Reproductor MP3 con pantalla TFT de 2.2 y 262.144 colores · 8051 (C8051F360 y C8051F330D de...
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Reproductor MP3 con pantalla
TFT de 2.2" y 262.144 colores
Facundo Manuel Viola
Sebastián Rodríguez dos Santos
Universidad Tecnológica Nacional
Facultad Regional Haedo
Cátedra: Técnicas Digitales II / 2008
Profesor: Ing. Fidel I. Santos
Reproductor de MP3 UTN FRH 2008
Proyecto Técnicas Digitales II - 2008 2
Página dejada en blanco intencionalmente.
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1. Alcances del proyecto y descripción
El proyecto se trata de un reproductor de archivos de audio en diversos formatos
como MP3 y WMA, junto con una pantalla color TFT de 2.2” y 262.144 colores, con
capacidad de lectura de datos de una memoria SD/MMC.
Las primeras metas del proyecto consistieron en manejar el display LCD, reproducir un
fragmento de archivo de algún formato de audio, luego leer datos de un archivo desde
una memoria SD y por último, trabajar con una memoria flash serie de alta capacidad
donde guardar información de soporte (básicamente imágenes a usar con el display).
Una vez alcanzadas dichas metas, se procedió a la integración de los módulos en un
mismo proyecto, y hacer que el sistema trabaje en forma armónica. En un primer
momento, todos los módulos fueron trabajados con microcontroladores basados en
8051 (C8051F360 y C8051F330D de Silicon Laboratories) y en PIC (PIC18F4550 y
PIC32MX360F512L de Microchip), basándonos en trabajos propios realizados
anteriormente. Luego mudamos todo el firmware hacia el microcontrolador que se
eligió como núcleo del sistema, que fue el ADuC7026 de la empresa Analog Device.
Habiendo logrado que todos los módulos trabajen en forma coordinada con sus
funciones básicas, se continuó con el crecimiento del proyecto.
No se puede decir que este proyecto tenga una finalización, ya que constantemente
estamos realizándole mejoras y agregándole funcionalidades, con lo cual crece un
poco más cada día.
El primer paso ya fue ampliamente superado, que fue nuestra primera idea, la de
poder reproducir audio y mostrar la información del mismo en la pantalla del display
LCD. Actualmente se está trabajando para mejorar el desempeño de los distintos
módulos e integrar nuevas funciones como la de explorar la tarjeta SD y ver imágenes
al mismo tiempo de que se esta reproduciendo un archivo de audio.
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Página dejada en blanco intencionalmente.
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2. Hardware
2.1. Descripción general
A nivel de hardware, el sistema
alrededor de un núcleo gobernado por un microcontrolador ADuC7026 ARM7TDMI de
32 bits de la firma Analog
del proyecto era el dispositivo más accesible para convertirse en el núcleo del
siendo conscientes de que
preparados y aptos para esta tarea
El microcontrolador núcleo del proyecto es el ADuC7026 ARM7TDMI de la empresa
Analog Device, el cual posee entre otras características:
Conversor AD multicanal de 12
direfencial o simple;
Conversor DA de 4 canales con resoluci
Comparadores de voltaje;
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Descripción general de dispositivos
sistema consta básicamente de 5 bloques bien definidos
gobernado por un microcontrolador ADuC7026 ARM7TDMI de
Device. Se optó por este microcontrolador ya que al inicio
del proyecto era el dispositivo más accesible para convertirse en el núcleo del
siendo conscientes de que actualmente existen otros microcontroladores mucho más
preparados y aptos para esta tarea.
El microcontrolador núcleo del proyecto es el ADuC7026 ARM7TDMI de la empresa
osee entre otras características:
de 12 bits y 1 MSPS, hasta 16 canales, con entradas en modo
or DA de 4 canales con resolución de 12 bits;
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5 bloques bien definidos
gobernado por un microcontrolador ADuC7026 ARM7TDMI de
Se optó por este microcontrolador ya que al inicio
del proyecto era el dispositivo más accesible para convertirse en el núcleo del sistema,
existen otros microcontroladores mucho más
El microcontrolador núcleo del proyecto es el ADuC7026 ARM7TDMI de la empresa
, con entradas en modo
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Para su funcionamiento, el ADuC7026 necesita un clock externo, en nuestro caso será
uno de 32,768 kHz, que internamente será elevado hasta los 41,78 MHz mediante un
PLL y se convertirá en el clock del sistema.
El decodificador de audio es un VS1033C de la firma VLSI Solution Oy
generación de procesadores
dispositivo es triple: posee
puertos (3.3V) y una específica para el núcleo del DSP (2.5V). El encapsulado de este
decodificador es del tipo LQFP de 48
ellos.
Este decodificador no es más ni menos que un DSP (Digital
Signal
necesario para poder
una de sus gran
funcionalidades como
espectro
efectos propios que uno podría llegar a
Entre otras, a
Decodifica MPEG 1 & 2 audio layer III (CBR + VBR + ABR) (layers I & II opcionales);
Decodifica MPEG4 / 2 AAC-
Decodifica WMA4.0/4.1/7/8/9
Decodifica WAV (PCM + IMA ADPCM);
Decodifica MIDI y SP-MIDI archiv
Codifica IMA ADPCM (mono)
Soporta streaming de audio MP3 y WAV;
Incorpora efecto de ubicación esp
Controles de graves y agudos
Capacidad de manejar audífonos estéreo de 30
Interfaz de alta velocidad I2S;
Control mediante interfaz serial SPI
Este DSP funciona con un cristal de entre 12 y 13 MHz, que se
deberá configurar para que decodifique bien todos los formatos de
audio disponibles (se necesita un clock externo de por lo menos
12.288 MHz para reproducir todos los formatos en tiempo y a un
samplerate de 48 KHz). También dispone de una función ClockX2
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Microcontrolador ARM7TDMI de 16-bit/32
arquitectura RISC;
Soporte de puerto JTAG para debug y descarga de
firmware;
Frecuencia de trabajo de hasta 41,78 MHz con
programable;
Memoria flash de 62 kb y 8 kb SRAM;
Periféricos integrados como: UART, 2 × I2C
de uso general, 4 timers, WDT, PLA, etc.
