【正文】 嵌入式設(shè)備的開發(fā)過程是一個(gè)復(fù)雜的過程。因?yàn)閺?fù)雜，所以很有發(fā)展的潛力。 MP3 作為高質(zhì)量音樂壓縮標(biāo)準(zhǔn)，給音頻產(chǎn)業(yè)帶來了巨大的沖擊。 MP3 技術(shù)使音樂數(shù)據(jù)壓縮比率大，回放質(zhì)量高。如 CD 格式的音樂數(shù)據(jù)壓縮成 MP3 格式，音效相差無幾，但大小至少可壓縮 12 倍。由于 MP3 音樂的較小數(shù)據(jù)量和近乎完美的播放效果使其在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)靡詫?shí)現(xiàn)。 1995 年， MP3 格式的音樂文件剛 在網(wǎng)絡(luò)上傳播時(shí)，主要用 Winamp 等播放軟件進(jìn)行播放，使 MP3 音樂無法脫離計(jì)算機(jī)進(jìn)行播放，給音樂欣賞帶來了不便。近幾年以來，隨著 MP3 播放器的出現(xiàn)及其技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì) MP3 播放器的要求越來越高，制造商在 MP3 播放器的選型、設(shè)計(jì)、開發(fā)、附加功能和試用領(lǐng)域等方面做了很多努力，設(shè)計(jì)了多種方案 [13]。 詳 細(xì)分析了嵌入式 MP3 播放器的開發(fā)過程，為嵌入式 MP3 播放器提供了一種合適的集成開發(fā)方法和框架。 消費(fèi)類的電子應(yīng)用在嵌入系統(tǒng)中所扮演的角色變得越來越重要，尤其是手持類產(chǎn)品更是越來越豐富。這類的產(chǎn)品的體積通常較小， 價(jià)位通常相對(duì)較低，對(duì)于功耗的要求也相對(duì)的嚴(yán)格許多。也因此先進(jìn)設(shè)計(jì)的焦點(diǎn)已經(jīng)不只是放在傳統(tǒng)的性能上，低功耗和低成本已經(jīng)轉(zhuǎn)而變成最重要的因素之一。本 設(shè)計(jì) 研究的是在 MP3 多媒體的應(yīng)用之下，以降低運(yùn)行頻率， 降低 功耗這個(gè)重要特性為目標(biāo)，對(duì)軟件和硬件兩方面分別作分析、評(píng)估和優(yōu)化，以達(dá)到所設(shè)立的目標(biāo)。硬件方面，分析了 MP3 的算法后，找出最迫切需要硬件加速的部分。通過驗(yàn)證系統(tǒng)可行性，期望能以盡量小的硬件成本，達(dá)到盡量好的加速效果。希望此研究分析的經(jīng)驗(yàn)及成果，能成為以后 開發(fā) 一個(gè)特殊應(yīng)用平臺(tái)時(shí)的基礎(chǔ)。 科技的迅猛發(fā)展給音樂帶來 了意想不到的發(fā)展機(jī)會(huì)。 MP3 播放器無疑是音樂史上極具顛覆性的傳播媒介。由于 MP3 播放器的生產(chǎn)成本較低、外觀可塑性強(qiáng)，并且可置于手機(jī)等不同產(chǎn)品中，滿足了不同消費(fèi)者的需求，因此，受到了不同層次消費(fèi)者的青睞。另一方面， MP3 格式是世界上第一個(gè)有損壓縮的編碼方案，基本上所有的播放器都支持它。 從有音樂開始，音樂的傳播方式是突飛猛進(jìn)的發(fā)展，音樂的傳播方式按照時(shí)間的先后順序可以劃分為樂譜傳播、唱片傳播、廣播傳播、電視傳播、網(wǎng)絡(luò)傳播等五個(gè)階段。在網(wǎng)絡(luò)中的各種音樂格式中， MP3 是目前最流行的一種音樂格式，深受廣大音樂愛好者 的喜愛。MP3 數(shù)字化設(shè)備以及數(shù)字化信息正是迎合網(wǎng)絡(luò)傳輸方便性的趨勢，通過全球龐大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)得以廣泛應(yīng)用。 