嵌入式MP3播放器设计

.基于AT89C51SND1C的MP3播放器设计1、概述MP3作为高质量音乐压缩标准，正进入越来越多人的生活，给数字音频工业带来强劲的冲击。MP3技术音乐数据压缩比较大，回放质量较高。如将CD格式的音乐数据压缩成MP3格式，音效相差无几，但大小至少可压缩12倍。精品文档放心下载由于MP3音乐的较小数据量和近乎完美的播放效果，使MP3格式的音乐文件在网络上传输得以实现。1995年，采用MP3格式的音乐开始在网上传播时，主要是用类似Winamp的播放软件进行播放,使MP3音乐无法脱离计算机进行播放,给欣赏音乐带来不便。谢谢阅读1997－1998年间，韩国Saehan公司制造了世界上第一台便携式MP3播放器MP-F20(MPMan系列MP3播放器的第一款商业产品)。1998年8月，DiamondMultimedia公司在美国推出精品文档放心下载.了Rio系列MP3随身听,正式启动了MP3播放器市场。随着技术的发展，人们对MP3播放器的要求也越来越高，因而制造商从各个方面提升其附加功能，扩大MP3播放器的适用领域。精品文档放心下载随着MP3播放器的出现和市场的快速发展为微控制器(MCU)甚至MCU/DSP混合器件应用带来了新的机遇。许多半导体公司提供各种供MP3播放器使用的器件，包括解码器、数模转换器、模数转换器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用标准产品(ASSP)以及MCU/DSP混合器件等,这就为MP3播放器的选型、设计、开发提供了多种方案。感谢阅读随着MP3播放器的激烈竞争，产品开发的发展以及技术的不断发展，一些芯片厂商已经推出了集成MP3解码及其它附加功能的微控制器MP3播放芯片，使MP3播放器向集成化方向发展。另外MP3播放器的附加功能也越来月具有吸引力，如将MP3中的储存器开辟为移动存储设备，增加了MP3录音、调频收音机、以及多种现场环境感觉功能的播放模式，可播放多种数字音乐格式(如WMA、AAC等)，集成时钟日历，同步显示中文歌词等等。谢谢阅读.2、 系统原理市场上流行的MP3播放器通常是兼具播放器和U盘功能的嵌入式电子产品,除了具有方便的播放控制功能之外,还支持USB通讯协议,可以与计算机进行数据交换,有些LCD显示,或具有录音功能。基于以上的功能分析,本文要涉及的MP3设计方案是一个仅具备以上几种基本功能的嵌入式系统。感谢阅读一个典型的MP3播放器的主要结构如图1所示。其组成部分包括单片机控制系统、LCD显示器、按键、MP3解码器、D/A转换、音频放大、大容量移动存储器、USB接口和声音输出等等。感谢阅读LCD显示器 大容量移动按键单片机存储器(MP3解码、D/A转换）USB音 频放大

声 音输出图2.1MP3播放器主要结构示意图MCU(单片机)主要负责控制USB接口芯片与计算机通讯从计精品文档放心下载算机商下载MP3文件、通过总线控制解码芯片工作，以及完成数精品文档放心下载.据从源到解码器的传输；大容量移动存储器用来存储MP3文件，播放时MP3文件从存储器传送到解码器解码，这些控制都是由单片机实现的。解码后的数字音频信号通过内置D/A转换器转换成模拟音频信号，然后通过音频放大电路，最后输出。LCD显示器同步显示正在播放的MP3文件的状态，按键控制MP3播放器的播放、停止、快进和倒带以及其它功能的选择。谢谢阅读在具有U盘功能的MP3播放器中,U盘主要由CPU、USBDevice接口芯片和存储器三部分构成。其中CPU和USBDevice接口往往是集成在一起的芯片,存储器一般为Flash；MP3主要组成部分是:CPU、MP3硬件解码器、D/A转换与音频放大器、Flash存储器。集成解决方案可以是带MP3硬件解码器的CPU,或者是将硬件解码、D/A转换与音频输入集成在一起。如果利用U盘的海量存储容量,为MP3提供大量存储器,同时MP3和U盘采用同一个CPU来进行MP3播放器的设计,可使其具有良好的性价比。本文所设计的具有U盘功能的MP3可分为以下几个组成部分:CPU、USBDevice接口、MP3硬件解码、D/A转换与音频放大芯片、Flash存储器。几个可以参考的方案如表1所示。