Para su funcionamiento, el ADuC7026 necesita un clock externo, en nuestro caso será
que internamente será elevado hasta los 41,78 MHz mediante un
PLL y se convertirá en el clock del sistema.
de audio es un VS1033C de la firma VLSI Solution Oy
procesadores de audio de la familia VS10XX. La alimentación de este
posee una para la etapa analógica (3.3V), otra para el manejo de
puertos (3.3V) y una específica para el núcleo del DSP (2.5V). El encapsulado de este
LQFP de 48 pines, con un paso de 0.5mm entre cada uno de
Este decodificador no es más ni menos que un DSP (Digital
Signal Processor) que viene incorporado con
necesario para poder interpretar y decodificar audio.
una de sus grandes cualidades, es la de poder agregarle
funcionalidades como cambio de tempo o analizador de
espectros (análisis sobre la salida del conversor AD
efectos propios que uno podría llegar a desarrollar
Entre otras, algunas características del decodificador
Decodifica MPEG 1 & 2 audio layer III (CBR + VBR + ABR) (layers I & II opcionales);
-LC-2.0.0.0 (+ PNS);
Decodifica WMA4.0/4.1/7/8/9 todos los perfiles (desde 5 a 384 kbps);
Decodifica WAV (PCM + IMA ADPCM);
MIDI archivos de formato 0;
(mono) desde un micrófono o línea de entrada;
de audio MP3 y WAV;
e ubicación espacial “EarSpeaker” (efecto símil Surround
os;
audífonos estéreo de 30 Ω;
Interfaz de alta velocidad I2S;
serial SPI;
Este DSP funciona con un cristal de entre 12 y 13 MHz, que se
deberá configurar para que decodifique bien todos los formatos de
audio disponibles (se necesita un clock externo de por lo menos
12.288 MHz para reproducir todos los formatos en tiempo y a un
amplerate de 48 KHz). También dispone de una función ClockX2
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bit/32-bit con
Soporte de puerto JTAG para debug y descarga de
con PLL y divisor
UART, 2 × I2C y SPI, 5 puertos
Para su funcionamiento, el ADuC7026 necesita un clock externo, en nuestro caso será
que internamente será elevado hasta los 41,78 MHz mediante un
de audio es un VS1033C de la firma VLSI Solution Oy, cuarta
de audio de la familia VS10XX. La alimentación de este
una para la etapa analógica (3.3V), otra para el manejo de
puertos (3.3V) y una específica para el núcleo del DSP (2.5V). El encapsulado de este
pines, con un paso de 0.5mm entre cada uno de
Este decodificador no es más ni menos que un DSP (Digital
con el firmware
decodificar audio. Además,
poder agregarle
de tempo o analizador de
(análisis sobre la salida del conversor AD del DSP) o
desarrollar.
decodificador son:
Decodifica MPEG 1 & 2 audio layer III (CBR + VBR + ABR) (layers I & II opcionales);
urround);
Este DSP funciona con un cristal de entre 12 y 13 MHz, que se
deberá configurar para que decodifique bien todos los formatos de
audio disponibles (se necesita un clock externo de por lo menos
12.288 MHz para reproducir todos los formatos en tiempo y a un
amplerate de 48 KHz). También dispone de una función ClockX2
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que permite colocarle cristales del doble de tamaño, como es en nuestro caso que nos
es difícil encontrar un cristal de 12.288 MHz, pero es fácil encontrar uno de 25 MHz.
Este dispositivo cuenta ya además, con una etapa amplificadora de salida apta para
conectar auriculares, junto con un buffer para minimizar los efectos de ruido que
pueda haber.
La memoria flash de apoyo es una del tipo serie de alta velocidad, de la
empresa SST. El modelo que
memoria de 32 Mbit
fondo del display LCD
soporta velocidades de escritura y lectura de hasta 25 MHz y un modo
especial de lectura rápida de 66 MHz.
En cuanto a la pantalla, podemos decir que se trata de un display TFT de 2.2"
LMT2D2E, con una resolución máxima de 176 x
la empresa Topway Display
encarga de suministrar las señales de control a cada uno de los puntos de la pantalla y
a su vez gestionar los datos
alimentación simple (3.3V).
La regulación de los distintos niveles de tensión para la alimentación de los
componentes del sistema la realizan dos reguladores del tipo Buck
que permiten tener un consumo de corriente
con los clásicos reguladores fijos de tres terminales, que aunque no se este
consumiendo energía, disipan una cantidad proporcional a la diferencia de tensiones
entre la entrada y la salida. En este tipo de reguladores Buck esto no sucede, y el
consumo que este tiene es
reguladores son de la familia de reguladores Buck (Step Down) de la firma Texas
Instruments. El de 3.3V es el TPS62026 y el de 2.5V es el TPS62205
señales de habilitación. A continu
uno de estos dispositivos.
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que permite colocarle cristales del doble de tamaño, como es en nuestro caso que nos
es difícil encontrar un cristal de 12.288 MHz, pero es fácil encontrar uno de 25 MHz.
ya además, con una etapa amplificadora de salida apta para
conectar auriculares, junto con un buffer para minimizar los efectos de ruido que
La memoria flash de apoyo es una del tipo serie de alta velocidad, de la
empresa SST. El modelo que elegido fue el SST25VF032B, que es una
32 Mbit (4 Mb), suficiente para almacenar las imágenes de
fondo del display LCD, al igual que otros datos importantes.
soporta velocidades de escritura y lectura de hasta 25 MHz y un modo
ial de lectura rápida de 66 MHz.
podemos decir que se trata de un display TFT de 2.2"
con una resolución máxima de 176 x RGB x 220 pixeles y 262.144 colores, de
Display. Este display opera bajo la orden del driver HX8309, que se
encarga de suministrar las señales de control a cada uno de los puntos de la pantalla y
a su vez gestionar los datos y comandos con la interface. Este dispositivo funciona con
.