本課題來源于 生產(chǎn)實(shí)踐 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 音質(zhì)是選擇音樂格式最重要的一個(gè)因素， MP3 音樂具有壓縮比高，音質(zhì)較好、制作簡單、容易獲取、交流方便等優(yōu)點(diǎn)。制作精良的 MP3 音樂，在專門的數(shù)字播放器中播放，完全可以 達(dá) 到普通 CD 唱機(jī)播放的音質(zhì)。適中的價(jià)格、良好的音質(zhì)，使用便于攜帶、長時(shí)間播放和豐富的資源使 MP3 播放器成為最受歡迎的網(wǎng)絡(luò)音樂媒體。 課題研究的目的和意義 課題研究的目的 MP3 早在多年前就打敗了 CD/MD 播放器，奪取了隨身 聽市場的頭把交椅。然而事隔多年， MP3 播放器非但沒有任何即將衰敗的跡象，反而因?yàn)樵絹碓綇?qiáng)悍的功能，越來越多變的造型以及工業(yè)設(shè)計(jì)新元素的添加，讓 MP3 能夠持久的煥發(fā)著生機(jī)和活力。倘若站在潮流的浪尖往回看，視頻概念，拍照功能，彩屏大屏拓展，巧克力按鍵，雙層注塑亞克力面板，雙概念炒作，鏡面工藝， 英寸超大屏幕，國內(nèi)的主流 MP3 廠家似乎總能夠保持一種默契，每隔一段不太長的時(shí)間就會(huì)為當(dāng)時(shí)的 MP3 加入一些新的設(shè)計(jì)元素，讓 MP3在消費(fèi)者面前永遠(yuǎn)保持著新鮮的賣點(diǎn)和創(chuàng)新的活力。然而當(dāng)我們更進(jìn)一步細(xì)致斟酌一下近期 MP3 曾經(jīng) 火熱過的賣點(diǎn)，在各式各樣華麗光環(huán)底下，卻未必全然都那么地完美無缺 [4]。也許廠家在設(shè)計(jì)之初，僅僅是為了增加 賣點(diǎn)而 不曾深入考量過這樣的新設(shè)計(jì)，是否就能夠更好的服務(wù)于用戶。甚至已可以說，一些新鮮元素僅僅是一種吸引眼球的賣點(diǎn)，當(dāng)站在實(shí)用好用的角度考慮時(shí)，更多的只是一種設(shè)計(jì)上的缺陷。 如今 MP3 技術(shù)已經(jīng)非常成熟，現(xiàn)階段各大商家最為關(guān)心的并不是如何實(shí)現(xiàn) MP3，而是如何能在低成本低功耗的平臺(tái)上實(shí)現(xiàn) MP3，這就意味著對(duì)原始 MP3 標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)現(xiàn)過程中的優(yōu)化是當(dāng)前的一個(gè)熱點(diǎn)，這也是進(jìn)行本課題研究的現(xiàn)實(shí)意義之所在。 音頻信號(hào)數(shù)字化 后所面臨的一個(gè)不容忽視的問題是：巨大的數(shù)據(jù)量給存儲(chǔ)和傳輸帶來的壓力。因此音頻壓縮技術(shù)在廣播專業(yè)領(lǐng)域、網(wǎng)絡(luò)傳輸及多媒體應(yīng)用中受到廣泛關(guān)注，成為音頻信號(hào)處理的關(guān)鍵技術(shù)之一。 MPEG(Moving Picture Experts Group)運(yùn)動(dòng)圖像專家組，在 1992 年底制定了第一個(gè)世界范圍的 HiFi(HighFidelity)質(zhì)量的音頻編碼標(biāo)準(zhǔn) MPEG1。MPEG1 分為三種不同的方式， 稱 為 Layer Layer2 和 Layer3。序號(hào)越高，復(fù)雜性越大，但是可提供更好的編碼效率，特別是在低比特率時(shí)。 MP3 就是 MPEG1 Layer3，是基于感知編碼的算法，目前在 CD 音質(zhì)的聲音壓縮方面，是一種通用的方法。使用 MP3 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于音頻數(shù)據(jù)編碼既可以獲得較大的音頻數(shù)據(jù)壓縮比，又可以得到較好的音樂回放質(zhì)量。