感谢阅读表2.1方案选择表.CPUUSBDeviceMP3解码芯片D/A转换与音Flash存接口芯片频放大芯片储器方AT89C51SNDAT89C51SNDAT89C51SNDCS4330A+双K9F5608案1中集成1中集成1中集成路运放一方PIC16C64PDIUSBD12MAX3507DDAC3550K9F5608案二方AVR8515PDIUSBD12STA013CS4330A+双K9F5608案路运放三以数字电路为主的硬件电路设计,一般以芯片为核心来实现系统功能。单个芯片实现某一部分的主要功能,而多个芯片之间则要有机的协调和配合。因此,最终选定高集成度的带有CPU、解码器和USB控制器的芯片AT89C51SND1为核心来完成MP3播放器中的设计。通过AT89C51SND1集成芯片进行解码和USB控制,辅以K9F5608进行存储,并通过CS4330A和双路运放芯片实现D/A转换与音频放大来实现MP3(U盘)的功能。精品文档放心下载3、 硬件系统设计（1）嵌入式处理器选型设计由于AT89C51SND1C芯片中集成有CPU、MP3解码器和USB感谢阅读.控制器，可以大大简化硬件设计的复杂度，而且成本不算很高，所以本次课程设计打算采用AT89C51SND1C芯片做为系统的嵌入式处理器。谢谢阅读AT89C51SND1C是美国ATMLE公司针对MP3解决方案新生产的一款芯片，具有C51内核，AT89C51SND1C在原有的89C51的基础上增加了MP3解码模块，支持48、44.1、32、24、22.05、16KHz采样频率,左右声道独立的音量控制,重低音、中音、高音均衡控制,重低环绕声效果,辅助数据输出等功能。还增加了I2C/PCM音频输出模块，串并行接口模块（USB，SPI，IDE），以及其他的外存储器接口模块。谢谢阅读AT89C51SND1C芯片包括8个功能块：(1)MP3音频解码器：AT89C51SNDlC可实时解码MP3数据为PCM音频数据，同时也支持MP3其他频率。解码器也支持其它特性如声音控制、低音放大、辅助数据提取等．感谢阅读(2)音频输出接口：允许音频解码位流以不同的格式输出。精品文档放心下载(3)通用串行总线(USB)接口：支持USB存储类的MP3音频解码文件下载；支持USB固件类升级的在系统编程。感谢阅读(4)外插闪存卡接口：该接口适应多媒体卡模式的2.2规范．允许移动闪存卡上音频解码文件的存储，这样在应用时可轻易地插感谢阅读.入和拔除，此接口亦可用于在系统编程。(5)IDE／ATAH接口：该接口允许C2LROM读卡机、压缩闪卡、硬盘等驱动设备的连结。由一个具有低电平ANSI规范的16位双向总线部分组成，具有多存储接口，但只能用于连接C2LROM时的在系统编程。精品文档放心下载(6)串行外设接口：支持主模式和从模式，具有以下功能：MP3音频解码文件存储到数据闪存的接口；主机远程控制芯片。感谢阅读(7)双线控制器：支持4个标准的主模式和从模式，多主性能。具有以下功能：从设备如LCD控制器、音频DAC的连接；主机远程控制AT89C51SNDlC芯片及在系统编程。精品文档放心下载(8)A／D控制器：2道10位模数转换．具有电源管理、录音等功能。谢谢阅读（2）存储系统设计AT89C51SNDl芯片具有64K字节的闪存程序空间和4K字节引导闪存以及2304字节的RAM存储器，利用微处理器核对数据流和MP3解码器进行控制，其中地址从F000～FFFF的区域为4K字节的BootFlash,这部分程序是出厂时已经固化的BootLoader代码,它使用DFU(DeviceFirmwareUpdate设备固件升级)协议精品文档放心下载.来更新芯片FLASH存储器中的用户程序。芯片上电后即执行BootLoader,支持USB接口在线下载固件,这样,不需要硬件烧写器便可下载目标代码到芯片,降低了芯片开发的投资。AT89C51SNDl芯片用两种不同的空间提供数据内存访问。内部空间被映射成3个独立的段：低128BRAM段、高128BRAM段、扩展的2048BRAM段；外部空间。