Стационарный MP3/CD-плеер своими силами

Думаю, нет необходимости знакомить вас с форматом потокового сжатия и хранения аудиосигнала MP3 (желающие могут прочитать соответствующие статьи на нашем сайте). За последние три-четыре года этот формат стал самым популярным для распространения музыки среди пользователей РС и, в особенности, сети Internet. Его популярность в первую очередь вызвана высокой степенью компрессии исходного аудиосигнала, не вызывающей значительной потери качества. К примеру, десять аудиодисков стандартной продолжительностью 74 минуты можно легко уместить на одном компакт диске со звуковыми файлами, записанными в формате MP3. Таким образом, всего на одном CD-R, ценой менее 1$, можно хранить 12 часов музыки с приличным качеством. Кроме того, значительное падение цен на приводы CD-RW привело к их активному распространению среди домашних пользователей. В результате составление и запись собственных музыкальных библиотек в формате MP3 на компакт-дисках становится крайне выгодным по сравнению с записью обычных аудиодисков и гораздо более надежным (и более качественным) способом хранения по сравнению, например, с магнитной лентой.

Однако в этой большей бочке меда присутствует далеко не маленькая ложка дегтя. Для воспроизведения звука в формате MP3 первоначально требуется произвести декомпрессию аудиоданных по алгоритму, требующему для своего выполнения достаточно большое количество ресурсов. В обычной бытовой электронике соответствующих микросхем нет, поэтому послушать CD-MP3, скажем, на обычном музыкальном центре, к сожалению, не удастся. Долгое время воспроизводить MP3 файлы было возможно только с помощью компьютера, т. к. CD-проигрывателей распознающих этот формат до последнего времени в широкой продаже просто не было. На сегодня ситуация на рынке несколько изменилась, можно достаточно просто найти и приобрести портативный MP3/CD плеер за 100 — 200 долларов. Причем сложилась парадоксальная ситуация: при достаточно широком ассортименте портативных носимых моделей, устройства рассчитанные на стационарную работу, можно пересчитать по пальцам. Да и, кроме того, стоимость последних колеблется в районе 300-800 долларов. Вряд ли такие затраты агрегаты, можно считать приемлемыми и оправданными для среднего жителя нашей страны даже с учетом таких дополнительных возможностей этих устройств, как DVD-видео, караоке и т п.

Однако положение все же не так безнадежно, как кажется на первый взгляд. Для работы с MP3-файлами, вполне достаточно, вычислительной мощности младших моделей процессоров пятого поколения (Pentium, K5, Cyrix) с частотой 100 МГц. С учетом просто смешных цен на столь сильно устаревшее морально "железо", это позволяет собрать своими руками MP3/CD плеер, не уступающий по своим характеристикам фирменным моделям, при затратах на компоненты всего в 70–100 долларов. Данному вопросу и посвящена эта статья.
Выбор аппаратуры

Для декодирования МР3 вполне достаточно вычислительной мощности процессоров пятого поколения (Pentium, К5, Cyrix) начиная с частоты 100 МГц. Для наших целей подойдет любая, наиболее дешевой материнская плата, поддерживающая эти CPU, и выполненной на чипсетах Intel i430FX/VX/TX; VIA VP, VPX или любом другом подобном этим. При выборе платы следует лишь обратить внимание на следующие два момента:

    MB должна быть рассчитана на питание от блока питания типа АТ: стоимость такого БП в 2-2,5 раза ниже, чем у ATX-аналогов
    BIOS обязательно должен поддерживать загрузку операционной системы с CD-ROM

Кулер для процессора следует выбрать помощнее: рассчитанный на охлаждение процессоров Celeron/Р3, а еще лучше Duron/Atlon. Радиаторы в таких кулерах обладают лучшей теплоотдачей, что позволяет использовать их без вентилятора (для уменьшения шума). Устанавливать радиатор нужно обязательно, предварительно обмазав процессор тонким слоем теплопроводящей пасты. В процессе работы системы проконтролируйте температуру радиатора. Если поднимается выше 50-60 градусов, то можно попытаться уменьшить тактовую частоту CPU изменением внешней частоты шины или коэффициента умножения для внутренней частоты процессора. Кроме того, можно попытаться, снизить напряжение питания ядра процессора на 0,1–0,3 В, если это позволяет сделать выбранная материнская плата. Если установка нестандартных напряжений не описана в инструкции к MB (или инструкция просто отсутствует), то стоит ознакомиться с документом по этому адресу: возможно, с его помощью все получится.