MP3 的解碼器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及到大量的數(shù)學(xué)計(jì)算，對(duì)處理器與內(nèi)存的要求相當(dāng)高。目前，AT89C51 處理器以其高性價(jià)比，豐富的外設(shè)資源，越來越受到各種嵌入式研發(fā)人員的青睞 [57]?；谝陨媳尘?，我在此次設(shè)計(jì)中提出了 AT89C51SND1C 微處理器的 軟 件 解碼方案，在降低硬件成本的基礎(chǔ)上保證高質(zhì)量的播放效果。 課 題研究的意義 MP3 音頻播放器的最合理工作速度為 30Mips，而一個(gè)典型的視頻媒體播放器的理想速度則為 175Mips，所以提高 MP3 的工作速度，以及改善 MP3 的音質(zhì)是最關(guān)鍵的，也是亟待解決的問題。 MP3 是一種典型的嵌入式設(shè)備，而現(xiàn)在市場上比較常見的是閃存式 MP3。由于閃 存式 MP3 的容量限制，使它存儲(chǔ)歌曲數(shù)目較少，在功能上也很難實(shí)現(xiàn)多樣化。而硬盤式MP3 的多功能及大容量，也必將受到不少消費(fèi)者的喜愛。 另外一個(gè)原因是近年來，嵌入式系統(tǒng)與 單片機(jī)開發(fā) 的有機(jī)結(jié)合，已廣泛被應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 通信、工業(yè)控制、機(jī)頂盒、 PDA 等諸 多領(lǐng)域 [8]。本文提出了一種基于 單片機(jī) 的 MP3 播放器的設(shè)計(jì)方案，這就進(jìn)一步的體現(xiàn)了該設(shè)計(jì)的靈活性。目前該設(shè)計(jì)方案已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，實(shí)踐證明，此播放器擁有市面 MP3 所有的全部功能并能夠很好的運(yùn)行。 國內(nèi)外概況 隨著經(jīng)濟(jì)全球化的推進(jìn)和中國加入 WTO，每一個(gè)企業(yè)都被置于了一個(gè)全球性的大市場中，任何一個(gè)企業(yè)都面臨著行業(yè)內(nèi)部各個(gè)方面的競爭壓力，同時(shí)也面臨著行業(yè)外部的進(jìn)入威脅，企業(yè)要想在競爭中立于不敗之地，就必須首先在一個(gè)市場或一個(gè)行業(yè)取得絕對(duì)性的競爭優(yōu)勢，同時(shí)以此為基礎(chǔ)在向另一個(gè)潛在的市場擴(kuò)張，這其中擁有的核心競爭力 是企業(yè)獲勝的關(guān)鍵，企業(yè)只有通過不斷的增強(qiáng)核心能力，并通過這些能力的強(qiáng)化組個(gè)來形成企業(yè)的核心競爭力，才能獲得持續(xù)的競爭優(yōu)勢。本文以嵌入式 MP3 播放器業(yè)務(wù)為研究的對(duì)象，通過對(duì)整個(gè)市場的研究、分析、比較得出嵌入式 MP3 的核心競爭力所在，并籍此制定出合理的競爭和發(fā)展戰(zhàn)略，最終在市場競爭中獲勝。 盡管經(jīng)歷了許多次洗牌，但國內(nèi)外 MP3/MP4 市場競爭依舊十分的激烈。生存壓力迫使不少廠商變得急功近利，盡量壓低產(chǎn)品成本的同時(shí)，產(chǎn)品的質(zhì)量也嚴(yán)重縮水。很少有人在產(chǎn)品的技術(shù)上下工夫。 隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式產(chǎn)品以其自然 的人際交互界面和豐富的多媒體處理能力迅速得以推廣，并取得了巨大成功。隨著人們生活水平的不斷提高以及對(duì)美好生活的渴望，對(duì)便攜試聽的要求也越來越高。 MP3 播放器近乎完美的播放效果和豐富歌曲資源、可靠性高、功耗低、無機(jī)械結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，普遍受到廣大音樂愛好者的歡迎。