La regulación de los distintos niveles de tensión para la alimentación de los
componentes del sistema la realizan dos reguladores del tipo Buck (tipo
que permiten tener un consumo de corriente mínimo de funcionamiento, comparado
os clásicos reguladores fijos de tres terminales, que aunque no se este
consumiendo energía, disipan una cantidad proporcional a la diferencia de tensiones
entre la entrada y la salida. En este tipo de reguladores Buck esto no sucede, y el
tiene es ínfimo, preservando la duración de la batería. Los
reguladores son de la familia de reguladores Buck (Step Down) de la firma Texas
Instruments. El de 3.3V es el TPS62026 y el de 2.5V es el TPS62205, ambos poseen
A continuación se presenta el circuito de aplicación para cada
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que permite colocarle cristales del doble de tamaño, como es en nuestro caso que nos
es difícil encontrar un cristal de 12.288 MHz, pero es fácil encontrar uno de 25 MHz.
ya además, con una etapa amplificadora de salida apta para
conectar auriculares, junto con un buffer para minimizar los efectos de ruido que
La memoria flash de apoyo es una del tipo serie de alta velocidad, de la
VF032B, que es una
(4 Mb), suficiente para almacenar las imágenes de
al igual que otros datos importantes. Esta memoria
soporta velocidades de escritura y lectura de hasta 25 MHz y un modo
podemos decir que se trata de un display TFT de 2.2" modelo
220 pixeles y 262.144 colores, de
del driver HX8309, que se
encarga de suministrar las señales de control a cada uno de los puntos de la pantalla y
Este dispositivo funciona con
La regulación de los distintos niveles de tensión para la alimentación de los
(tipo switching),
de funcionamiento, comparado
os clásicos reguladores fijos de tres terminales, que aunque no se este
consumiendo energía, disipan una cantidad proporcional a la diferencia de tensiones
entre la entrada y la salida. En este tipo de reguladores Buck esto no sucede, y el
, preservando la duración de la batería. Los
reguladores son de la familia de reguladores Buck (Step Down) de la firma Texas
, ambos poseen
el circuito de aplicación para cada
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Como medio de almacenamiento de datos se eligió una memoria flash
SD/MMC que mediante conexiones serie SPI o de un modo SD propio,
posibilita de una manera sencilla acced
También se tuvo en cuenta su bajo costo,
capacidad (superior a
en dispositivos móviles como celulares y cámaras fotográficas digitales.
Esta memoria soporta velocidades de transferencia de hasta 25 MHz y
funciona con 3.3V.
Se adopto como fuente de energía una batería de celular de Li
por su reducido tamaño. La misma se cargará externamente y no mediante el equipo
como se deseaba en un primer momento. Esto se debe a la complejidad y escasa
información que se dispone de este tipo de baterías. Además, de esta manera es
posible conectarle, si se quisiese, cualquier otra fuente de entre 3.3V y 5V, lo que lo
hace apto para, por ejemplo, pilas AA, pilas AAA, alcalinas, de Litio, recargables de Ni
Cd y Ni-MH, o fuentes fijas, entre otras.
2.2. Interconexión
Como se mencionó antes, todo se encuentra bajo las
ADuC7026, con lo cual es necesario que todo
él para que gestione su actividad. Como la mayoría de los dispositivos utilizados
soportan la conexión serie sincrónica llamada SPI, que adopta altas velocidades de
transferencia de datos con pocos hilos de control
memoria flash SST25VF032B y la tarjeta de memoria SD se conectan al
microcontrolador a través del bus SPI a una frecuencia de operación de 4,18 MHz
(limitada por las capacidades del ADuc7026).
El display LCD posee un bus de datos de 8 bits y 5 bits más de control, con lo cual se
utiliza un puerto entero del ADuC7026 para la conexi
otro puerto para las señales de control.
encender y apagar el backlight del display
Todos los botones se conectan en forma separada al ADuC7026, mientras que el
joystick lo hace mediante 5 bits de un puerto, y mediante un juego de combinaciones
lógicas, se sabe cual botón del joystick esta presionado.
resistencias de pulldown.
El zócalo de la tarjeta de memoria SD dispone de contactos auxiliares que son los de
“Tarjeta insertada” y “Escritura bloqueada”, que son registrados por el
microcontrolador mediante dos bits más de un puerto.
encargado de retener la señal de los reguladores Buck para mantener el sistema
encendido o apagarlo.
Para grabar el firmware del microcontrolador se consideró deja accesibles los pines de
las conexiones de la interfaz JTAG (TCK,
ADuC7026 soporta descarga de firmware
accesibles los pines de la misma (SIN, SOUT) y las señales de control necesarias (RST,
BOOT_MODE, POWER_EN).
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Como medio de almacenamiento de datos se eligió una memoria flash
SD/MMC que mediante conexiones serie SPI o de un modo SD propio,
posibilita de una manera sencilla acceder a los contenidos de la misma.
También se tuvo en cuenta su bajo costo, reducido tamaño,
capacidad (superior a 32 Gb) y la gran popularidad que están teniendo
en dispositivos móviles como celulares y cámaras fotográficas digitales.
Esta memoria soporta velocidades de transferencia de hasta 25 MHz y
Se adopto como fuente de energía una batería de celular de Li-On de 3.6V / 900mAh,
por su reducido tamaño. La misma se cargará externamente y no mediante el equipo
o se deseaba en un primer momento. Esto se debe a la complejidad y escasa
información que se dispone de este tipo de baterías. Además, de esta manera es
posible conectarle, si se quisiese, cualquier otra fuente de entre 3.3V y 5V, lo que lo
por ejemplo, pilas AA, pilas AAA, alcalinas, de Litio, recargables de Ni
MH, o fuentes fijas, entre otras.
Como se mencionó antes, todo se encuentra bajo las órdenes del microcontrolador
026, con lo cual es necesario que todos los demás dispositivos se conecten con
él para que gestione su actividad. Como la mayoría de los dispositivos utilizados
soportan la conexión serie sincrónica llamada SPI, que adopta altas velocidades de
transferencia de datos con pocos hilos de control (#CS, SCK, SO, SI). El DSP VS1033C, la
memoria flash SST25VF032B y la tarjeta de memoria SD se conectan al
microcontrolador a través del bus SPI a una frecuencia de operación de 4,18 MHz
(limitada por las capacidades del ADuc7026).
bus de datos de 8 bits y 5 bits más de control, con lo cual se
utiliza un puerto entero del ADuC7026 para la conexión al display y otros 5 bits má
otro puerto para las señales de control. También se dispone de un bit encargado de
acklight del display.