Требования к оперативной памяти у программы проигрывателя MP3 для DOS минимальны. Это позволяет ограничиться двумя модулями SIMM по 4 Mбайта.

К выбору привода СD-ROM нужно отнестись более внимательно. С одной стороны нужно выбрать устройство с как можно меньшей скоростью вращения диска: это не только приведет к снижению общей стоимости проигрывателя, но и значительно понизит общий шумовой фон, создаваемый при работе устройства. Но, с другой стороны, проигрыватель компакт дисков должен обязательно уметь работать с CD-R и, крайне желательно, CD-RW. Оптимальным будет установка 8–24×-скоростного проигрывателя. Только не забудьте перед окончательным выбором модели CD-ROMа проверить работу с записываемыми и перезаписываемыми дисками. Для проигрывания AudioCD нужно соединить привод CD-ROM со звуковой картой кабелем.
Доработка АТ блока питания
Техника безопасности

    Блок питания (БП) — единственный компонент в корпусе компьютера, где присутствуют опасные для жизни человека уровни напряжения. Надо заметить, что пагубное воздействие электрического тока на тело человека линейно возрастает по мере увеличения частоты воздействующего напряжения. В импульсных схемах стабилизаторов напряжения (к ним относится БП компьютера) сетевое напряжение 220 В 50 Гц (опасное для жизни) сначала выпрямляется, а затем преобразуется в переменный ток, но с частотой уже до нескольких десятков Кгц, что увеличивает разрушающее воздействие электрического тока на органы человека в несколько раз, и уже после такого преобразования напряжение понижается до безопасного уровня с помощью трансформатора. Поэтому все дальнейшие манипуляции проводите только при отключенном от сети шнуре питания. Также после отключения БП от сети перед началом работ желательно выдержать паузу в течение примерно 10 секунд, необходимую для разрядки высоковольтных конденсаторов.

Теперь о том, что предстоит сделать. Прежде всего, необходимо раскрутить корпус БП и изъять из него вентилятор (с целью снижения шумности изготавливаемого проигрывателя). Для компенсации ухудшения теплообмена имеет смысл заменить штатные радиаторы, прикрученные к силовых транзисторам и микросхемам стабилизаторов. Если они в процессе работы разогреваются до температуры выше 60°, то замените их более мощными, изготовленными, к примеру, из радиаторов от слотовых или сокетных процессоров. Температуру радиаторов ни в коем случае не проверяйте пальцем! Если у вас в наличии нет электронного термометра с электрически изолированным датчиком, то для приблизительной оценки температуры, можно положить на каждый радиатор (в выключенном состоянии) по маленькому кусочку парафина (температура плавления последнего 56°). Те радиаторы, на которых в процессе работы парафин начинает плавиться, желательно усилить. В любом случае проверьте, все ли компоненты, прикрученные к радиаторам, посажены на слой теплопроводящей пасты. Если нет — исправьте данную недоработку. Теплопроводящую пасту КПТ 8 можно приобрести практически в любом магазине торгующем радиоэлектронными компонентами.

Компромиссным вариантом является уменьшить напряжение питания вентилятора с 12 до 7 В путем подсоединения его между выходами БП +5 В и +12 В. Это значительно снизит производимый им шумовой фон.

Для уменьшения путаницы проводов, а также увеличения надежности желательно выпаять лишние провода для питания различной периферии. Необходимо оставить только шину, питающую материнскую плату и две шины для питания CD-ROM, дисковода и внешних индикаторов.

С целью уменьшения габаритов корпуса, блок питания в проигрыватель можно установить без кожуха, оставив только металлическое основание с прикрученной к нему платой стабилизатора. При такой установке еще и улучшится теплообмен силовых элементов БП с окружающей средой. Ничего страшного и особо опасного в эксплуатации такого БП нет: в бытовой аппаратуре блок питания обычно никогда не закрывается железным коробом с гудящим на всю комнату осевым вентилятором. Необходимо только помнить о мерах предосторожности, указанных выше.
Доработка клавиатуры

Для проигрывателя MP3 подойдет практически любая дешевая клавиатура. Фактически нам понадобится только небольшая плата контроллера с соединительным кабелем.

