【正文】 入，左右時鐘信號 LRCK 控制左右聲道和描繪數(shù)據(jù)和串行時鐘系統(tǒng)的其它部分可以參照前面章節(jié)中提到的設(shè)計思想。 本設(shè)計中 選 MAX856 芯片。把 5V 電壓轉(zhuǎn)為成 ：電位器分壓和 DCDC 芯片。電源部分：整個開發(fā)板上所有芯片統(tǒng)一采用 伏供電，對開發(fā)板的供電采取 2種形式： USB 供電和 7 號電池供電。電源部分：提供系統(tǒng)工作所需要的電源，包括 1 個升壓和 1 個降壓部分； 整個系統(tǒng)由 AT89C51SND1C（ MCU）、 K9F2808U0A（ Flash 芯片），電源部分、音頻部分、串行通信部分和人機接口部分組成。采用 FPGA 實現(xiàn) MP3 播放器的方案比較完美，但難度大我沒有采用。其中， FPGA 器件主要用于實現(xiàn)存儲器與輸入 /輸出器件的管理和接口功能。 基于定制 ASIC 電路 的 MP3 播放器方案 MP3 播放器有一塊定制的 ASIC 電路，它比通常 MCU 的功能要強大，且速度也快。 微控制器（單片機） 對 MP3 播放器而言，一個微控制器是必需的 ，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，獲取鍵盤和按鈕的輸入，處理用戶選擇，并提供給LCD 控制器控制信號和數(shù)據(jù)。 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 播放器市場的發(fā)展，幾乎所有的半導體公司都推出了自己的 MP3 解碼芯片和 MP3 解決方案。基于分離芯片的 MP3 播放器（存在多種方案） 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]。 USB 設(shè)備層和應(yīng)用層的通信是邏輯上的，對應(yīng)于這些邏輯通信的實際物理通信由 USB 總線接口層速完成。 一臺主機與一個 USB設(shè)備間的連接是由許 多層上的連接組成的 。與具體的 USB 設(shè)備無關(guān)，也獨立于客戶軟件?？蛻糗浖?dent software）：為一個特定的 USB 設(shè)備而在主機上運行的軟件。軟件系統(tǒng)通過對各種主機控制器提供支持以保證將完成 USB的擴充?？鄢糜诳偩€狀態(tài)，控制和錯誤監(jiān)測等的數(shù)據(jù)傳輸， USB的最大理論傳輸速率仍達 ， 高于一般的串行總線接口。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，并且所有的配置過程都由系統(tǒng)自動完成，無須用戶干預。眾所周知，計算機外設(shè)的豐富及消費電子設(shè)備與計算機連接的實現(xiàn)，擴展了 PC 的應(yīng)用空間，同時外設(shè)的日益豐富也給用戶造成了連接上的困難?？傊?， MP3 播放器在不斷集成化的同時，功能正朝著多樣化方向發(fā)展。當前流行的 MP3 播放器其主要結(jié)構(gòu) 如圖 所示。 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計 第 1 頁 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)、然后介紹多種存儲器類型、接著介紹各種通信接口及其擴展功能，其中簡要介紹了 通信協(xié)議?？梢姡粋€ MP3 播放器主要 應(yīng)包括： （ 1） 單片機控制系統(tǒng) （ 2） 大容量的移動存儲設(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 顯示和鍵盤電路 圖 MP3 播放器的主要結(jié)構(gòu)示意圖 事實上，隨著 MP3 播放器的激烈競爭和產(chǎn)品開發(fā)的發(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 400 到 500Kbytes/s，用戶下載 32Mbytes 的 MP3 音樂只需大約一分半鐘時間，大大縮短了用戶上 /下載 MP3 音樂的時間，有的甚 至采用了 接口。 USB 技術(shù) 的提出就是基于通用 連接技術(shù)實現(xiàn)外設(shè)的簡單連接，以達到方便用戶，降低成本，擴展 PC 機外設(shè)的目的。 