Todos los botones se conectan en forma separada al ADuC7026, mientras que el
joystick lo hace mediante 5 bits de un puerto, y mediante un juego de combinaciones
lógicas, se sabe cual botón del joystick esta presionado. Todos los boon
El zócalo de la tarjeta de memoria SD dispone de contactos auxiliares que son los de
“Tarjeta insertada” y “Escritura bloqueada”, que son registrados por el
microcontrolador mediante dos bits más de un puerto. Se dispone
encargado de retener la señal de los reguladores Buck para mantener el sistema
Para grabar el firmware del microcontrolador se consideró deja accesibles los pines de
las conexiones de la interfaz JTAG (TCK, TDI, TDO, TMS, TRST), pero como también el
ADuC7026 soporta descarga de firmware mediante su UART, también dejamos
accesibles los pines de la misma (SIN, SOUT) y las señales de control necesarias (RST,
BOOT_MODE, POWER_EN).
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Como medio de almacenamiento de datos se eligió una memoria flash
SD/MMC que mediante conexiones serie SPI o de un modo SD propio,
er a los contenidos de la misma.
reducido tamaño, la alta
Gb) y la gran popularidad que están teniendo
en dispositivos móviles como celulares y cámaras fotográficas digitales.
Esta memoria soporta velocidades de transferencia de hasta 25 MHz y
On de 3.6V / 900mAh,
por su reducido tamaño. La misma se cargará externamente y no mediante el equipo
o se deseaba en un primer momento. Esto se debe a la complejidad y escasa
información que se dispone de este tipo de baterías. Además, de esta manera es
posible conectarle, si se quisiese, cualquier otra fuente de entre 3.3V y 5V, lo que lo
por ejemplo, pilas AA, pilas AAA, alcalinas, de Litio, recargables de Ni-
rdenes del microcontrolador
s los demás dispositivos se conecten con
él para que gestione su actividad. Como la mayoría de los dispositivos utilizados
soportan la conexión serie sincrónica llamada SPI, que adopta altas velocidades de
El DSP VS1033C, la
memoria flash SST25VF032B y la tarjeta de memoria SD se conectan al
microcontrolador a través del bus SPI a una frecuencia de operación de 4,18 MHz
bus de datos de 8 bits y 5 bits más de control, con lo cual se
ón al display y otros 5 bits más de
También se dispone de un bit encargado de
Todos los botones se conectan en forma separada al ADuC7026, mientras que el
joystick lo hace mediante 5 bits de un puerto, y mediante un juego de combinaciones
Todos los boones poseen
El zócalo de la tarjeta de memoria SD dispone de contactos auxiliares que son los de
“Tarjeta insertada” y “Escritura bloqueada”, que son registrados por el
de un pin más
encargado de retener la señal de los reguladores Buck para mantener el sistema
Para grabar el firmware del microcontrolador se consideró deja accesibles los pines de
S, TRST), pero como también el
mediante su UART, también dejamos
accesibles los pines de la misma (SIN, SOUT) y las señales de control necesarias (RST,
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También se habilitó uno de los conversores AD para tomar un nivel de la tensión de
entrada y saber aproximadamente el nivel de la batería.
2.3. Circuito electrónico, lista de componentes y PCB
El circuito electrónico del equipo se muestra en la próxima página. Los capacitores C1,
C2, C3, C4, C5, C6, C9, C11, C12, C16, C21, C26, deben colocarse lo mas cerca de los
pines de VDD o VCC de cada dispositivo para que actúen como bypass, filtrando el
ruido que puede generarse al llegar al terminal. Según la hoja de datos del TPS62026,
éste posee protección contra polarizaciones inversas de entrada y protección contra
cortocircuitos, con lo cual se descarto colocar un diodo en serie a la entrada como
protección para así poder utilizar baterías de Li-On / Li-Polymer como las de los
celulares, que tienen un corte de alimentación al llegar a la tensión de 3.6V,
presentando aproximadamente 4.0V en carga plena. Si colocábamos el diodo en serie,
el potencial disminuía y ya no se podía usar este tipo de baterías. La entrada máxima al
regulador de tensión de 3.3V de tensión es de 5V y la mínima para obtener los 3.3V a
la salida es de 3.3V.
Si bien en el circuito las masas están distribuidas (AGND, DGND, IOGND, GND, etc.) y
todas conectadas a la misma señal, se debe tener en cuenta que esto se considera así
ya que en la PCB final se va a trabajar con planos de masa, posibilitando esta conexión.
Los planos de masa estarán lo más cercano posible a todos los pines correspondientes.
Por la naturaleza de los reguladores, estos trabajan con frecuencias de 1 MHz, con lo
cual pueden apreciarse interferencias de radio en dispositivos cercanos que trabajen a
frecuencias similares (por ejemplo radios en la banda AM).
La salida de audio tiene tres filtros para minimizar ruidos en la señal que puedan
provocarse en el trayecto hasta el conector del auricular.
Las pistas del bus SPI van a ser de la longitud más pequeña posible para minimizar
ruidos que puedan ocasionarse, al igual que las de señales de control y bus del display
LCD.
En cuanto al circuito impreso, se diseño teniendo en cuenta lo descripto arriba y
priorizando el tamaño, para poder realizar un dispositivo portable. Se tomo como
referencia el tamaño del display como ancho del PCB, y en cuanto al largo el espacio
que ocupa junto a los botones y al joystick. El tamaño final del circuito impreso es de
51mm x 84mm, realizado en doble faz, con agujeros PTH metalizados, cobre de 70 um
y material FR4.
