车载音响控制设备及汽车论文和设计-张永通

全文摘要

本实用新型公开了一种车载音响控制设备及汽车，所述车载音响控制设备包括微控制器、音频放大器及车载功率放大器；所述微控制器通过I2C总线与所述音频放大器通信连接，所述I2C总线包括一根时钟线及一根数据线，所述音频放大器与所述车载功率放大器通信连接；所述音频放大器配置为与上位机通过I2C协议通信连接，并且从所述上位机接收音频信号；所述音频放大器还配置为从所述微控制器接收I2C控制信号，并且根据所述I2C控制信号将所述音频信号传输至所述车载功率放大器。本实用新型可在最大化降低外设设备使用、减少引脚接线并保证通讯可靠性与稳定性的基础上实现对车载音响的控制。

主设计要求

1.一种车载音响控制设备，其特征在于，包括微控制器、音频放大器及车载功率放大器；所述微控制器通过I2C总线与所述音频放大器通信连接，所述I2C总线包括一根时钟线及一根数据线，所述音频放大器与所述车载功率放大器通信连接；所述音频放大器配置为与上位机通过I2C协议通信连接，并且从所述上位机接收音频信号；所述音频放大器还配置为从所述微控制器接收I2C控制信号，并且根据所述I2C控制信号将所述音频信号传输至所述车载功率放大器。

设计方案

1.一种车载音响控制设备，其特征在于，包括微控制器、音频放大器及车载功率放大器；

所述微控制器通过I2C总线与所述音频放大器通信连接，所述I2C总线包括一根时钟线及一根数据线，所述音频放大器与所述车载功率放大器通信连接；

所述音频放大器配置为与上位机通过I2C协议通信连接，并且从所述上位机接收音频信号；

所述音频放大器还配置为从所述微控制器接收I2C控制信号，并且根据所述I2C控制信号将所述音频信号传输至所述车载功率放大器。

2.如权利要求1所述的车载音响控制设备，其特征在于，所述音频放大器的型号包括TAS6424。

3.如权利要求1所述的车载音响控制设备，其特征在于，所述车载音响控制设备还包括电源模块；

所述电源模块分别与所述微控制器、所述音频放大器及所述车载功率放大器电连接；

所述电源模块用于分别向所述微控制器、所述音频放大器及所述车载功率放大器提供电能。

4.如权利要求1所述的车载音响控制设备，其特征在于，所述上位机包括基于LabView的音频上位机分析仪。

5.如权利要求1所述的车载音响控制设备，其特征在于，所述车载音响控制设备包括显示模块；

所述显示模块与所述微控制器通信连接；

所述显示模块配置为从所述微控制器接收显示信号，并且显示所述显示信号。

6.如权利要求1～5中任意一项所述的车载音响控制设备，其特征在于，所述微控制器的型号包括MPC5744P芯片。

7.如权利要求6所述的车载音响控制设备，其特征在于，将MPC5744P芯片的GPIO端口配置为时钟源，以产生时钟信号。

8.一种汽车，其特征在于，所述汽车包括如权利要求1～7中任意一项所述的车载音响控制设备。

9.如权利要求8所述的汽车，其特征在于，所述汽车包括电动汽车。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及交通工具领域，尤其涉及一种车载音响控制设备以及设置有车载音响控制设备的汽车。

背景技术

现有的车载音响控制系统，包括微控制器、总线控制器、音响控制芯片、音频控制放大器、显示单元以及电源模块等组成。整个过程如下：电源模块为整个系统供电，由微控制器发出信号，经由总线控制器传递到音响控制芯片，音响控制芯片解读微控制器所发出的信号，执行对应的动作，控制音频控制放大器并最终由显示单元显示。

其中，现有技术中大多采用SPI(串行外设接口)总线控制、CAN(控制器局域网络)总线控制或串口RS232(一种串行通讯接口)控制等。

SPI总线由四条信号线组成：串行时钟(SCLK)、串行数据输出(SDO)、串行数据输入(SDI)以及片选信号(CS)。可以看出，SPI总线需要占用四根线，同时，SPI接口没有指定的流控制，因而缺乏应答机制，无法确认是否接收到数据。