在这里外部RAM扩展我选择了32KB的SRAM芯片HY62WT08081E,存储空间的分配如表3.1所示：感谢阅读表3.1SRAM存储空间地址分配地址范围 说明0000h-07FFh 内部扩展SRAM0800h-7FFFh 外部扩展SRAM表3.2ROM存储空间地址分配地址范围 说明0000h-EFFFh 用户程序空间F000-FFFFh BootFlash外存储采用闪存K9F5608，它共有8个I/O引脚，另外有指谢谢阅读.令锁存允许线、地址锁存允许线、芯片启用线、读激活线、写激活线、就绪/忙碌输出线、输出缓冲区电源线、设备电源线。K9F5608闪存拥有32MB存贮量。它在数据写入和数据读出的时候使数据在I/O缓冲区与存储区之间传递。K9F5608闪存采用8位I/O线复用方式。谢谢阅读当CE信号线为低电平时，激活WE信号线（即WE为下降沿），则指令，数据，地址都是由8条I/O线写入。数据锁存是在WE的上升沿。通过复用8条I/O线，数据，地址，指令分别由CLE，ALE控制传输。由于K9F5608闪存拥有32MB的存贮量，所以需要24条地址线。所以需要3个总线周期寻址。这三个周期分别为行周期，低列周期，高列周期。对层（page）的读操作和程序操作由于需要指令的输入所以也需要3个周期。在块的擦写中，需要2个周期。精品文档放心下载（3）键盘设计AT89C51SND1C芯片已经提供了完善的键盘接口，引脚为KIN0、KIN1、KIN2、KIN3。在这里我直接借用它的键盘接口，直接将开关按键接入到这四个引脚，分别作为STOP、FFW、REW、PLAY/PAUSE按键。感谢阅读.（4）D/A转换和音频处理设计由于AT89C51SND1C中只带有MP3解码模块，所以需要对MP3解码出来的数字信号进行D/A转换得到模拟信号，然后经过伴音处理芯片TDA7050,输出到耳机。D/A转换芯片我选用的是CS4330。这个芯片工作电压为3V或者5V，所以电源提供的3.3V电压并不能完全满足它的要求，这里我加上两个电容C37(0.1uF)和C38(10uF)进行处理，给CS4330提供稳定的电压。AT89C51SND1C的DOUT引脚直接接到CS4330芯片的SDATA引脚。TDA7050芯片进行伴音处理，它的最大电压为6V，正常输入电压为3V，这里分别将CS4330的AOL,AOR两个引脚输入接到芯片的IN1-和IN2-两个引脚，芯片处理后，输出OUT1和OUT2为左右声道的声音。电路原理图如下所示：感谢阅读.图3.1D/A转换和音频处理电路图（5）电源设计使用Max1677芯片进行电压转换,将两节七号干电池电压升感谢阅读至3.3V。连接USB口处:用AS117把5V电压降至3.3V,并保证3.3V谢谢阅读电压的输出。电源设计图如下所示：.图3.2电源设计图（6）中断分配AT89C51SND1C芯片内部集成了很多功能部件，也提供了精品文档放心下载完善的中断机制，表3.2是中断系统信号表，表3.3是本系统用到感谢阅读的中断的中断优先级和中断向量表。表3.3中断系统信号信号名称 描述 选择引脚.INT0外部中断0P3.2INT1外部中断1P3.3KIN3:0键盘中断输入P1.3:0表3.4中断优先级和中断向量表中断名优先级中断向量INT01（最高级）C:0003hTimer02C:000BhINT13C:0013hTimer14C:001Bh串口5C:0023hMP3解码器6C:002Bh音频接口7C:0033h双线控制器9C:0043hA/D转换11C:0053h键盘12C:005BhUSB14C:006Bh（7）RS232接口电路.AT89C51SND1C芯片内部集成了 UART,在这里我选用了精品文档放心下载MAX232CWE芯片。数据由PC机A的串口RS232发出，经精品文档放心下载MAX232电平转换后，送入芯片。在芯片中，先由扩展串口UART精品文档放心下载接收数据，经内嵌8051的控制处理。图3.3RS232电平转换电路设计4、 软件系统设计主要使用51系统单片机中所使用的C语言来实现MP3源程序精品文档放心下载设计。没有实时操作系统的支持。可以利用单片机开发软件Keil精品文档放心下载软件方便开发mp3播放器，无需特殊软件平台。具有U盘功能的MP3程序由两大部分组成:MP3播放功能和谢谢阅读.USB通讯功能。