USB 協(xié)議的傳輸速率 USB 是一種支持在 USB 主機和 USB 設(shè)備之間進行串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ艆f(xié)議?，F(xiàn)在的 可以達到 500Mb/S。 USB 的 4 個層次 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 總線接口層提供了在主機和設(shè)備之間的物理連接，發(fā)送連接，數(shù)據(jù)包連接。 便攜式 MP3 播放器的擴展功能 播放數(shù)字音樂的同時，消費者還希望能夠有多種功能，比如用于實時記錄語音信號等，一些廠商在他們的 MP3 中又加入了使用 標準的 ADPCM 語音編碼算法，實現(xiàn) MP3 的實時語音錄音功能，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 個小時左右，能夠滿足一般記錄語音的質(zhì)量要求。硬件 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 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 實現(xiàn) MP3 播放器的方案?；诩?MP3 功能單片機 （ MCU） 的 MP3 播放器 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。 大容量的可擦除存儲器 對于便攜式 MP3 播放器，大容量的可擦除存儲器是其必備的，同時該設(shè)備的類型，質(zhì)量和容量大小 ，直接決定了 MP3 播放器的價格 ， 當前 MP3 播放器都具有大容量的可擦除存 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁 5 儲器，而且 其容量有越來越大之趨勢。 由于該設(shè)計的 ASIC 具有并口和 USB 口可復 用通信的特性，因而使用不同連接電纜和適配器，就能夠?qū)崿F(xiàn)與 PC 機不同的通信方式，對于 PC 僅有并口的用戶和具有 USB 口的用戶均能使用該款機器。 各個方案的比較 基于分離芯片的 MP3 播放器 成本大，現(xiàn)在已經(jīng)逐漸淘汰。 基于以上分析，又由于本人能力和時間所限，本文采用基于集成 MP3 功能單片機 進行MP3 的研究和設(shè)計。 音頻部分：把數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)化為聲音信號； USB 供電模式： USB 供電參數(shù)如下： USB 接口提供 5V電壓和 200mA 電流， Imax=500mA；PC 機為 500mA；筆記本電腦為 100mA。在 ATMEL 提供 的開發(fā)板中采用的是第一種方案，為了保證輸出電壓的穩(wěn)定，我采取第 2 種方案：第 2 種方案備選芯片為 AS1117 和 MAX1626/7，參數(shù)比較如表 所列。 表 升壓電源芯片比較 名 稱 性 能 價 格 LM2621 至 14 V Input Voltage 至 14 V Adjustable Output Voltage Up to 1A Load Current $ MAX856 Vout= V ≤ Vm≤ V Iout= A $ 結(jié)合比較，在系統(tǒng)設(shè)計中我們分別選擇芯片 AS1117 和 MAX856。 系統(tǒng)開發(fā) 系統(tǒng)開發(fā)包括硬件和軟件兩個部分，其中硬件主要是指開發(fā)電路板， 軟件部分主要包括 軟件 模塊分析，解碼和音頻的分析。電源部分：整個系統(tǒng)采用 3V 電源供電，系統(tǒng)電源可以取自 USB 接口，也可來自干電池，所以系統(tǒng)電源由兩個部分組成，一個部分提供從 USB 接口的 5 到 3V的 DCDC 降壓轉(zhuǎn)化；另外一個部分提供從 干電池到 3V 的 DCDC 升壓轉(zhuǎn)化。 圖 是利用 MAX856 進行升壓的電路圖，通過 MAX856 把干電池的 電壓轉(zhuǎn)化為供系統(tǒng)使用的 3V 電壓。