畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-基于單片機(jī)的便攜式mp3播放器設(shè)計(jì)(已修改)
2025-01-29 00:21 本頁(yè)面
【正文】 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 1 1 便攜式 MP3 播放器基本原理 本章首先 討論便攜式 MP3 播放器的結(jié)構(gòu)、然后介紹多種存儲(chǔ)器類型、接著介紹各種通信接口及其擴(kuò)展功能，其中簡(jiǎn)要介紹了 通信協(xié)議。最后說(shuō)明 便攜式 MP3 播放器的擴(kuò)展功能。 便攜式 MP3 播放器的結(jié)構(gòu) 對(duì)于便攜式 MP3 系統(tǒng)，主要考慮的是其體積小巧、低功耗、高容量、低價(jià)格。當(dāng)前流行的 MP3 播放器其主要結(jié)構(gòu) 如圖 所示?？梢?jiàn)，一個(gè) MP3 播放器主要 應(yīng)包括： （ 1） 單片機(jī)控制系統(tǒng) （ 2） 大容量的移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備 （ 3） MP3 解碼器 （ 4） D/A 轉(zhuǎn)換芯片 （ 5） 音頻放大電路 （ 6） USB 接 口 （ 7） LCD 顯示和鍵盤(pán)電路 圖 MP3 播放器的主要結(jié)構(gòu)示意圖 事實(shí)上，隨著 MP3 播放器的激烈競(jìng)爭(zhēng)和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的發(fā)展。一些芯片廠商已經(jīng)推出了集成 MP3 解碼及其它附加功能的單片機(jī)，使 MP3 播放器向集成化發(fā)展，如 ATMEL 的AT89C51SND1 芯片。另一方面 ， MP3 播放器的附加功能也越來(lái)越具有吸引力，如將 MP3 中的儲(chǔ)存器開(kāi)辟為移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備，增加了 MP3 錄音、調(diào)頻收音機(jī)以及多種現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境感覺(jué)功能USB 大容量移 動(dòng)存儲(chǔ)器 LCD 顯示器 鍵盤(pán)按鈕 單片機(jī) 控制系統(tǒng) MP3 解碼 D/A 轉(zhuǎn)換 音頻 放大 聲音 輸出 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 2 的播放模 式，在 MP3 播放器集成時(shí)鐘功能等?？傊?， MP3 播放器在不斷集成化的同時(shí)，功能正朝著多樣化方向發(fā)展。 MP3 播放器的通信接口 MP3 播放器的通信接口 MP3 的通信方式已從 PC 并口的 Normal 方式過(guò)渡到 ECP 或 EPP 方式，上 /下載速率從100Kbytes/s上升到 300Kbytes/s； 最新的產(chǎn)品，大多已經(jīng)使用了支持熱插拔的 USB接口，通信速率最高可達(dá) 400 到 500Kbytes/s，用戶下載 32Mbytes 的 MP3 音樂(lè)只需大約一分半鐘時(shí)間，大大縮短了用戶上 /下載 MP3 音樂(lè)的時(shí)間，有的甚 至采用了 接口。 當(dāng)前 ， USB 已經(jīng)是便攜式 MP3 通信接口的主流標(biāo)準(zhǔn)，不過(guò)，將來(lái)甚至可能采用 1394火線技術(shù)。 簡(jiǎn)介 通用串行總線（ USB）是由 INTEL， DEC， MICROSOFT 和 IBM等公司聯(lián)合提出的一種新的串行總線標(biāo)準(zhǔn)，主要用于 PC機(jī)與外 接 設(shè)備的互聯(lián)。眾所周知，計(jì)算機(jī)外設(shè)的豐富及消費(fèi)電子設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接的實(shí)現(xiàn)，擴(kuò)展了 PC 的應(yīng)用空間，同時(shí)外設(shè)的日益豐富也給用戶造成了連接上的困難。 USB技術(shù) 的提出就是基于通用 連接技術(shù)實(shí)現(xiàn)外設(shè)的簡(jiǎn)單連接，以達(dá)到方便用戶，降低成本，擴(kuò)展 PC機(jī)外設(shè)的目的。 通用串行總線是一種快速，靈活的總線接口。與其它通信接口比較， USB接口的最大特點(diǎn)是易于使用，這也是 USB的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)。作為一種高速總線接口， USB適用于多種設(shè)備，其易于使用表現(xiàn)在 USB接口支持熱插拔，并且所有的配置過(guò)程都由系統(tǒng)自動(dòng)完成，無(wú)須用戶干預(yù)。 USB 協(xié)議的傳輸速率 USB是一種支持在 USB主機(jī)和 USB設(shè)備之間進(jìn)行串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ艆f(xié)議。主機(jī)作為總線的主叫方，采用兩種信令模式：全速模式 12Mb/S和低速模式 。 目前普通采用的 主要應(yīng)用在中低速外部 設(shè)備上，它提供的傳輸速率有低速?？鄢糜诳偩€狀態(tài)，控制和錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)等的數(shù)據(jù)傳輸， USB的最大理論傳輸速率仍達(dá) ， 高于一般的串行總線接口?，F(xiàn)在的 可以達(dá)到 500Mb/S。