Сначала немного теории.

Упрощенная структурная схема клавиатуры показана на рисунке. Как видно из схемы, все клавиши находятся в узлах матрицы. Все горизонтальные линии матрицы подключены через резисторы к источнику питания +5 В. Клавиатурный контроллер имеет два порта — выходной и входной. Входной порт подключен к горизонтальным линиям матрицы (X0-X4), а выходной — к вертикальным (Y0-Y5). Устанавливая по очереди на каждой из вертикальных линий уровень напряжения, соответствующий логическому 0, контроллер опрашивает состояние горизонтальных линий. Если ни одна клавиша не нажата, уровень напряжения на всех горизонтальных линиях соответствует логической 1 (т.к. все эти линии подключены к источнику питания +5 В через резисторы). Если пользователь нажмет на какую-либо клавишу, то соответствующая вертикальная и горизонтальная линии окажутся замкнутыми. Когда на этой вертикальной линии контроллер установит значение логического 0, то уровень напряжения на горизонтальной линии также будет соответствовать логическому 0. Как только на одной из горизонтальных линий появится уровень логического 0, клавиатурный процессор фиксирует нажатие на клавишу. Он посылает в центральный компьютер запрос на прерывание и номер клавиши в матрице. Аналогичные действия выполняются и тогда, когда пользователь отпускает нажатую ранее клавишу.

А теперь, подкованные теорией, перейдем к практике. Для начала раскрутите винты на корпусе клавиатуры, и аккуратно, чтобы не рассыпались клавиши, разделите ее на две половинки: верхнюю с клавишами и нижнюю с токопроводящими дорожками на пленочной основе, присоединенными к плате контроллера.

Следующее, что необходимо сделать — укоротить соединительный кабель между клавиатурой и компьютером примерно до 25 — 30 сантиметров. При этом удобней переделать разъем, который втыкается в плату контроллера клавиатуры. В крайнем случае жилы соединительного кабеля можно просто припаять к плате с контроллером. Главное — не перепутайте их местами!

Теперь остается последний этап: нужно по рисунку печатных проводников на пленочной основе и расположению клавиш на снятой ранее верхней половинке клавиатуры отследить номера контактов на разъеме платы контроллера, которые замыкаются при нажатии соответствующих клавиш и припаять к этим контактам на многожильных проводниках длинной около 30 сантиметров кнопки управления. Проводники, к примеру, можно сделать из обрезанного ранее соединительного шнура. Для управления проигрывателем необходимо припаять кнопки на место следующих клавиш:

(Page UP), (Page Down)
    перемещение по записям
(Left), (Right)
    перемотка записи
(F5), (F6)
    скорость воспроизведения
(Up), (Down)
    регулировка громкости
(F3), (F4)
    баланс
(/)
    пауза при воспроизведения
(S)
    режим "Surround sound"
(x), (c)
    следующий/предыдущий трэк на аудиодиске

Звуковая плата

От выбора звуковой платы в дальнейшем будет напрямую зависеть качество воспроизводимой музыки (уровень шума, искажения, и т. п.), поэтому скупиться при выборе этого важнейшего компонента для вашей будущей аудиосистемы не стоит. При выборе звуковой платы следует учесть, что большинство программных плееров, работающих под управлением MS-DOS, не совместимо с платами для шины PCI. Наилучшим выбором (по моему мнению), могла бы стать б/у SoundBlaster 16/32/64 за 10–25$.

На используемой вами звуковой плате возможно распаяна микросхема усилителя мощности звуковой частоты (УМЗЧ) мощностью 2–4 Вт на канал. При этом на плате имеются либо два разъема "line out" и "spk. out", либо (чаще всего) две перемычки.

