【正文】 逆 MDCT動(dòng)態(tài)加窗 合成濾波器組 逆比例器和量化器 哈夫曼解碼器 邊信號(hào)解碼器 MCU MCU 數(shù)字通信 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 MP3 指定了兩種 MDCT 的塊長(zhǎng)：長(zhǎng)塊的塊長(zhǎng)為 18 個(gè)樣本，短塊的塊長(zhǎng)為 6 個(gè)樣本，相鄰變換的窗口之間有 50%的重疊。因?yàn)榈皖l區(qū)的頻域分辨率對(duì)音 質(zhì)有重大影響，所以在混合塊長(zhǎng)模式下 MDCT 對(duì)低頻的 2 個(gè)子帶使用長(zhǎng)塊，而對(duì)其余的 30 個(gè)子帶使用短塊。雖然 MP3 引入了許多復(fù)雜的感念，但是它的計(jì)算量并沒(méi)有比 MP2 增加許多。解碼器并不需要存儲(chǔ)或者利用人類心理聲學(xué)理論，也不需要進(jìn)行比特分配過(guò)程。這在那些沒(méi)有良好微線程特征的操作系統(tǒng)中特別的明顯，如果有適當(dāng)?shù)挠布?，可以在很大程度上免?MP3 的 中斷 的問(wèn)題。 MP3 播放器的編碼過(guò)程包括：音頻信號(hào)數(shù)字化、音頻采樣、音頻量化和音頻編碼。 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 3 MP3 播放器的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 此次設(shè)計(jì)方案可以方便的將外部的 MP3格式的音樂(lè)文件傳輸?shù)奖鞠到y(tǒng)的存儲(chǔ)器 Flash中。音樂(lè)播放器首先讀取存儲(chǔ)器上的音樂(lè)信號(hào)，再通過(guò)解碼器對(duì)信號(hào)進(jìn)行解碼分析，經(jīng)解 碼的信號(hào)通過(guò) D/A 轉(zhuǎn)換器將解碼出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，然后把轉(zhuǎn)換后的模擬音頻放大，通過(guò)低通濾波后到音頻輸出。 AT89C51SND1 內(nèi)部主要資源如圖 33 所示 。對(duì)于功能復(fù)用的引腳要慎重考慮。 P1端口第二功能有 KIN3:0 SCL SDA P4具有 8bit內(nèi)部上拉 MISO MOSI SCK SS P5具有 4bit內(nèi)部上拉 IO. 時(shí)鐘信號(hào)管腳 FILT I PLL 的低通濾波器輸入 FILT員工接收 PLL的低通濾波器的 RC網(wǎng)絡(luò) 。 INT1 I （ ） Timer 1 Gate Input INT1的作為定時(shí)器 1，當(dāng)由 GATE1 TCON寄存器中的位選擇外部運(yùn)行控制。 T1 I Timer 1 External Clock Input 當(dāng)定時(shí)器 1 作為一個(gè)計(jì)數(shù)器， T1 引腳上的下降沿遞增計(jì)數(shù)操作。選用 AT89C51 單片機(jī)作為主機(jī)，它具有 4K 片內(nèi) ROM， 128 字節(jié)片內(nèi)RAM， 片外 ROM 尋址范圍達(dá) 64K， 2 個(gè) 16 位計(jì)數(shù)器， 5 個(gè)中斷源， 4 個(gè)并行口，一個(gè)串行口。 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 圖 35 電源電路圖 AS1117 提供完善的過(guò)流保護(hù)和過(guò)熱保護(hù)功能（ AS1117 正常工作環(huán)境溫度范圍極寬，為 50℃～ 140℃），確保芯片和電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 圖 36 AS1117 系統(tǒng)框圖 其特點(diǎn)： 開(kāi)關(guān)電源的后級(jí)穩(wěn)壓 環(huán)境溫度范圍是 50℃～ 140℃ 用途： ADSL 等設(shè)備 CS4331 在改善音頻質(zhì)量，降低信噪比等方面都很好。 圖 37 D/A 轉(zhuǎn)換電 路 圖 音頻 DA 芯片在 MP3 播放器中承擔(dān)音頻信號(hào)的數(shù)字 /模擬轉(zhuǎn)換功能，其性能直接影響最終的音樂(lè)效果和音質(zhì)。 MCLK 則是 DAC 電路所需的主時(shí)鐘。 MP3 鍵盤由 4 個(gè)鍵組成，分別為 Play/Pause 鍵、 Previous 鍵、Next 鍵和 Func 鍵： Func，功能切換； Next，向后； Previous，向前； Play/Pause，播放 /暫停。液晶顯示具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，正好適應(yīng)MP3 播放器的需求。 單片機(jī)的復(fù)位電路上有上電復(fù)位和手動(dòng)按鈕復(fù)位兩種形 式， RST/VPD 端的高電平直東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 接由上電瞬間產(chǎn)生高電 平則為上電復(fù)位；若通過(guò)按鈕產(chǎn)生高電平復(fù)位信號(hào)成為手動(dòng)按鈕復(fù)位。