(1)MP3播放功能MP3播放功能模块的工作分为两个部分:第一部分是循环播放MP3歌曲,该功能需要首先做一些初始化工作,MP3解码器一旦开始工作,就会一直向CPU请求数据,直至歌曲结束,只有通过键盘操作才会使该功能提前结束。因为MP3文件的数据量较大,在flash存储器内是以页为单位进行存储的,所以MP3的播放程序初始化就是要把该文件的首地址和页数先读出到CPU中,然后CPU可以根据如上数据进行取数据工作。谢谢阅读第二部分则一直在等待中断发生,该程序是与键盘结合起来的,主要用于使用者对播放过程的控制。键盘操作对MP3播放过程的控制还包括后退、跃进、跳到下一首、音量控制等。因为整个播放过程的键盘控制功能比较单一,没有键的复合操作,所以程序都很容易实现。精品文档放心下载歌曲播放器程序要与键盘和LCD配合起来设计。程序流程大概可分为：硬件初始化→获取U盘中mp3歌曲列表→歌曲播放和LCD显示。MP3播放器部分主流程图如图4.1所示。精品文档放心下载歌曲播放和LCD显示是程序的核心部分。主处理器和LCD从处理器之间通过串口进行通信，以达到歌曲播放与歌词显示的同步谢谢阅读.以及键盘操作状态的及时刷新。其程序流程图如图4.2所示。谢谢阅读(2)USB通讯功能主处理器让USB海量存储设备在批量传输方式下工作，这样共需要3个端点。0端点：控制端点。用于控制传输，PC机通过与端点0相对应的管道来读取设备描述符，完成对设备地址的设置，并完成配置。此端点为双向数据传输端点。两个非0端点：批量传输端点。这种端点为单向数据传输端点，分别为批量输入端点和批量输出端点。主处理器通过一个端点中断寄存器（UEPINT）和PC机通信。如果某个端点完成了相应的操作，就会引发中断。USB主程序结构框架流程图如图4.3所示。谢谢阅读开始Flash复位MP3初始化播放当前歌曲键盘和LCD初始化是EA=1开中断是否处于否播放状态获取歌曲信息播放器停止图4.1MP3播放器部分主流程图.开始U盘中查找当前歌曲歌词文件，传给LCD从处理器感谢阅读从处理器接收文件，查找字库将歌词转换成LCD显示格式，作歌词与显示时间映射表MP3解码器开始工作，键盘响应中断，LCD同步显示歌词和状态歌曲结束，准备播放下一首图4.2歌曲播放程序流程图开始USB控制器初始化端点初始化读取UEPINT状态端口0是否产生中断否端口1是否产生中断否端口0是否产生中断否UEPINT清零

.是处理标准USB请求是处理Bulk-In端点请求是处理Bulk-Out端点请求图4.3USB主程序结构框架主流程图(3)文件管理功能因为该系统还要具有U盘的功能,所以存储器中的文件还要能谢谢阅读.够让计算机读写和识别,也就是所有的文件还要严格满足计算机文件系统格式的要求。在所有计算机文件系统中,FAT是比较常用的一种。一个FAT文件系统卷由4个部分组成:保留区、FAT区、根目录区、文件和目录数据区。其中保留区中的第一个分区必须是BPB,也称作“引导扇区”,因为它含有对文件系统进行识别的关键信息,计算机将以此信息识别存储器文件格式,因此十分重要。感谢阅读FAT区存放的是文件分配表。操作系统的存储空间是按簇来分配的,簇是操作系统分配的最小存储单元,每个簇在FAT表中占据一个16位的位置,称为一个表项。同一个文件的数据并不一定存放在存储区的一个连续的区域内,往往会分成若干段,像一条链子一样的存放,这种存储方式称为文件的链式存储。为了实现文件的链式存储,必须准确地记录哪些簇已经被占用,还必须为每一个已经占用的簇指明后继内容的下一个簇的簇号,对于一个文件的最后一个簇,则要指明本簇没有后继簇,这些就是由FAT表来存储的。感谢阅读根目录区存放的是目录项,每个目录项为32个字节,记录一个文件或目录的信息。目录项所占的空间与目录项的个数有关。感谢阅读文件和目录数据区是真正存放文件数据的位置,所有数据都按照以上信息分配存储的。