На контакты с номером 1 стереосигнал подается непосредственно с микросхемы кодека, а на контакты под номером 3 — усиленный для воспроизведения с помощью пассивных колонок (или наоборот). Контакты 2 соответственно подсоединены к выходному разъему на плате. Коммутация сигналов осуществляется двумя перемычками, которые могут одновременно переставляться в два положения: 1–2 или 2–3. Для того, чтобы была возможность проигрывать записей без внешнего усилителя мощности, в корпус проигрывателя можно установить пару динамиков небольшой мощности и подключить их по приведенной ниже схеме, к выходу встроенного на плате усилителя мощности. Выключатель SA1 служит для отключения внутренних динамиков при воспроизведении сигнала через внешний усилитель. При этом внешний выход звуковой платы перемычками нужно сконфигурировать как "Line out". К звуковой плате динамики удобно подключать путем надевания подходящего по типоразмеру разъема на описанный выше джампер.

Корпус

Изготовление качественного корпуса — самая трудоемкая часть всего проекта. Конечно, проще всего оставить проигрыватель MP3 в корпусе от компьютера, но такой вариант вряд ли будет гармонировать с интерьером квартиры. Лучше использовать самодельный корпус подходящих габаритов и оформления, похожий по стилю исполнения на уже имеющуюся у вас аудиоаппаратуру. К примеру, удобно использовать уже готовый корпус от отжившего свой век звукового усилителя мощности, изготовленного в далекие советские времена: нужно только изготовить новую лицевую панель с необходимыми вырезами и надписями (для кнопок управления, CD-ROM и индикаторов). В общем, здесь все определяется вашей фантазией и подручными материалами. Следует только не забывать о том, что корпус должен иметь достаточное количество вентиляционных отверстий, для обеспечения нормального уровня естественной конвекции нагретого воздуха от элементов плеера, т. к в устройстве отсутствуют вентиляторы для принудительного обдува силовых элементов в БП и процессора на материнской плате. Полезно прочитать советы по изготовлению фальшпанелей по следующим адресам:

    wwwnnov.rfnet.ru:8100/rf/falsh-p.htm
    lytnev.newmail.ru/tehnology/color.htm
    /www.nnov.rfnet.ru:8100/rf/anodir.htm

Индикатор номера проигрываемой записи

Для индикации номера проигрываемой записи потребуется собрать модуль индикации по несложной схеме.

Для этого узла потребуется три микросхемы К555ИР8 (восьмиразрядный сдвиговый регистр), и три семисегментных светодиодных индикатора АЛС324А с общим катодом. Перед началом проигрывания очередного файла в сдвиговые регистры D1-D3 управляющая программа последовательно загружает через LPT-порт число, соответствующее номеру проигрываемой записи, Вместо указанных на схеме микросхем, можно использовать любые другие, рассчитанные на напряжения питания 5 вольт, и имеющие, аналогичное функциональное назначение. Также подойдут любые другие светодиодные семисегментные индикаторы с общим катодом. В случае использования компонентов, отличных от указанных на схеме, потребуется скорректировать указанные здесь номера выводов для микросхем и индикаторов в соответствии с их разводкой корпусов.
Софт

После включения проигрывателя MP3 в сеть, BIOS проводит тестирование установленных в системе компонентов, после чего загружает операционную систему CD-ROM. Поэтому предварительно необходимо, подключив к материнской плате монитор, настроить соответствующим BIOS Setup. Кроме того, на все компакт диски, предназначенные для использования с данным проигрывателем, должна быть записана соответствующая загрузочная запись.

В качестве встроенной операционной системы можно использовать ядро MS-DOS из Windows 95 или 98. В процессе загрузки DOS создает виртуальный диск размером 2 Mбайт и помещает на него текстовый файл, содержащий имена всех файлов с расширением .МР3, имеющихся на компакт-диске. После чего запускается программа проигрывателя MP3 для DOS, которая начинает проигрывать по очереди записи из Playlist, начиная с той, которая была воспроизведена последней перед выключением проигрывателя. Если же после предыдущей перезагрузки системы производилась замена диска, то проигрывание начинается с первого файла в Playlist. При этом номер исполняемой записи выводится через LPT порт на внешний индикатор.

Номер исполняемой записи из Playlist и индивидуальный серийный номер диска сохраняется в энергонезависимой памяти компьютера CMOS. Управление проигрывателем производится с помощью восьми кнопок: перемотка записи вперед/назад, смена записи на следующую/предыдущую, громкость выше/ниже, пауза, смена диска.