CAN总线是一种应用广泛的现场总线，在工业测控和工业自动化等领域应用广泛。CAN总线在数据通信方面具有可靠、实时和灵活的优点，然而需要使用专门的CAN收发器以用于信号转换，控制比较复杂。

串口RS232通信是指外设和计算机通过数据信号线、地线以及控制线等按位进行传输数据的一种通讯方式。

这种通信方式使用的数据线较少，一般的双工通信仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线，因此在远距离通信中可以节约通信成本，但其传输速度比并行传输低，同时这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。

针对上述问题，本实用新型提出一种传输简单、准确且通讯可靠、稳定的车载音响控制设备。

实用新型内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

根据本实用新型的一个方面，提供一种车载音响控制设备，包括微控制器、音频放大器及车载功率放大器；

所述微控制器通过I2C总线(两线式串行总线)与所述音频放大器通信连接，所述I2C总线包括一根时钟线及一根数据线，所述音频放大器与所述车载功率放大器通信连接；

所述音频放大器配置为与上位机通过I2C协议通信连接，并且从所述上位机接收音频信号；所述音频放大器还配置为从所述微控制器接收I2C控制信号，并且根据所述I2C控制信号将所述音频信号传输至所述车载功率放大器。

更进一步地，所述音频放大器的型号包括TAS6424。

更进一步地，所述车载音响控制设备还包括电源模块；所述电源模块分别与所述微控制器、所述音频放大器及所述车载功率放大器电连接；

所述电源模块用于分别向所述微控制器、所述音频放大器及所述车载功率放大器提供电能。

更进一步地，所述上位机包括基于LabView(一种软件开发环境)的音频上位机分析仪。

更进一步地，所述车载音响控制设备包括显示模块；所述显示模块与所述微控制器通信连接；

所述显示模块配置为从所述微控制器接收显示信号，并且显示所述显示信号。

更进一步地，上述任一实施例中的微控制器的型号包括MPC5744P芯片。

更进一步地，将MPC5744P芯片的GPIO(通用输入\/输出口)端口配置为时钟源，以产生时钟信号。

根据本实用新型的另一个方面，提供一种汽车，所述汽车包括如上述一项所述的车载音响控制设备。

更进一步地，所述汽车包括电动汽车。

本实用新型通过I2C总线实现了车载音响控制设备内各个部件之间的通信连接，实现了两线传输，减少了连接管脚，同时还具有应答响应机制，可保证数据传输的正确性；通过TAS6424音频放大器实现了诊断功能，使得车载音响控制设备更稳定，操纵更简单；通过使用MPC5744芯片的GPIO口模拟时钟信号可减少时钟源的使用并使得时序更为准确。

因此，本实用新型可在最大化降低外设设备使用、减少引脚接线并保证通讯可靠性与稳定性的基础上实现对车载音响的控制。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本实用新型的所述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1为根据本发明的一个方面绘示的一实施例的硬件框图；

图2为根据本发明的一个方面绘示的I2C总机与从机的写入过程；

图3为根据本发明的一个方面绘示的I2C总机与从机的读取过程；

图4为根据本发明的一个方面绘示的一实施例的音频放大器与车载功率放大器的电路图；

图5为根据本发明的一个方面绘示的一实施例的微控制器与音频放大器的连接图；

图6为根据本发明的一个方面绘示的一实施例的电源模块与微控制器及音频放大器的连接图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本实用新型的保护范围进行任何限制。

给出以下描述以使得本领域技术人员能够实施和使用本实用新型并将其结合到具体应用背景中。各种变型、以及在不同应用中的各种使用对于本领域技术人员将是容易显见的，并且本文定义的一般性原理可适用于较宽范围的实施例。由此，本实用新型并不限于本文中给出的实施例，而是应被授予与本文中公开的原理和新颖性特征相一致的最广义的范围。

在以下详细描述中，阐述了许多特定细节以提供对本实用新型的更透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，本实用新型的实践可不必局限于这些具体细节。换言之，公知的结构和器件以框图形式示出而没有详细显示，以避免模糊本实用新型。