從 2021年到現(xiàn)在， MP3 市場繼續(xù)保持高速增長，銷量達(dá)到 萬臺(tái)，同比增長 %，銷售額達(dá)到 億元，同比增長 %。 MP3 市場超高速增長主要依賴以下因素：（ 1）國際市場閃存的價(jià)格迅速回落，使得MP3 的生產(chǎn)成本大幅度下降，從而引發(fā) MP3 價(jià)格的雪崩，市場平均價(jià)格從 1100 多元下降到 700 多元，一直到現(xiàn)在的 200 到 300 元，有效的刺激了學(xué)生等低收入群體的購買（ 2）MP3 的功能不斷增強(qiáng)，大多數(shù) MP3 在基本的播放功能的基礎(chǔ)上已經(jīng)具備了錄音、收音、FM 等附加功能，同時(shí)音質(zhì)不斷改善，播放模式更加多樣化，容量也在不斷擴(kuò)大 [9]。 在 MP3 市場上，國內(nèi)品牌廠商具有絕對(duì)優(yōu)勢。愛國者、聯(lián)想、朝華等廠商都占據(jù)市場銷售的前列。但國外品牌，如三星、 iRIVER、 iPOD、并沒有放棄對(duì)市場的爭奪。一方面他們繼續(xù)鞏固在高端市場的優(yōu)勢，同時(shí)也在不斷想中低端市場滲透。 松下、三洋和創(chuàng)新等加大投入，連索尼、 HP 和 DELL 等 IT 巨頭也相繼宣布進(jìn)軍中國 MP3 市場 。 國內(nèi)的品牌也不再滿足低端定位，紛紛推出自己的高端產(chǎn)品。國內(nèi)品牌愛國者、蒙恬、明基等廠商相繼推出各自的硬盤 MP3。在此基礎(chǔ)上，愛國者 還另辟蹊徑，推出獨(dú)特的彩屏 MP3?，F(xiàn)在已經(jīng)是百花爭鳴的 MP3 時(shí)代 。 雖然 2021 年 MP3 在市場價(jià)格不斷下降，但總體來說下降速度明顯低于預(yù)期，以至于256MMP3 收到價(jià)格過高的影響遲遲沒有替代 128M 產(chǎn)品。在 2021 年雖然主流 MP3 在價(jià)格上也有計(jì)劃的調(diào)整，但相對(duì)來說都比較克制。隨著價(jià)格的回落 與技術(shù)的成熟，當(dāng)前的MP3 已經(jīng)不再是過去發(fā)燒友們享受音樂的專利。其實(shí)，就像手機(jī)、 PC 所 走過的道路一樣，MP3 在容量、功能、外觀設(shè)計(jì)、視聽統(tǒng)一等多方面有了長足的進(jìn)步之后，便開始顯露出市場 細(xì)化趨勢。針對(duì)這種情況，幾乎所有的廠商都加大了新產(chǎn)品的推出力度，并細(xì)分產(chǎn)品線。 在市場細(xì)分下，愛國者月光寶盒 MP3 針對(duì)不同的用戶推出不同的經(jīng)典之作，產(chǎn)品劃分為經(jīng)典、時(shí)尚、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用型等等。蘋果的硬盤式 MP3— iPod 也因人性化的操作方式、巨大的容量，引起了轟動(dòng)，為 MP3 產(chǎn)品帶來了全新的思路。松下也開發(fā)了帶攝像頭的MP3。支持市 場細(xì)分的，是廠商的綜合實(shí)力、技術(shù)、市場、渠道和服務(wù)。這決定了未來的東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 較量，將充滿眾多變數(shù)和無限可能。 MP3 播放器一般分成 3 個(gè)部分： CPU、 MP3 硬件解碼器存儲(chǔ)器。其中可以將前兩部分集成在一起，即帶 MP3 硬件解碼器的 CPU；或?qū)⒑髢刹糠旨稍谝黄穑醇捎布獯a、 D／ A 轉(zhuǎn)換及音頻輸入。存儲(chǔ)器可以是 Flash 存儲(chǔ)器或硬盤。通過用 MP3 編碼技術(shù)，可以得到大約 12： 1 壓縮的有損音樂信號(hào)。盡管 MP3 音樂是有損的，它在壓縮過程中對(duì)功率譜較弱的信號(hào)有所丟失，但它同 CD 原聲區(qū)別不大，不影響一般音樂愛好者對(duì)音樂的欣賞。 