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) 3 總的來(lái)說(shuō)，中速的傳輸是同步的，低速的數(shù)據(jù)來(lái)自交互的設(shè)備。 USB 設(shè)計(jì)的初速率是針對(duì)桌面計(jì)算機(jī)而不是應(yīng)用于可移動(dòng)的環(huán)境下的。軟件系統(tǒng)通過(guò)對(duì)各種主機(jī)控制器提供支持以保證將完成 USB的擴(kuò)充。 USB 的 4 個(gè)層次 USB物理設(shè)備（ USB physical device）： USB 上的一種硬件，可運(yùn)行一些用戶程序。 客戶軟件（ dent software）：為一個(gè)特定的 USB設(shè)備而在主機(jī)上運(yùn)行的軟件。這種軟件由 USB設(shè)備的提供者提供或由操作系統(tǒng)提供。 USB系統(tǒng)軟件（ USB system software）：此軟件用于在特定的操作系統(tǒng)中支持 USB，它由操作系統(tǒng)提供。與具體的 USB設(shè)備無(wú)關(guān)，也獨(dú)立于客戶軟件。 USB主機(jī)控制器（ USB host controvert）：總線在主機(jī)方面的總和。用于支持 USB設(shè)備通過(guò) USB連接到主機(jī)上。 一臺(tái)主機(jī)與一個(gè) USB 設(shè)備間的連接是由許 多層上的連接組成的 。 USB 總線接口層提供了在主機(jī)和設(shè)備之間的物理連接，發(fā)送連接，數(shù)據(jù)包連接。 USB設(shè)備層對(duì) USB系統(tǒng)軟件是可見(jiàn)的，系統(tǒng)軟件基于它所見(jiàn)的設(shè)備層 完成對(duì)設(shè)備的一般的 USB操作。應(yīng)用層可以通過(guò)與之相配合的客戶軟件向主機(jī)提供一些額外的功能。 USB設(shè)備層和應(yīng)用層的通信是邏輯上的，對(duì)應(yīng)于這些邏輯通信的實(shí)際物理通信由 USB 總線接口層速完成。 便攜式 MP3 播放器的擴(kuò)展功能 播放數(shù)字音樂(lè)的同時(shí)，消費(fèi)者還希望能夠有多種功能，比如用于實(shí)時(shí)記錄語(yǔ)音信號(hào)等，一些廠商在他們的 MP3 中又加入了使用 標(biāo)準(zhǔn)的 ADPCM語(yǔ)音編碼算法，實(shí)現(xiàn) MP3 的實(shí)時(shí)語(yǔ)音錄音功能，由于該算法的編碼速率為 32Kbps， 因而可以在 32Mbytes 的 Flash中連續(xù)錄音 2 個(gè)小時(shí)左右，能夠滿足一般記錄語(yǔ)音的質(zhì)量要求。 許多 MP3 還具有日歷、秒表甚至萬(wàn)年歷等輔助功能。 此外，市面上還出現(xiàn)了嵌入 MP3 播放器功能 的各種形式的電子產(chǎn)品，如能夠播放 MP3的手機(jī)， PDA，車載音響和數(shù)字相機(jī)等。 2 便攜式 MP3 播放器的方案分析 本章分兩大部分 MP3 播放器的硬件解決方案和 MP3 播放器的軟件解決方案 [4]。硬件 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 4 方面包括：基于分離芯片的 MP3 播放器方案、基于 集成 MP3 功能單片機(jī)的 MP3 播放器方案、基于定制 ASIC 電路的 MP3 播放器方案及彩 FPGA 實(shí)現(xiàn) MP3 播放器的方案。 MP3 播放器的硬件解決方案 從技術(shù)角度上說(shuō)， MP3 播放器存在多種方案，其分類方法也較多。這里僅從主要的MP3 解碼芯片類型，即按 MP3 播放器內(nèi)部的主要芯片類型進(jìn)行分類，大體可分為： 基于分離芯片的 MP3 播放器（存在多種方案） 基于集成 MP3 功能單片機(jī) （ MCU） 的 MP3 播放器 基于定制 ASIC電路的 MP3 播放器 采用 FPGA實(shí)現(xiàn) MP3 播放器的方案 基于分離芯片的 MP3 播放方案 采用分離芯片的 MP3 的播放器，主要包括 MP3 解碼芯片、立體聲 D/A 轉(zhuǎn)換芯片、移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備、微控制器芯片（單片機(jī)）和 LCD顯示電路等，下面分別介紹這些芯片的可選方案，并簡(jiǎn)述其技術(shù)特性。 MP3 解碼芯片 早期的 MP3 播放器大多采用基于解碼芯片的方案，隨著 MP3 播放器市場(chǎng)的發(fā)展，幾乎所有的半導(dǎo)體公司都推出了自己的 MP3 解碼芯片和 MP3 解決方案。 立體聲 D/A轉(zhuǎn)換器 立體聲 D/A轉(zhuǎn)換器 是 MP3 播放器極其重要的部件。其功能是將已經(jīng)解碼的立體聲位流數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為合適大小級(jí)別的模擬電壓，并通過(guò)耳機(jī)或揚(yáng)聲器進(jìn)行播放。 可 以說(shuō)，人們從MP3 播放器聽(tīng)到的聲音質(zhì)量幾乎完全取決于該部件，因此，選擇一個(gè)高質(zhì)量的 D/A轉(zhuǎn)換器是至關(guān)重要的。 微控制器（單片機(jī)） 對(duì) MP3 播放器而言，一個(gè)微控制器是必需的 ，作為播放器的控制器，它從內(nèi)存中讀入數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給 MP3 解碼器，獲取鍵盤(pán)和按鈕的輸入，處理用戶選擇，并提供給LCD控制器控制信號(hào)和數(shù)據(jù)。
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