注意，在使用到的情况下，标志左、右、前、后、顶、底、正、反、顺时针和逆时针仅仅是出于方便的目的所使用的，而并不暗示任何具体的固定方向。事实上，它们被用于反映对象的各个部分之间的相对位置和\/或方向。

为解决现有车载音响控制系统采用的多种总线存在的各种问题，根据本实用新型的一个方面，提供一种载音响控制设备，以更简便、准确地实现车载音响的功能。

在一实施例中，如图1所示，车载音响控制设备100包括微控制器110、音频放大器120及车载功率放大器130。

微控制器110用于产生控制信号，所述控制信号可以是基于用户指令产生的。微控制器110通过I2C总线与音频放大器120通信连接并向音频放大器120传输控制信号。

音频放大器120通过I2C总线与微控制器110通信连接，用于接收微控制器110的控制信号以产生相应的动作。音频放大器120还被配置为与上位机(未具体示出)通过I2C协议通信连接，并且从上位机接收音频信号。该些音频信号可在音频放大器120接收到微控制器110的播放控制信号、停止控制信号或切换控制信号时被播放、停止播放或切换。

可以理解，该上位机可以是基于LabView的音频上位机分析仪，通过I2C协议与音频放大器120通信连接。

车载功率放大器130与音频放大器120通信连接并接收音频放大器120传输的音频信号。

I2C总线包括一根时钟线(SCL)及一根数据线(SDA)，时钟线SCL用于传输时钟信号以提供准确的时钟信号，数据线SDA用于传输及接收数据信息，该数据信息包括控制信号。

时钟线SCL和数据线SDA都是双向I\/O线，接口电路为开漏输出，需要通过上拉电阻接电源VCC。当总线空闲时，时钟线SCL和数据线SDA都是高电平。

I2C总线的连接的器件分为一个主机和若干从机。主机通过数据线SDA发起数据传输请求，同时通过时钟线SCL传输时钟信号以开放从机，从机只能被动响应。

具体地，如图2所示，主机与从机的写入数据过程包括如下步骤：

S201：主机向从机传输数据时，主机先发送起始信号；

S202：主机写入从机地址并将从机地址通过数据线SDA发送给所有从机，同时通过时钟线SCL传输时钟信号以启动从机；

S203：当一从机的地址与主机输出的从机地址一致时，该从机产生应答信号并通过数据线SDA传输给主机，主机获取该应答信号后执行步骤S204；

S204：主机开始向从机写入数据，从机接收主机写入的数据；

S205：从机在数据写入完成后产生应答信号并通过数据线SDA传输回主机，主机获取该应答信号；

S206：主机判断传输是否完成，若是则执行步骤S207，若否则继续执行步骤S204；

S207：发送终止信号。

进一步地，如图3所示，主机与从机的读取数据过程包括如下步骤：

S301：主机向从机传输数据时，主机先发送起始信号；

S302：主机写入从机地址并将从机地址通过数据线SDA发送给所有从机，同时通过时钟线SCL传输时钟信号以启动从机；

S303：当一从机的地址与主机输出的从机地址一致时，该从机产生应答信号并通过数据线SDA传输给主机，主机获取该应答信号后执行步骤S304；

S304：主机开始从从机读取数据，从机向主机提供被读取的数据；

S305：从机在数据读取完成后产生应答信号并通过数据线SDA传输回主机，主机获取该应答信号；

S306：主机判断传输是否读取完成，若是则执行步骤S307，若否则继续执行步骤S304；

S307：发送终止信号。

可以理解，在总线上主机和从机、写入和读取的关系不是恒定的，而取决于此时数据传送方向。

在车载音响控制设备100的工作过程中，响应于微控制器110从用户接收一控制指令，微控制器110作为主机写入从机地址并寻址从机音频放大器120，在此期间，微控制器110同时产生时钟信号并通过时钟线SCL传输至音频放大器120以启动音频放大器120。音频放大器120启动后接收微控制器110发送的从机地址并识别该从机地址与自身地址是否相同，当音频放大器120判断接收到的从机地址与自身地址一致时，产生应答信号并发送至主机微控制器110。