按下按鈕則直接把+5V 加到了 RST/VPD 端從而復(fù)位，這稱為手動(dòng)復(fù)位。高級(jí)的精度更高。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，以便各部分保持同步。在 Play MP3 程序里面 ， MP3 解碼器一旦開(kāi)始工作以后，就會(huì)一直向 CPU 請(qǐng)求數(shù)據(jù)，直至歌曲結(jié)束。產(chǎn)生中斷后，程序讀取下一個(gè)扇區(qū)中的數(shù)據(jù)，如果程序不需要再讀取下一扇區(qū)的數(shù)據(jù)，則將數(shù)據(jù)送入解碼器中。在播放過(guò)程中，如果需要選擇播放的歌曲時(shí)，按下選曲按鈕則結(jié)束當(dāng)前播放的歌曲，進(jìn)入所選歌曲的播放過(guò)程。MPFREQ) //解碼器數(shù)據(jù)請(qǐng)求中斷產(chǎn)生時(shí) { For(i=0。 } MP3DAT=Page_Buf[j++]。return。MPFREQ) {0 解碼器數(shù)據(jù)請(qǐng)求中斷產(chǎn)生時(shí) if(j==512) {//當(dāng)用完 512 字節(jié)時(shí) j=0。 //讀取當(dāng)前歌曲的下一個(gè) 512 字節(jié) } MP3DAT=Page_Buf[j++]。return。 圖 42 鍵盤相應(yīng)流程圖 每個(gè)鍵對(duì)應(yīng)了一個(gè)鍵盤響應(yīng)函數(shù)。 源代碼如下： void Func() { if(CurrentFun3) CurrentFun++。當(dāng)處于“音量控制（ VOLUME）”狀態(tài)時(shí)，則改變音量寄存器的值，從而控制音樂(lè)音量。 //右聲道音量增大一檔 MP3VOL=0x01。 MP3TRE+=7。 //否則，指向下一首 ChangeSong=1。此鍵的功能與 Next 正好相對(duì)應(yīng)。 } case EFFECTION: //如果處于音效調(diào) 節(jié)功能 { If(MP3BAS0x1d){ //增加重音效果 MP3BAS+=7。 case SELECTSONG : //如果處于 MP3 選曲功能 { if(NowPlaying0)NowPlaying。 } default:break。 //按一下播放鍵時(shí)，改變播放狀態(tài) } USB 通信功能程序設(shè)計(jì) USB 通信功能模塊用于對(duì) Flash 存儲(chǔ)器內(nèi)的文件進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn) MP3 文件的下載，由于 AT89C51SND1C 沒(méi)有外部中斷引腳， USB 中斷沒(méi)有中。每當(dāng)按下此鍵時(shí)，改變一下播放狀態(tài)，配合在 MP3 播放函數(shù)中對(duì)此狀態(tài)的判斷，可以實(shí)現(xiàn) MP3 播放過(guò)程中 的暫停。 //如果當(dāng)前已經(jīng)到達(dá)第一首，則指向最后一首 ChangwSong=1。 MP3TRE=7。 //右聲道音量增大一檔 MP3VOL+=0x01。 } default:break。 } case SELECTSONG : //如果處于 MP3 選曲功能 { if(NowPlaying==(NumofSong1)) NowPlayiing=0。 } case EFFECTION : //如果出于音效調(diào)節(jié)功能 { If(MP3BAS7){ //降低重音效果 MP3BAS=7。而如果處于“選曲 （ SELECTSONG）”狀態(tài)時(shí)，則切換到當(dāng)前MP3 歌曲列表中的下一曲。 } 2） Next，向后。功能切換的作用是設(shè)置功能狀態(tài)。MPBREQ))。 //如果是暫停狀態(tài)則等待 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 while(ChangeSong) {DataRead=0。return。MPBREQ))。 //如果是暫停狀態(tài)則等待 while(ChangeSong) {DataRead=0。i++) //第一次要向解碼器緩存中置入 1024 字節(jié) { if(j==512) //當(dāng)用完 512 字節(jié)時(shí) { m=ReadSector(SongName,Page_Buf)。 //First 1024 Byte MP3 Data m=ReadSector(SongName,Page_Buf) 。將讀取后的數(shù)據(jù)送入解碼器中，解碼時(shí)，通過(guò)鍵盤控制。 其播放流程圖如 圖 41 所示 ： 圖 41 播放器播放過(guò)程流程圖 產(chǎn)生數(shù)據(jù)請(qǐng)求中斷 需要讀 下一個(gè)扇區(qū)的數(shù)據(jù) 當(dāng)數(shù)據(jù)已經(jīng)不足一扇區(qū) 結(jié)束當(dāng)前歌曲，指向下一首歌曲 讀出一個(gè)新的扇區(qū) 繼續(xù)往解碼器中送數(shù)據(jù) 是否按了暫停鍵 等待再次按下暫停鍵 否、否 是 是 是 是否單擊“選曲”按鈕 是 否 否 否 否 是 向 CPU 請(qǐng)求數(shù)據(jù) 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 當(dāng)產(chǎn)生數(shù)據(jù)請(qǐng)求 時(shí)，程序判斷是否產(chǎn)生請(qǐng)求中斷，當(dāng)產(chǎn)生了請(qǐng)求中斷時(shí)，數(shù)據(jù)讀取失敗。