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DD
CC
BB
AA
Title
Number
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28/11/200
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TN2008.Sch
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1
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2
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3
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4
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5
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6
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7
GNDREF
8
ADCNEG
9
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10
DAC1/ADC13
11
DAC2/ADC14
12
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13
TMS
14
TDI
15
P0.1
16
P2.3
17
P4.6
18
P4.7
19
BM/P0.0
20
P0.5
41
P2.0
42
P0.7
43
XCLKO
44
XCLKI
45
P3.6
46
P3.7
47
P2.7
48
P2.1
49
P2.2
50
P1.7
51
P1.6
52
IOGND
53
IOVDD
54
P4.0
55
P4.1
56
P1.5
57
P1.4
58
P1.3
59
P1.2
60
P1.062
P4.263
P4.364
P4.465
P4.566
REFGND67
VREF68
DACREF69
DACGND70
AGND71
AGND72
AVDD73
AVDD74
DACVDD75
ADC1176
ADC077
ADC178
ADC279
ADC380
P1.161
TCK22
TDO23
P0.224
IOGND25
IOVDD26
LVDD27
DGND28
P3.029
P3.130
P3.231
P3.332
P2.433
P0.3/TRST34
P2.535
P2.636
#RST37
P3.438
P3.539
P0.440
P0.621
ADuC
702
6 BSTZ62 I31
ADuC
7026
U2
MICP
1
MICN
2
#XRESET
3
DGND0
4
CVDD0
5
IOVDD0
6
CVDD1
7
DREQ
8
GPIO2
9
GPIO3
10
GPIO6
11
GPIO7
12
GPIO
525
RX
26
TX
27
SCLK
28
SI
29
SO
30
CVDD3
31
TEST
32
GPIO
033
GPIO
134
AGND037
AVDD038
RIGHT39
AGND140
AGND241
GBUF42
AVDD143
RCAP44
AVDD245
LEFT46
IOVDD114
VCO15
DGND116
XTALO17
XTALI18
IOVDD219
DGND220
DGND321
DGND422
#XCS23
CVDD224
#XDCS13
VS103
3C
GND
35
GPIO
436
AGND347
LINEIN48
VS103
3C
U1
#CE
1
SO
2
#WP
3
VSS
4SI
5SCK
6#HOLD
7VDD
8SST25V
F03
2B-66-4C-SAF
SST25V
F03
2B
U3
EN
1
VIN
2
VIN
3
GND
4
FB
5MODE
6SW
7SW
8
TPS62026
PGND
9PGND
10
POWER PADPOWPAD
TPS620
26
U4
VI
1
GND
2
EN
3FB
4
TPS622
05SW
5
TPS62026
U5
GND
1
VDD
2
RESET
3
CS
4
RS
5
WR
6
RD
7
IM0
8
GND
9
VDD
10
D8
11
D9
12
LCD LMT2D2E
D10
13
D11
14
D12
15
D13
16
D14
17
D15
18
GND
19
GND
20
GND
21
GND
22
BLK[+]
23
BLA[-]
24
LMT2D2E
LCD
#CS/D
AT3
1
CMD
2
VSS1
3
VDD
4
CLK
5
VSS2
6
DAT0
7
DAT1
8
DAT2
9
INS
10
WP
11
COM
12
TARJE
TA SD
Zócalo SD
SD
Jack Stereo
J1
123456789101112
PROGRAMADOR
BAT-
BAT+
BATCON
BATERIA
10u
FC27
10u
H
L1
10u
FC223.3V
3.3V
10u
H
L2
10u
FC24
10u
FC23
BTNPW
RB
BTN1
BTN3
BTN2
100
k
R22
1N41
48
D1
1N41
48
D2
3.3V
BTNPW
RA
BC847
Q1
1k
R16
A1
CC1
2
B3
D4
JOYSTIC
K
CC2
5C
6
JOYSTICK
3.3V
3.3V
3.3V
3.3V
3.3V
100k
R1
3.3V
12
32.768
KHz
Y2
12pF
C16
12pF
C17
470k
R27
470k
R28
3.3V
3.3V
3.3V 470
nF
C18 1
k
R25
3.3V
470
nF
C20
10
R8
10
R9
10nF
C14
20
R6
10nF
C15
20
R7
47n
FC13
10
R5
12
25.000
MHz
Y1
1M
R4
22pF
C7
22pF
C8
100k
R3
1uF
C10
100
k
R23
100k
R21
3.3V
100k
R24
VCC
1k
R33
1k
R32
1k
R31
1k
R19
1k
R34
1k
R26
1k
R29
1k
R36
47k
R11
47k
R12
47k
R17
47k
R13
47k
R18
47k
R10
47k
R15
47k
R14
3.3V
2.5V
1k
R35
100
kR20
1k
R30
3.3V
100nFC1
100nFC2
100
nFC3
100
nFC4
100
nFC5
100nFC6
3.3V
100nFC9
100nFC11
100
nFC12
100
nFC21
3.3V
100
nFC19
100
nFC26
Reproductor MP3 con ADuC7026 (ARM)
RdSS 2008
Reproductor de MP3 UTN FRH 2008
Proyecto Técnicas Digitales II - 2008 11
Identificador Componente (encapsulado)
Audio Out Jack de audio estéreo 3,5 para circuito impreso
BTN1 Pulsador TSW NA
BTN2 Pulsador TSW NA
BTN3 Pulsador TSW NA
C1 Capacitor cerámico 100 nF (0805)
C2 Capacitor cerámico 100 nF (0805)
C3 Capacitor cerámico 100 nF (0805)
C4 Capacitor cerámico 100 nF (0805)
C5 Capacitor cerámico 100 nF (0805)
C6 Capacitor cerámico 100 nF (0805)
C7 Capacitor cerámico 22 pF (0805)
C8 Capacitor cerámico 22 pF (0805)
C9 Capacitor cerámico 100 nF (0805)
C10 Capacitor cerámico 100 nF (0805)
C11 Capacitor cerámico 100 nF (0805)
C12 Capacitor cerámico 100 nF (0805)
C13 Capacitor cerámico 47 nF (0805)
C14 Capacitor cerámico 10 nF (0805)
C15 Capacitor cerámico 10 nF (0805)
C16 Capacitor cerámico 12 pF (0805)
C17 Capacitor cerámico 12 pF (0805)
C18 Capacitor cerámico 470 nF (0805)
C19 Capacitor cerámico 100 nF (0805)
C20 Capacitor cerámico 470 nF (0805)
C21 Capacitor cerámico 100 nF (0805)
C22 Capacitor cerámico 10 µF (0805)
C23 Capacitor cerámico 10 µF (0805)
C24 Capacitor cerámico 10 µF (0805)
C25 Capacitor electrolítico 10 µF (SMD)
C26 Capacitor cerámico 100 nF (0805)
C27 Capacitor cerámico 10 µF (0805)
CT1 Conector control, tira de 12 pines 180º
D1 Diodo 1N4148 (1206)
D2 Diodo 1N4148 (1206)
JYSTK Joystick de 4 direcciones y centro
L1 Inductor 10 µH
L2 Inductor 10 µH
LCD Display LMT2D2E
Memoria SD Zócalo tarjeta SD (PSDBT4)
PWR Pulsador TSW NA
Q1 Transistor NPN BC847 (SOT23-3)
R1 Resistencia 100 kΩ (0805)
R3 Resistencia 100 kΩ (0805)
R4 Resistencia 1 MΩ (0805)
R5 Resistencia 10 Ω (0805)
Reproductor de MP3 UTN FRH 2008
Proyecto Técnicas Digitales II - 2008 12
R6 Resistencia 20 Ω (0805)
R7 Resistencia 20 Ω (0805)
R8 Resistencia 10 Ω (0805)
R9 Resistencia 10 Ω (0805)