MP3大大縮小了聲音文件的長度，使音樂的存儲(chǔ)和傳輸更方便。 課題 研究內(nèi)容 隨著現(xiàn)代電子工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展， MP3 播放器越來越受到人們的喜愛。目前單片機(jī)本 的應(yīng)用已經(jīng)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，許多開發(fā)領(lǐng)域都離不開單片機(jī)，而且單片機(jī)在音樂播放器領(lǐng)域有很大的應(yīng)用，本 課題 主要圍繞以下四個(gè) 部分 對(duì) 基于單片機(jī)的 音樂播放器進(jìn)行設(shè)計(jì)： （ 1） 對(duì) MP3 播放器的編解碼 進(jìn)行深入的 分析 。 （ 2） 對(duì) MP3 播放器的整體結(jié)構(gòu) 進(jìn)行 分析 。 （ 3） 對(duì) MP3 播放器的硬件 進(jìn)行 設(shè)計(jì) 。 （ 4） 對(duì) MP3 播放器的軟件 進(jìn)行 設(shè)計(jì) 與調(diào)試 。 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 2 MP3 的編解碼 過程 MP3 的工作原理 一個(gè)完整 MP3 播放器要分幾個(gè)部分：中央處理器、解碼器、存儲(chǔ)設(shè)備、主機(jī)通訊端口、音頻 D/A 和功放、顯示界面和控制鍵、其中中央處理器和解碼器是整個(gè)系統(tǒng)地核心。這里的中央處理器我們通常成為 MCU（單片微處理器），簡稱單片機(jī)。它運(yùn)行 MP3 的整個(gè)控制程序，也 稱為 fireware（或者固件程序）?？刂?MP3 的各個(gè)部件的工作：從存儲(chǔ)設(shè)備讀取數(shù)據(jù)送到解 碼器解碼；與主機(jī)連接時(shí)完成與主機(jī)的數(shù)據(jù)交換；接收控制按鍵的操作；顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)等任務(wù) 。解碼器是芯片中的一個(gè)硬件模塊，或者說是硬件解碼（有的MP3 播放機(jī)是軟件解碼，由高速中央處理器完成）。它可以直接完成各種格式 MP3 數(shù)據(jù)流的解碼操作，并輸出 PCM 或 I2S 格式的數(shù)字音頻信號(hào) [10]。 存儲(chǔ)設(shè)備是 MP3 播放機(jī)的重要部分，通常的 MP3 隨身聽都是采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器（ FLASH MEMORY）或者硬盤（ HDD）作為儲(chǔ)存設(shè)備的 [11]。它通過接收儲(chǔ)存主機(jī)通訊端口傳來的數(shù)據(jù)（通常以文件形式），回放的時(shí)候 MCU 讀取存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù) 并 送到解碼器。數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)是要有一定格式的，眾所周知， PC 管理磁盤數(shù)據(jù)是以文件形式， MP3 亦不例外，最常用的辦法就是直接利用 PC 的文件系統(tǒng)來管理存儲(chǔ)器，微軟操作系統(tǒng)采用的是 FAT 文件系統(tǒng)，這也是最廣泛使用的一種 [12]。播放機(jī)其中一個(gè)任務(wù)就是要實(shí)現(xiàn) FAT 文件系統(tǒng)，即可以從 FAT 文件系統(tǒng) 支持 的磁盤中按文件名訪問并讀出其中的數(shù)據(jù)。 主機(jī)通訊端口是 MP3 播放機(jī)與 PC 機(jī)交換數(shù)據(jù)