電路圖如 圖 312 所示 ： 圖 312 晶振電路 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 系統(tǒng)整體電路圖如圖 313 所示： 圖 313 整體電路圖 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 4 MP3 播放器軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) MP3 播放器播放功能的設(shè)計(jì) MP3 播放程序設(shè)計(jì)要與鍵盤配合起來(lái)使用。晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定、精確的單頻震蕩。 圖 311 復(fù)位電路 單片機(jī)晶振電路 單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，在單片機(jī)系統(tǒng)里，晶振作用非常大，它結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，那么單片機(jī)運(yùn)行速度就越快，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率。圖中，上電瞬間 RST 端的電位與 Vcc 相同，隨著電容充電電流的減小， +5V 立即加到了 RST/VPD 端，該高電平使單片機(jī)復(fù)位。 圖 39 鍵盤控制電路 圖 310 LCD 顯示電路 單片機(jī)復(fù)位電路 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其作用是使 CPU 中的各個(gè)部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。操作狀態(tài)和設(shè)置信息通過(guò) LCD1602 來(lái)顯示。 圖 38 CS4331 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu) 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 控制部分 播控系統(tǒng)的設(shè)置通過(guò)按鍵來(lái)選擇， AT89C51SND1C 提供 4 個(gè)按 鍵輸入口，連接 USB 前，短接了 DFU 跳線，運(yùn)行 BootLoader，進(jìn)入到固件下載；接到 USB 前，按下了 FORMAT，則格式化 U 盤；連接到 USB，不按任何鍵，則進(jìn)入 U 盤功能。 CS4331 的內(nèi)部框圖如下圖。解碼后的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò) D/A 轉(zhuǎn)換后還原為模擬音頻信號(hào)。 AT89C51SND1C 從 Flash 中讀取數(shù)據(jù) 之后，將 MP3 格式的音樂(lè)在其內(nèi)部進(jìn)行硬件解碼為二進(jìn)制數(shù)據(jù)， 之后通過(guò) D/A 轉(zhuǎn)換器 CS4331 來(lái)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成人耳可以接受的音樂(lè)。 LCD 監(jiān)視器及 LCD TV 電壓線性度為 % 最大輸出電流為 1A 1%的精度范圍內(nèi)。 電源部分 電源是整個(gè)播放器的重要組成部分，圖 35 是電源部分的電路，圖中 AS1117 是一款低壓差的線性穩(wěn)壓器，當(dāng)輸出 1A 電流時(shí)，輸入輸出的電壓差典型值僅為 。單片機(jī)具有較強(qiáng)的外部擴(kuò)展、通信能力，能方便地?cái)U(kuò)展至應(yīng)用系統(tǒng)所要求的規(guī)模。 T0 I Timer 0 External Clock Input 當(dāng)定時(shí)器 0作為一個(gè)計(jì)數(shù)器運(yùn)行，對(duì) T0代引腳下降沿遞增計(jì)數(shù)。 INT0 I （ ） Timer 0 Gate Input INT0的服務(wù)為定時(shí)器 0，當(dāng)選定 TCON中的位寄存器由 GATE0外部運(yùn)行控制 。如果外部振蕩器使用，給 X2的懸空。如果使用一個(gè)外部振蕩器，其輸出被連接到該管腳。 管腳說(shuō)明： 該芯片共 80 引腳，封裝為 TQFP80，就是四邊各 20 引腳的貼片封裝。3）音頻解碼器。 圖 31 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) MP3 工作原理流程圖如圖 32 所示。MP3 的解碼是編碼的反過(guò)程，主要是從編碼后的譜線成分中，經(jīng)過(guò)反量化和逆變換，提取出聲音信號(hào)。選擇 MP3 播放器關(guān)系到成本、可擴(kuò)展性、音頻質(zhì)量和外觀。從某種意義上說(shuō)，播放器其實(shí)就是一個(gè) MP3 文件、播放列表和聲