R10 Resistencia 47 kΩ (0805)
R11 Resistencia 47 kΩ (0805)
R12 Resistencia 47 kΩ (0805)
R13 Resistencia 47 kΩ (0805)
R14 Resistencia 47 kΩ (0805)
R15 Resistencia 47 kΩ (0805)
R16 Resistencia 1 kΩ (0805)
R17 Resistencia 47 kΩ (0805)
R18 Resistencia 47 kΩ (0805)
R19 Resistencia 1 kΩ (0805)
R20 Resistencia 100 kΩ (0805)
R21 Resistencia 100 kΩ (0805)
R22 Resistencia 100 kΩ (0805)
R23 Resistencia 100 kΩ (0805)
R24 Resistencia 100 kΩ (0805)
R25 Resistencia 1 kΩ (0805)
R26 Resistencia 100 kΩ (0805)
R27 Resistencia 470 kΩ (0805)
R28 Resistencia 470 kΩ (0805)
R29 Resistencia 1 kΩ (0805)
R30 Resistencia 1 kΩ (0805)
R31 Resistencia 1 kΩ (0805)
R32 Resistencia 1 kΩ (0805)
R33 Resistencia 1 kΩ (0805)
R34 Resistencia 1 kΩ (0805)
R35 Resistencia 1 kΩ (0805)
R36 Resistencia 1 kΩ (0805)
U1 VS1033C (LQFP48)
U2 ADuC7026BSTZ62 (LQFP80)
U3 SST25VF032B (SOIC8)
U4 TPS62026 (MSOP10-POWERPAD)
U5 TPS62205 (SOT23-5)
Y1 Cristal 25.000 MHz
Y2 Cristal 32,768 kHz
2.4. Funcionamiento
Partiendo de que el equipo se encuentra con una batería cargada completamente y
recién colocada (esto es para demostrar como proceder), el reproductor esta apagado.
Para encenderlo se debe presionar por unos segundos el botón PWR, hasta que la
pantalla del equipo encienda y muestre la bienvenida. Lo que sucede en este primer
Reproductor de MP3 UTN FRH 2008
Proyecto Técnicas Digitales II - 2008 13
paso es que el botón activa la entrada de habilitación del regulador de 3.3V, con lo cual
se energiza el circuito y enciende el ADuC7026. Si suelto el botón antes de que el
microcontrolador habilite su bit/pin de retener la señal de alimentación, el equipo se
apaga. Esto sirve para, por ejemplo, prevenir encendidos por un accionamiento no
deseado del botón. Suponiendo que se presionó los segundos necesarios para que
encienda el equipo, el microcontrolador va a retener la alimentación con el bit de
control e inicializar cada uno de los dispositivos.
Una vez terminado el proceso de encendido, el equipo queda a la espera de una acción
o actividad.
En el caso de que seleccionemos el modo de reproductor, el equipo va a inicializar las
rutinas de software necesarias para esto y comenzará a reproducir el audio. A nivel
hardware lo que sucede es que el ADuC7026 va a leer los datos de un archivo de audio
de la SD (leyendo una estructura FAT), los procesará y enviará al DSP VS1033C que se
encargará de interpretarlos y generar la señal de audio correspondiente. El DSP se va a
controlar en simultáneo mediante dos líneas de control que trabajan sobre el mismo
bus SPI. Con la línea XCS se envían los comandos y parámetros de control, mientras
que con la línea XDCS se envían los datos a interpretar.
Antes de cada reproducción se reinicia al DSP para que no mantenga datos en el buffer
y para que asimile correctamente lo enviado a través del bus SPI mediante XDCS. Esto
demora aproximadamente 50ms, y pasa desapercibido para el usuario. Reiniciado se
envían las configuraciones de control y se cargan los parches y plugins que deseamos
que ejecute el VS1033C. En nuestro caso cargamos dos parches y el plugin que permite
leer el nivel de señal a una frecuencia determinada, logrando así un analizador de
espectros en tiempo real, que le da un interesante efecto a la hora de mostrar en
pantalla la información del audio que se esta reproduciendo y ver como varia la señal.
Luego de esto comenzamos a enviar los paquetes de datos, revisando de que el buffer
o la cola del VS1033C dispone de suficiente lugar como para aceptarlos sin perder o
solapar información.
Mientras reproduce el audio, se va a poder cambiar de tema, aumentar o disminuir el
volumen, y volver al menú principal mediante los botones correspondientes, como así
también apagar el equipo manteniendo presionado el botón PWR.
Cuando finaliza de reproducir cada archivo se pone en nivel de salida mínimo la señal
de audio para no tener clicks o glitches desagradables en el auricular al cambiar de
archivo, salir o apagar.
Al mismo tiempo que se reproduce, también el microcontrolador ADuC7026 va a estar
controlando el display LCD, que va a tomar la imagen de fondo del modo reproductor
desde la memoria flash SST25VF032B y va a agregar la información necesaria sobre el
archivo que se esta usando.
En caso de usar alguno otro de los modos de actividad, como por ejemplo el
explorador de archivos o el presentador de imágenes, en este caso se desactiva al DSP
VS1033C poniéndolo en bajo consumo. En estos modos solo hay actividad entre la
memoria SD, la memoria flash y el display con el microcontrolador. En el caso del
explorador de archivos, el microcontrolador va a leer datos de las entradas de la FAT
de la memoria SD y mostrará los nombres en el display, previo a ello, se cargó el fondo
de imagen correspondiente al explorador de archivos y sobre este se escriben los
nombres de las carpetas y los archivos existentes en el directorio.
