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Informationstechnik

Dozent: Prof. J. Walter

Y-Pot MP3: Benjamin Meßmer, Fredrik Hailer - Y-Pot GPS: Thomas Werner, Christian Böge

Einleitung

Module

Software

Gehäusekonzept

Ausblick

Fazit

Abschlusspräsentation Informationstechnik Labor

Thema: Entwicklung eines MP3-GPS Player

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Fazit

Problem- und Aufgabenstellung

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Problemstellung:

Der Umgang mit der Entwicklungsumgebung AVR Studio und dem kostenfreien C-Compiler avr-gcc sowie der Umgang mit den Mikrocontrollern von Atmel wird in keiner Vorlesung des Fachbereichs Mechatronik direkt behandelt.

Zum Kennen lernen der Atmel Mikrocontroller und der Programmiersoftware bilden sie den Kern unseres Projektes.

Aufgabenstellung:

Es ist ein Kombinationsgerät für den Freizeitbereich zu entwickeln, das MP3 Dateien abspielen und Positionsänderungen registrieren kann. Dabei soll es den zurückgelegten Weg und die benötigte Zeit aufnehmen und aufbereiten.

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Grafikdisplay

• 128x64 Pixel• Paralleler 8bit Datenbus• ASCII-Zeichensatz• Hintergrundbeleuchtung 60mA• Lauftext

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SD-Karte

• MP3-Daten auslesen• GPS-Daten schreiben• SPI Bus• FAT-Bibliothek von Holger Klabunde

– FAT 16 (FAT32 möglich)– Paralleles Öffnen von Dateien zum Lesen– Lesen mit 50 Kb/s

• 1 Gigabyte getestet

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JTAG Programmierung und Debugging

• Benötigte Anschlüsse

• TAP-Controller• On-Chip Debugging:

– Breakpoints– Verschiedene Stepping Möglichkeiten– Speicherbereiche darstellen

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GPS-Empfänger Lassen iQ*)

• Bestimmung von Position und Momentangeschwindigkeit

• 12 Kanal Technik• Serielle Schnittstelle• Verbrauch 86mW • Abmessungen: 26x26x6mm• Protokolle: TSIP (binär) und NMEA (ASCII)• *) kostenloses Sample der Firma Trimble

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GPS-Daten

• Anzeige von: - Koordinaten- Geschwindigkeit- zurückgelegter Strecke- Durchschnitts-

geschwindigkeit - Empfangsstatus

• Speichern der GPS-Daten auf SD-Karte zur Auswertung mit z.B. Routenplanern oder Google Earth

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Lithium Polymer Akku

• 1550mAh• 3V bis 4,2V• Cut-off Spannung 3V

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Spannungsregler

• MAX1672– Step-up/down DC-DC-Converter– 1,8V bis 11V Eingangsspannung– 3,3V Ausgangsspannung– 150mA Ausgangsstrom– Selbsthalteschaltung

• MAX1759– 5V Charge Pump– 1,6V bis 5,5V Eingangsspannung– für Hintergrundbeleuchtung

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Ladeschaltung

• MAX1555– Lade-IC für 1-Zellen Lithium-Polymer Akkus– Eingangsspannung 3,7V bis 7V (Netzteil)– USB Support (100mA Begrenzung)– On-Chip Temperaturüberwachung– Ladestatusanzeige

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VS1011

Sample Rate 44,1kHz

Codierung 128 kbit/sec 196 kbit/sec220 kbit/sec

(VBR)

Kompressionsrate 11,025 7,2 6,4

Zeit um 32Byte an VS1011 zu senden 0,2ms

1 codiertes MP3 Byte in Audiospielzeit 0,0625ms 0,041ms 0,036ms

32 codierte MP3 Byte in Audiospielzeit 2ms 1,3ms 1,2ms

512 codierte MP3 Byte in Audiospielzeit 32ms 20,9ms 18,6ms

Schreibzyklen (je 32Byte) bis Audio FIFO Buffer voll 5 8 9

Dauer für diese Anzahl an Schreibzyklen 1ms 1,6ms 1,8ms

Spielzeit des Audio Buffer am VS1011 10ms 10,4ms 10,5ms

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µController - Atmega64

• I/O ports• External interrupts• Sleep mode• 8-bit Timer/Counter0 with asynchronous operation• 16-bit Timer/Counter1• SPI – Serial Peripheral Interface• USART – serial communication• Analog to digital converter• Watchdog• JTAG interface and on-chip debug system

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Layout

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Flussdiagramm der main-Funktion

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Benutzerschnittstelle

• 5 Taster zur Steuerung des Players• Abfrage über externe Interrupts• Realisierung verschiedener Kombinationen:

– Taster kurz, lang, sehr lange gedrückt– Tastenkombinationen

Taster kurz lang

1 Play / Pause Bassverstärker ein/aus

2 Lauter nächste MP3

3 Leiser vorherige MP3

4 GPS an/aus GPS reset

5 --- Gerät ein/aus

Tastenkombination Funktion

Taster 1 + 4 lange gedrückt Tastensperre ein/aus

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Technische Daten des Y-Pot

Kopfhörer >30 Ohm

Versorgungsspannung:Player

LiPoly Akku2,8V bis 4,2V1550mAh

Versorgungsspannung:Ladeschaltung

4,5VMaximum 100mA

Speichermedium SD-Karte: 1 Gigabyte

Spielbare Dateitypen MPEG 1.0 & 2.0 audio layer III (MP3)variable and constant bitratebis zu 320 kbit/sec und 44,1 kHz

Spielzeit ohne GPS: 20hmit GPS: 15h

Displayauflösung 128x64

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Gehäusevorschlag

• Material: Plexiglas• Spritzwasserschutz durch Klebefolie• 4 Führungen zur Aufnahme in Draisine

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Ausblick

• Miniaturisierung des Y-Pot• Fertigung eines Gehäuses• Integration in Draisine• Verwaltung von Ordnerstrukturen• Kleineres Display• Solarpanelaufsatz

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Fazit

Fazit

- Sehr gute Unterstützung von Herrn Beck und Herrn Stumpf- Viel gelernt über Schaltungsentwicklung- Umgang mit zeitkritischen Funktionen in µControllern gelernt- Umgang mit On-Chip Debugging- Wahnsinnig viel Spaß- Dank an Trimble und Maxim für die kostenlosen Samples

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