它CD类碟片的区别,并重点介绍CD-ROM的逻辑规范——ISO9660。
3.3CD-ROM
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