Reproductor de MP3 UTN FRH 2008
Proyecto Técnicas Digitales II - 2008 14
En el modo presentador de imágenes, solo hay actividad entre el microcontrolador, la
memoria SD y el display LCD. El microcontrolador va a leer un archivo BMP de la
memoria SD, lo interpretará, y generará la imagen que envía al display LCD.
Reproductor de MP3 UTN FRH 2008
Proyecto Técnicas Digitales II - 2008 15
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Reproductor de MP3
Proyecto Técnicas Digitales II
3. Firmware
3.1. Descripción general
A nivel firmware, el equipo puede describirse mediante distintas maquinas de estado
que segmentan su operación para dar paso a las otras y así interactuar unas con otras.
Cada máquina de estados tiene funciones asociadas que permiten modificar el paso
que están ejecutando, iniciarlas, detenerlas, cambiar atributos, entre otras
propiedades. Cuando una máquina de estados hace un paso, sale de la misma y
permite que otra realice también un pequeño paso o actividad, y así se repite
indefinidamente con la cantid
Cuanto más fragmentado está cada paso, mejor desempeño y cooperativismo habrá
por parte de todo el sistema.
En la versión actual, hasta la fecha del presente informe,
máquinas de estado:
Menu(); Leer_y_Dibujar_BMP_Flash_MT()Reproductor(); Explorador_De_Archivos();Botones(); Bateria();
Con estas, se logra trabajar perfectamente
archivos MP3 y WMA, con máximas calidades de
que consiste cada una de estas máquinas de estado:
Menu(): Es la máquina de estados que se encarga de administrar el menú principal del
equipo, permitiendo acceder a los distintos modos de funcionamiento como lo son e
modo de reproducción de audio, explorador de archivos y presentador de imágenes.
Reproductor de MP3
Proyecto Técnicas Digitales II - 2008
Descripción general
A nivel firmware, el equipo puede describirse mediante distintas maquinas de estado
que segmentan su operación para dar paso a las otras y así interactuar unas con otras.
Cada máquina de estados tiene funciones asociadas que permiten modificar el paso
están ejecutando, iniciarlas, detenerlas, cambiar atributos, entre otras
Cuando una máquina de estados hace un paso, sale de la misma y
permite que otra realice también un pequeño paso o actividad, y así se repite
indefinidamente con la cantidad de máquinas de estado que haya en el sistema.
Cuanto más fragmentado está cada paso, mejor desempeño y cooperativismo habrá
por parte de todo el sistema.
versión actual, hasta la fecha del presente informe, se trabaja con las siguientes
Leer_y_Dibujar_BMP_Flash_MT();
Explorador_De_Archivos();
logra trabajar perfectamente, logrando una correcta reproducción de los
archivos MP3 y WMA, con máximas calidades de sonido. A continuación se detallan en
que consiste cada una de estas máquinas de estado:
Es la máquina de estados que se encarga de administrar el menú principal del
equipo, permitiendo acceder a los distintos modos de funcionamiento como lo son e
modo de reproducción de audio, explorador de archivos y presentador de imágenes.
UTN FRH 2008
16
A nivel firmware, el equipo puede describirse mediante distintas maquinas de estado
que segmentan su operación para dar paso a las otras y así interactuar unas con otras.
Cada máquina de estados tiene funciones asociadas que permiten modificar el paso
están ejecutando, iniciarlas, detenerlas, cambiar atributos, entre otras
Cuando una máquina de estados hace un paso, sale de la misma y
permite que otra realice también un pequeño paso o actividad, y así se repite
ad de máquinas de estado que haya en el sistema.
Cuanto más fragmentado está cada paso, mejor desempeño y cooperativismo habrá
trabaja con las siguientes
, logrando una correcta reproducción de los
A continuación se detallan en
Es la máquina de estados que se encarga de administrar el menú principal del
equipo, permitiendo acceder a los distintos modos de funcionamiento como lo son el
modo de reproducción de audio, explorador de archivos y presentador de imágenes.
Reproductor de MP3 UTN FRH 2008
Proyecto Técnicas Digitales II - 2008 17
Tiene características como poder mostrar en pantalla hasta nueve opciones de menús
con cantidad de submenús ilimitada, efecto de desplazamiento de una opción a otra,
selección de idioma, posibilidad de cambiar las imágenes de fondo y de selección, lo
que lo hace skin configurable. A continuación se ve la pantalla con el menú realizado:
Leer_y_Dibujar_BMP_Flash_MT(): Es la máquina de estados que se encarga de leer
las imágenes alojadas en la memoria flash SST25VF032B y enviarlas al display LCD.
Internamente maneja todas las funciones gráficas mediante un motor gráfico
compuesto por muchas otras funciones y/o máquinas de estado.
Reproductor(): Es la máquina de estados que se encarga de reproducir los distintos
archivos de audio, leerlos desde la memoria SD y enviarlos al DSP VS1033C, como así
también leer la información ID3 Tag e informarla en pantalla, junto con el analizador
de espectros y el indicador de tiempo transcurrido. A continuación puede observarse
la pantalla típica del reproductor.
Explorador_De_Archivos(): Es la máquina de estados que permite explorar el
contenido de la memoria SD, leyendo la estructura FAT (soporta memorias SD/MMC
con sistema de archivos FAT12, FAT16 y FAT32) y mostrando en pantalla el nombre del
archivo y un icono de identificación asociado a la extensión del mismo. La imagen de
fondo esta almacenada en la memoria flash SST25VF032B, que es leída por el
Reproductor de MP3 UTN FRH 2008
Proyecto Técnicas Digitales II - 2008 18
microcontrolador y dibujada en el display LCD. A continuación puede observarse la
pantalla típica del explorador de archivos.
Botones(): Es la máquina de estados que se encarga de realizar las operaciones
necesarias para detectar cuando un botón está presionado, como asi también cuando
lo esta el joystick. También permite eliminar los rebotes que puedan aparecer a causa
de los pequeños transitorios presentes al accionar los botones.