精品文档放心下载其中比较重要的数据结构设计如下所示：.structBootSecFAT16Str//引导扇区FAT16扩展结构精品文档放心下载{BYTE BS_DrvNum;BYTE BS_Reserved1;BYTE BS_BootSig;DWORD BS_VolID;char BS_VolLab[11];char BS_FilSysType[8];};structBootSecFAT32Str//引导扇区FAT32扩展结构精品文档放心下载{DWORDBPB_FATSz32;//FAT32扇区总数WORDBPB_ExtFlags;WORDBPB_FSVer;DWORDBPB_RootClus;//根目录开始的簇WORDBPB_FSInfo;WORDBPB_BkBootSec;charBPB_Reserved[12];BYTEBS_DrvNum;.BYTE BS_Reserved1;BYTE BS_BootSig;DWORD BS_VolID;char BS_VolLab[11];char BS_FilSysType[8];};structBootSecStr//引导扇区结构{BYTEBS_jmpBoot[3];BYTEBS_OEMName[8];WORDBPB_BytesPerSec;//每扇区字节数512BYTEBPB_SecPerClus;//每簇扇区数1248163264128WORDBPB_RsvdSecCnt;//保留扇区数0x20BYTEBPB_NumFATs;//FAT表个数2WORDBPB_RootEntCnt;WORDBPB_TotSec16;BYTEBPB_Media;WORDBPB_FATSz16;WORDBPB_SecPerTrk;.WORDBPB_NumHeads;DWORD BPB_HiddSec;DWORD BPB_TotSec32;union FATUni{structBootSecFAT32StrF32;精品文档放心下载structBootSecFAT16StrF16;精品文档放心下载}FAT;};structDPTStr//分区表结构{BYTE BootFlag;BYTE CHSBegin[3];BYTE TypeCode;BYTE CHSEnd[3];DWORD LBABegin;DWORD CntSec;};.structFAT32FSInfoStr//FAT32扩展信息结构谢谢阅读{DWORD LeadSig;BYTE Reserved1[480];DWORD StrucSig;DWORD FreeCount;DWORD NxtFree;BYTE Reserved2[12];DWORD TrailSig;};structFAT32SDirStr//FAT目录结构短文件名精品文档放心下载{CHAR Name[11];BYTE Attr;BYTE NTRes;BYTE CrtTimeTenth;WORDCrtTime;WORDCrtDate;WORDLstAccDate;.WORDFstClusHI;WORDWrtTime;WORDWrtDate;WORDFstClusLO;DWORD FileSize;};structFAT32LDirStr//FAT目录结构长文件名感谢阅读{BYTE Ord;BYTE Name1[10];BYTE Attr;BYTE Type;BYTE Chksum;BYTE Name2[12];WORDFstClusLO;BYTE Name3[4];};structFAT32Str//FAT32参数表.{BYTEClusSecCnt;//当前簇扇区计数DWORDCurrentDirectory;//当前目录入口（簇号）BYTESecPerClus;//每簇扇区数1248163264128WORDRsvdSecCnt;//保留扇区数0x20BYTENumFATs;//FAT表个数2DWORDRootClus;//根目录开始的簇DWORDClusSec;//簇开始的扇区DWORDFATSz;//FAT表大小（扇区）DWORDFATSec;//FAT表开始扇区DWORDFSISec;//FSI所在扇区DWORDFSIFreeCount;//空闲簇数DWORDFSINxtFree;//空闲簇搜索指针};structFCBStr{CHAR FileName[12];//文件名DWORD Size;//文件大小DWORD FirstCluster;//第一个簇.DWORD Las