需要注意的是，由于在系統(tǒng)中有 MP3 和 USB 傳輸?shù)认鄬碚f是高頻的信號，為了避免噪聲對系統(tǒng)的影響，尤其是對音頻輸出信號的影響，所以在 AT89C51SND1C 的正負電源之間需要加上一個 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 9 RC 濾波電路以消除電路中的噪聲，而且對于 AVDD 和 UVDD 兩個模擬電壓和數(shù)字電源而言，兩者需要在數(shù)字地和模擬地處單點通過一個磁珠相連接，以避免數(shù)字 電源和模擬電源之間的影響，在系統(tǒng)中 A3V是模擬電源， 3V是數(shù)字電源。 CS4330 能夠兼容 48kHz、 和32kHz 的音流頻。 CS4330 內(nèi)部的分頻器在初始化的時候自動把時鐘信號轉(zhuǎn)化為需要的時鐘信號。一直到 MCLK和 LRCK 提供， CS4330 都會保持在掉電模式。這個過程需要大約 1ms， 1024 個 LRCK 時鐘周期。在有時鐘輸入的時候， CS4330 最好不要進行上電操作。在 ～ 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 11 ，輸出電壓將是 ，但是這種情況必須要盡量避免，因為這種情況將帶來極大的功耗損失。鍵盤輸入提供給用戶選 擇功能的能力、 LED 顯示系統(tǒng)現(xiàn)在的工作狀態(tài)，如前面章節(jié)中提到，串行接口可以方便開發(fā)過程中的調(diào)試，通過串行調(diào)試助手等工具，把系統(tǒng)運行情況反饋到 PC 機的屏幕。（這個控制開關(guān)的設(shè)置是為了方便調(diào)試，否則可以把這個控制開關(guān)和撥碼開關(guān)合二為一）。 撥碼開關(guān) 4（ ISP 選擇）：當撥碼位于左邊時候， AT89C51SND1 的 ISP 引腳為低電平，允許進行 ISP 編程，否則接到高電平，不允許進行 ISP 編程。 指示燈 4（ MP3 指示燈）：當執(zhí)行 MP3 功能時候，等待播放的時候該燈亮，播放時候該燈閃爍。 按鍵 4（ MP3 開始鍵）：當處于 MP3 系統(tǒng)初始化狀態(tài)時候，按一下開始播放歌曲，指示燈 3 開始閃爍；如果沒有歌曲可供播放，則沒有作用。 （ 2） Flash 存儲芯片 MP3 系統(tǒng)仍然選擇了前面 USB 實驗系統(tǒng)中使用的 Flash 芯片 K9F2808U0A， Flash 芯片 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計 第 13 頁 13 的電路，如 圖 所示。 FAT 分配空間的時候，是按簇來分配的，但是其給出的地址卻是 LBA（ Logical Block Address），即它只給出一個扇區(qū)號，比如對此 Flash 而言，若給出 LBA 為 0x40，代表簇 1的扇區(qū) 1。 當 Host 發(fā)出 READ 命令后， Flash 讀 /寫操作即告開始， Host 首先讀取 MBR，得到有關(guān)存儲介質(zhì)的信息，諸如扇區(qū)長度、每簇扇區(qū)數(shù)以及總扇區(qū)數(shù)等內(nèi)容，以便知道此盤有多大。 MPEG I標準僅僅支持 48Hz、 以及 32Hz的采樣頻率。 AT89C51SND1C能夠?qū)崟r解碼 MPEG I 第三層音頻流到 PCM 音頻流，同時也支持MEPG II 中提出的附加頻率。 （ 2） MP3 解碼狀態(tài)寄存器 MP3STA（ MP3 Decoder Status Register）。 （ 6） MP3 左聲道控制寄存器 MP3VOL（ MP3 Volume Left Control Register）。 （ 10） MP3 高音控制寄存器 MP3TRE（ MP3 Volume Treble Control Register）。每當 MP3解碼器需要 MP3 數(shù)據(jù)時候，其設(shè)置 MP3STA 和 MP3STA1 寄存器中相應(yīng)的 MPREQ、 MPFREQ 和MPBREQ 標志位。 該解碼器也可以調(diào)節(jié)聲音的高音（ 3300kHz 以上）、中音（ 750～ 3300kHz）、低音（低于 750kHz），同樣有 32 級別調(diào)節(jié)。 MP3_Reg_Init（）， MP3 寄存器初始化函數(shù)，對 MP3 的各個寄存器進行初始化，主要是 MP3CON 寄存器中間的中斷控制位的設(shè)置。本函數(shù)通過查詢 MPREQ、 MPFREQ 和 MPBREQ 的狀態(tài)來決定是否給緩存中送入數(shù)據(jù)。 MP3_Clk_Contr（