Bateria(): En si no es una máquina de estados sino una función encargada de medir
el nivel de tensión o carga de la batería. Cuando este nivel decae a cierto valor, el
equipo se apaga para no permitir que el sistema se vuelva inestable a causa de que el
regulador Buck no tiene el nivel de entrada adecuado para ofrecer una salida de
alimentación regulada.
3.2. Sistema de archivos
Para leer datos desde la memoria SD/MMC, pero interpretando un sistema de
archivos, en nuestro caso el sistema FAT de Microsoft, se utiliza la librería open source
japonesa disponible en http://elm-chan.org, que está a disposición de quién lo
necesite, siendo muy conveniente en sistemas donde se disponga poca cantidad de
recursos como memoria RAM o de programa. En nuestro proyecto utilizaremos la
versión R0.06 junto con el módulo Tiny-FatFs, que no demanda demasiados recursos
para funcionar y además soporta memorias de hasta 8 Gb con sistemas de archivo
FAT12, FAT16 y FAT32. Agradecemos a Mr. ChaN por haber colaborado en la
realización de la librería de acceso a la SD y al archivo sdmmc.c.
3.3. Archivos asociados al proyecto
El software del proyecto se realizó mediante el entrono de desarrollo de Keil uVision3.
Los archivos que integran el proyecto se detallan a continuación y para una explicación
Reproductor de MP3 UTN FRH 2008
Proyecto Técnicas Digitales II - 2008 19
detallada sobre el papel que juega cada uno recomendamos leer las cabeceras de
dichos archivos.
main.c Este es el archivo de código fuente principal del proyecto, donde se ejecutan
todas las tareas de inicialización y de donde se invocan a las distintas máquinas de
estado.
definiciones.h Este es el archivo de cabecera donde están establecidas todas
definiciones y macros que utilizan los diferentes archivos del proyecto.
explorador.c Este es el archivo de código fuente donde se encuentra la máquina de
estado que maneja el explorador de archivos, y donde esta todas las funciones
auxiliares que se necesitan para interactuar con esta máquina de estados.
explorador.h Archivo cabecera del archivo explorador.c.
grafico.c En este archivo de código fuente están todas las máquinas de estado que
controlan la parte gráfica del equipo, junto con las funciones de bajo nivel que
manejan al display LCD. Incorpora los mapas de bits de los distintos tipos de fuentes de
caracteres. El conjunto de funciones y maquinas de estado que integran este archivo,
lo hemos de llamar motor gráfico.
grafico.h Archivo cabecera del archivo grafico.c.
id3tag.c Incorpora el conjunto de funciones que permiten leer e interpretar
información encriptada dentro de los archivos MP3, como lo es el nombre del tema,
título, interprete, año, álbum, estilo, entre otros. Esta versión del archivo reconoce
formatos de identificación bajo el formato ID3 Tag 1.0.
wmatag.c Contiene el conjunto de funciones que permiten leer e interpretar
información encriptada dentro de los archivos WMA, como lo es el nombre del tema,
título, interprete, año, álbum, estilo, entre otros. Esta versión del archivo es beta.
memoriaflash.c En este archivo de código fuente están todas las funciones que se
necesitan para interactuar con la memoria flash SST25VF032B, como lo son lectura,
escritura, habilitación de escritura, borrado total, borrado parcial, lectura múltiple, etc.
memoriaflash.h Archivo cabecera del archivo memoriaflash.c.
menu.c En este archivo de código fuente están todas las máquinas de estado que
controlan el menú principal del equipo, junto con las funciones auxiliares que se
necesitan para desempeñar con esta actividad.
menu.h Archivo cabecera del archivo menu.c.
reproductor.c En este archivo de código fuente están todas las máquinas de
estado que controlan al modo de reproducción de audio del equipo, junto con las
funciones auxiliares necesarias para ello.
reproductor.h Archivo cabecera del archivo reproductor.c.
Reproductor de MP3 UTN FRH 2008
Proyecto Técnicas Digitales II - 2008 20
slide.c En este archivo de código fuente están desarrollada la maquina de estados
del modo presentación de imágenes, que permite ver archivos BMP que estén
almacenados en la memoria SD.
startup.s Contiene rutinas de inicialización del microcontrolador.
vs1033c.c En este archivo de código fuente están todas las funciones que se
necesitan para controlar el DSP VS1033C, junto con otras funciones como cargar
plugins o parches.
vs1033c.h Archivo cabecera del archivo vs1033c.c. diskio.h Archivos con funciones de control del sistema FAT. integer.h sdmmc.c tff.c tff.h
Todos los archivos antes mencionados tienen vinculaciones cruzadas, con lo cual la
ausencia de uno de ellos no permite compilar el proyecto, o en caso de modificar la
estructura externa de una función, será necesario reajustar los lugares de donde se la
invocaba.
Reproductor de MP3 UTN FRH 2008
Proyecto Técnicas Digitales II - 2008 21
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Reproductor de MP3 UTN FRH 2008
Proyecto Técnicas Digitales II - 2008 22
Características del equipo
Las características generales del equipo son:
Modelo: ARMMP3UTN2008-Rev.1.1
Tensión de alimentación: Mínimo 3.6 V DC / Máximo 5 V DC
Consumo: Aproximadamente 70 mAh (3.6 V con backlight de display
encendido y audio reproduciendo a máximo volumen)
Dimensiones: 51 mm (a) x 84 mm (l) x 12 mm (p)
Peso: 80 gramos (sin batería) / 140 gramos (con batería)
Reproducción de archivos: MP3 (8 kbps hasta 320 kbps, y máximo de 48 kHz, CBR y
VBR), WMA (versión 2 a 9, 5 kbps hasta 320 kbps y
máximo de 48 kHz, CBR y VBR)
Reproductor de MP3 UTN FRH 2008
Proyecto Técnicas Digitales II - 2008 23
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Reproductor de MP3 UTN FRH 2008
Proyecto Técnicas Digitales II - 2008 24
Integrantes del equipo
Los integrantes del grupo de trabajo del proyecto de reproductor MP3 son:
Facundo Manuel Viola
Alumno de Técnicas Digitales II - 2008
Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional Buenos Aires
Buenos Aires, Argentina
Sebastián Rodríguez dos Santos
Alumno de Técnicas Digitales II - 2008
Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional Haedo
Buenos Aires, Argentina