主机微控制器110在收到应答信号后确认从机和地址正确，从而继续向从机音频放大器120发送数据信息。基于用户产生的控制指令，主机微控制器110产生相应的控制信号并发送至从机音频放大器120，从机音频放大器120解析主机微控制器110产生的控制信号并执行。

具体地，当控制指令为播放一音频指令时，从机音频放大器120从上位机接收对应的音频信号并将接收到的音频信号进行重建后通过车载功率放大器130播放。

当控制指令为停止播放指令时，从机音频放大器120停止向车载功率放大器130输出信号，车载功率放大器130进而停止播放。

当控制指令为切换上至某一音频指令时，从机音频放大器120从上位机接收对应的音频信号并将接收到的音频信号进行重建后通过车载功率放大器130播放。

较优地，该音频放大器120的型号为TAS6424，属于D类音频放大器，具有有四个输出通道，每个通道有5个引脚，分别为BST_P、BST_M、OUT_P、OUT_M以及GND，该音频放大器与车载功率放大器130的连接电路图如图4所示，能够实现自诊断以确保设备的正常运行，具有85％以上的工作效率，所需的外围元器件少，便于调试。

更优地，该微控制器110为MPC5744P芯片，MPC5744P芯片的SCL引脚为C[13]，SDA引脚为f[12]，音频放大器TAS6424的SCL引脚为第20号引脚，SDA引脚为第21号引脚，二者之间的具体连接方式如图5所示。微控制器110可通过数据线SDA向音频放大器110写入或读取数据，因此数据线SDA为双向数据线。时钟线SCL仅在启动音频放大器610期间向音频放大器110传输时钟信号。

其中，MPC5744P芯片的GPIO端口配置为时钟源产生时钟信号，从而减少了另外的时钟源的引入，进一步地降低了外围元器件的数量。

更进一步地，车载音响控制设备还包括电源模块140，该电源模块140分别与微控制器110、音频放大器120及车载功率放大器130电连接，用于分别向微控制器110、音频放大器120及车载功率放大器130提供电能。

其中，在上述较优实施例中，MPC5744P芯片及音频放大器TAS6424和电源模块140的具体连接电路如图6所示，电源模块140向MPC5744P芯片及音频放大器TAS6424提供3.3V电压。

更进一步地，该车载音响控制设备还包括显示模块150，该显示模块150与微控制器110通信连接，并被配置为从微控制器110接收显示信号，并基于该显示信号显示数据。

具体地，该显示模块150可以是LED(发光二极管)显示板、映像管显示器或是液晶显示屏等等，用于显示音频信号的具体信息，比如歌曲名、歌词或歌曲影像等等。

较优地，该显示模块150还可以是触摸显示屏，用于显示音频信号的具体信息，比如歌曲名、歌词或歌曲影像等等，同时还包括触摸按键，可用于用户输入控制指令。

根据本实用新型的另一个方面，还提供一种汽车，该汽车包括上述任一实施例中阐述的车载音响控制设备。

进一步地，该车载音响控制设备100的微控制器110可以是该汽车的整车控制器。

进一步地，该车载音响控制设备100的车载功率放大器130为多个，分别设置于该汽车车身内部的不同位置上以便于处于不同位置的乘客均能听到较为清晰的音频信号。

更进一步地，该车载音响控制设备100的显示模块150可以是该汽车的中控显示屏。

可以理解，该汽车可以是电动汽车，该车载音响控制设备100的微控制器110可以是该电动汽车的电池控制系统的MCU(微处理单元)。

本领域技术人员将可理解，信息、信号和数据可使用各种不同技术和技艺中的任何技术和技艺来表示。例如，以上描述通篇引述的数据、指令、命令、信息、信号、位(比特)、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光学粒子、或其任何组合来表示。

本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。

结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。

通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。

处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。

结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器(随机存取存储器)、闪存、ROM存储器(只读存储器)、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从\/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

设计图

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主设计要求

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