Программное обеспечение для проигрывателя можно взять здесь. Распакуйте архив в любой каталог, поместите дискету емкостью 1.44 Mбайта в дисковод, и, под управлением Windows 95/98, запустите файл setup.bat (bat файл написан в расчете на то, что Windows установлен в каталоге c:\windows; если это условие не выполнено, то необходимо с помощью текстового редактора скорректировать соответствующие пути в файле setup.bat). Все — загрузочная дискета создана. Осталось только не забывать записывать образ этой дискеты на те диски, которые вы собираетесь слушать на описанном в этой статье проигрывателе.

Существенным недостатком приведенной выше схемы работы проигрывателя является невозможность прослушивания дисков, купленных в магазине (к примеру, коллекций альбомов какой-либо группы), т. к. на таких дисках нет соответствующей загрузочной записи. Обойти эту проблему можно, поместив дополнительно в корпус проигрывателя дисковод, с созданной ранее загрузочной дискетой, и установив в BIOS SETUP приоритет загрузки операционной системы сначала с CD-ROM, а потом с флоппи. Такая модификация удорожит конструкцию проигрывателя на 10$ (если не меньше), но, при этом, значительно увеличит универсальность его использования.

Кроме проигрывания MP3, используемая программа способна воспроизводить звуковые файлы форматов MP2, MOD, XM, S3M, а также AudioCD.
Возможные усовершенствования плеера (в расчете на любителя)

С целью улучшения внешнего вида и удобства эксплуатации проигрывателя, на передней панели корпуса можно установить индикатор мощности аудиосигнала. Его можно либо собрать самому, воспользовавшись описанием схемы приведенной, к примеру, по этому адресу, либо купив готовый блок от музыкального центра на радиорынке. Последний вариант является гораздо более простым (но не самым дешевым), в особенности, если вы не особенно хорошо разбираетесь в электронике.

Следующим шагом к повышению удобства использования проигрывателя могло бы стать оснащение его однострочным алфавитно-цифровым LC-дисплеем вместо предложенного выше цифрового индикатора номера, проигрываемого трека. Дисплей проще всего подключить к параллельному порту, и выводить на него содержимое ID3-тэгов (имя исполнителя и название песни), а также время проигрывания записи. Однако здесь не обойтись без хорошего умения программировать на Си или Паскале. В предложенной мной программе, написанной на смеси Паскаля с Ассемблером, нужно будет переписать процедуру вывода информации на индикатор в соответствии с алгоритмом работы выбранного вами LCD. Если выводимая строка не вмещается целиком на индикаторе, то нужно будет организовывать горизонтальный скроллинг, привязав его к прерыванию от аппаратного таймера компьютера (INT 1Ch). Содержимое ID3-тэга можно легко получить и без знания формата заголовка МР3-файла: с помощью вызова внутренней команды DIR (см. исходный текст, программы mp3.pas) командного процессора command.com при использовании в качестве встроенной операционной системы MS-DOS версии 7.1 (из состава Windows 98)
Заключение

Подведем итог. Для создания описанного выше проигрывателя CD-MP3 потребуются следующие компоненты:
Блок питания АТ 8$
Процессор с частотой 100-150 MГц 12$
Кулер 3$
Материнская плата 20$
Память 2 SIMM по 4 Mбайта 8$
б/у CD-ROM 8× 20$
Клавиатура 4$
Звуковая плата 8$
Прочие расходы (микросхемы, индикаторы, динамические головки) 7$
Итого 90$

С учетом использования более качественной звуковой платы и дисковода для 3,5" дискет, расходы могут вырасти до отметки 120 долларов. Плюс к тому придется потратить пару выходных на сборку проигрывателя. Поэтому, возможно, практичнее будет добавить еще 30$ долларов и купить носимый MP3/CD плеер, с адаптером питания от сети, и подключить его к вашему музыкальному центру. В данном случае его можно будет всегда взять плеер с собой в дорогу (только необходимо перед этим, не забыть запастись комплектом батареек). С другой стороны если вы уже обладаете морально устаревшим компьютером на чем-нибудь типа Intel Pentium 100, любите слушать музыку, и немножко разбираетесь в сборке компьютерного железа, то самостоятельная сборка описанного здесь MP3/CD плеера может оказаться гораздо более выгодным вариантом, нежели продажа старого компьютера фактически за бесценок.

Ссылка