基于51单片机的音乐播放器.docx

基于51单片机的音乐播放器余子健、刘胤、宋亮摘要：本大作业是基于sst89e52rd2单片机制作的wav音乐播放器。该播放器可以播放存在sd卡中的音乐，通过对sd卡的读取并将数字信号送入单片机中，借助8位DA转换器TLC5620 变成模拟信号，经过放大器TDA2822放大交给扬声器发出最初读取的音频信号，实现音乐播放的功能。关键词：SD卡，WAV文件，DA，音频放大1背景音乐随身听产品经过几年的发展，已经变得相当成熟。市场上可以购买到各类不同的音乐播放器，产品线涵盖了高中低不同档次。作为学习与研究，本作品尝试利用STI51开发板板载资源以及外搭的功率放大电路制作一台音乐播放器，能够播放通过计算机拷贝在SD卡（或MMC卡、TF卡）的根目录中的某一个WAV文件。2硬件设计该音乐播放器硬件组成如下扬声器音频放大电路DA（TLC5620）MCUSD卡本音乐播放器使用容量为2G的SD作为外部存储器主控制器采用SST公司生产的SST89E58RDA，其40引脚封装的芯片功能模块如图1所示。芯片主要特想如下： 兼容80C51系列，内置超级FLASH存储器的单片机 工作电压VDD=4.55V，5V工作电压时0-40MHz频率范围 1KB的内部RAM 两块超级FLASH EEPROM，32KB的基本存储卡和8KB的二级存储块（扇区大小为128字节），二级存储块可用于存放掉电后要保存的数据，放在内部具有极强的抗干扰性 最大片外程序/数据地址空间为64KB 全双工增强型UART，帧错误检测，自动地址识别 9个中断源，4个中端优先级 降低EMI模式（通过AUXR SFR不允许ALE输出时钟），确保了单片机的高抗干扰性 双DPTR指针（查表，寻址更方便）图1DA转换芯片采用TLC5620，为4路八位串行DA。具有上电复位功能，采用单+5V电源供电，可产生一倍或二倍于基准电压与地（GND）之间的电压，且单调变化。管脚分布如图2。图2功放电路采用TDA2822作为主芯片。TDA2822 是双声道音频功率放大电路，适用于在袖珍式盒式放音机（WALKMAN）、收录机和多媒体音箱中作音频放大器。该电路的特点如下： 电源电压范围宽（1.815V），电源电压可低至1.8V 仍能工作，因此，该电路适合在低电源电压下工作； 静态电流小,交越失真也小； 适用于单声道桥式（BTL ）或立体声线路两种工作状态； 采用双列直插8 脚塑料封装（DIP8）。功放电路原理图如图3所示图3SD卡电路如图4图4电源供电用USB电源， LM1117-3.3V电平转换后输出的3.3V为SD卡提供电源。3.软件设计SD卡SD卡在上电初期自动进入SD总线模式，在此模式下向SD卡发送复位命令CMD0。如果SD卡在接收复位命令过程中CS低电平有效，则进入SPI模式，否则工作在SD总线模式。对于不带SPI串行总线接口的SST89E58RDA单片机来说，用软件来模拟SPI总线操作的具体做法是：将P0.3口（模拟CLK线）的初始状态设置为1，而在允许接收后再置P0.3为0。这样，MCU在输出1位SCK时钟的同时，将使接口芯片串行左移，从而输出1位数据至SST89E58RDA单片机的P0.2（模拟MISO线），此后再置P0.3为1，使单片机从P0.1（模拟MOSI线）输出1位数据（先为高位）至串行接口芯片。至此，模拟1位数据输入输出便完成。此后再置P0.3为0，模拟下1位数据的输入输出，依此循环8次，即可完成1次通过SPI总线传输8位数据的操作。 SD卡的初始化对SD卡进行操作首先要对SD卡进行初始化，初始化的过程中设置SD卡工作在SPI模式，其流程图如图3所示。图5数据块的读写 完成SD卡的初始化之后即可进行它的读写操作。SD卡的读写操作都是通过发送SD卡命令完成的。SPI总线模式支持单块（CMD24）和多块（CMD25）写操作，多块操作是指从指定位置开始写下去，直到SD卡收到一个停止命令CMD12才停止。单块写操作的数据块长度只能是512字节。单块写入时，命令为CMD24，当应答为0时说明可以写入数据，大小为512字节。SD卡对每个发送给自己的数据块都通过一个应答命令确认，它为1个字节长，当低5位为00101时，表明数据块被正确写入SD卡。在需要读取SD卡中数据的时候，读SD卡的命令字为CMD17，接收正确的第一个响应命令字节为0xFE，随后是512个字节的用户数据块，最后为2个字节的CRC验证码。可见，读写SD卡的操作都是在初始化后基于SD卡命令和响应完成操作的，写、读SD卡的程序流程图如图6和图7所示。图7图6 另外，利用winhex软件，可以找到音乐文件数据在SD卡中所处扇区号。在读取SD卡数据时可以直接从所需位置开始读取。 WAV文件本次作用采用的音频文件为微软公司开发的WAV音频文件，WAV文件格式是一种由微软和IBM联合开发的用于音频数字存储的标准，它采用RIFF文件格式结构，非常接近于AIFF和IFF格式。WAV文件主要由WAV文件的文件头和WAV声音文件的数据块组成。WAV文件的头文件WAV声音文件的数据块利用Ultraedit软件我们可以以二进制方式查看WAV文件，将WAV文件数据区的每一个字节按照一定速率顺次送入D/A中，再经过功放电路放大，即可以实现WAV文件的播放。WAV文件的采样率是指声音信号在“模数”转换过程中单位时间内采样的次数。常用的声音文件主要有两种，分别对应于单声道的11.025KHz采样率和双声道44.1KHz采样率，采样率越高的WAV音频文件音质越好。利用Adobe公司的Audition软件可以生成任意采样率的WAV文件。音频信息读取和播放本次使用的SST89E58RDA工作在11.0592MHz频率下，由于工作频率限制，WAV文件采样率不能过高，否则会由于音频信息写入DA速度不够而使声音失真。制作时采样率使用3000Hz。音频信息通过SPI通信从SD卡中读取，在读取到一个数据后立即写入DA。由于定时器中断的进出会浪费较多时间，所以在程序设计时没有采用定时器中断，仅仅采用了空延迟来对写入速度进行控制。这样做能获得比较高的写入速度，但是对写入速度的控制不够精确。4总结最终该播放器可以稳定播放采样率为3000Hz的WAV音频文件，声音效果一般，人声和伴奏可以分辨，带有一些杂音。本次作业研究了音乐播