【文章內(nèi)容簡介】 P3 的解碼總體上可分為比特流分析，霍夫曼編碼，逆量化處理，立體聲處理，頻譜重排列，抗鋸齒處理，逆離 散余弦變化，子帶合成， PCM 輸出。 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格式的音樂文件傳輸?shù)奖鞠到y(tǒng)的存儲器 Flash中。如 圖 31 可以看出本系統(tǒng)的具體硬件設(shè)計(jì)主要包括 ： 主芯片和 USB 接口的連接設(shè)計(jì)，此部分主要用于 MP3 文件的傳輸和固件下載；主芯片和按鍵以及 LCD 之間的設(shè)計(jì)連接，用戶通過顯示 屏幕獲取播放器的進(jìn)程息，通過按鍵來對音樂進(jìn)行選擇和控制；主芯片和D/A 轉(zhuǎn)換器之間，這一系統(tǒng)將該系統(tǒng)解碼后的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為人耳能識別的模擬信號，這同步并讀取幀頭 解碼邊信息 解碼比例系數(shù) 霍 夫曼解碼 轉(zhuǎn)化為 PCM 采樣 逆離 散余弦變化 刪除偽信號 重新量化 一部分主要包括時(shí)鐘信 號、數(shù)據(jù)信號以及反饋信號的連接；電源轉(zhuǎn)換部分，本系統(tǒng)內(nèi)部使用的電源一般為 ，而 USB 接口以及電池的電源都需要 DCDC 部分來進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而為系統(tǒng)提供所需的 電源；播放系統(tǒng)和存儲系統(tǒng)的切換電路設(shè)計(jì) 。 圖 31 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) MP3 工作原理流程圖如圖 32 所示。 圖 32 工作原理流程圖 MP3 播放器 的軟件結(jié)構(gòu)跟硬件是相對應(yīng)的，即每一個硬件部分都有相應(yīng)的軟件代碼，這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)的硬件部分都 是數(shù)字可編程控制的。音樂播放器首先讀取存儲器上的音樂信號，再通過解碼器對信號進(jìn)行解碼分析，經(jīng)解碼的信號通過 D/A 轉(zhuǎn)換器將解碼出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，然后把轉(zhuǎn)換后的模擬音頻放大，通過低通濾波后到音頻輸出。 . 主電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的主芯片采用美國 ATMEL 公司的 AT89C51SND1C，該芯片是一個 ~ V 低電壓、 80 mW 低功耗、運(yùn)算速度高、功能完善、高度集成并且低成本的單芯片數(shù)字（ MPEG1，2， amp。3）音頻解碼器。其特點(diǎn)如下：基于 8 位 C51MCU 核（最大時(shí)鐘頻率 20MHz）；內(nèi)部集成 了單獨(dú)的 MP3 解碼器，而且支持 48， ， 32， 24， ， 16 kHz 采樣頻率，支持左右聲道獨(dú)立的音量控制（軟件使用 31 級）、重低音、中音、高音均衡控制（ 31 級）、重低環(huán)繞聲效果、輔助數(shù)據(jù)輸出、“ CRC 錯誤”和“ MPEG 幀同步”指示；有 44 通用 I/O讀取存儲器上的信號 解碼器對信號進(jìn)行解碼 通過 D/A 轉(zhuǎn)換器將解碼出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號 把轉(zhuǎn)換后的模擬音頻放大 低通濾波后到音頻輸出 LCD 顯示器 Keyboard （操作按鍵） MCU (AT89C51SND1C) MP3 解碼器 （ AT89C51SND1C 芯片內(nèi)部集成） D/A轉(zhuǎn)換器 功放 音頻輸出 通信接口 () 口的嵌入式 C51 Nand Flash， SSFDC， I2S， SPI 和 IDE 多種擴(kuò)展功能接口容易適應(yīng)多種應(yīng)用場合 Flash/CD/HDD 播放器等；具有適應(yīng)市場上不同的 D/A 轉(zhuǎn)換器的可編程的音頻輸出接口，兼容 PCM 格式和 I2S 格式；內(nèi)置 2304BRAM； 64KBFlash 程序空間和 4KB 引導(dǎo)閃存（ AT89C51SNDl），在系統(tǒng)編程：通過 USB， UART 接口進(jìn)行在系統(tǒng)編程； 控制器，“ Full speed”數(shù)據(jù)傳輸；內(nèi)置鎖相環(huán)，提供 MP3 音頻時(shí)鐘和 USB 時(shí)鐘；兼容 MultiMedia Card（ MMC）卡接口、 Atmel Data Flash SPI 接口、 IDE/ATAPI（硬盤）接口 ； 通道 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器， 8kHz（ 8 位真有效值），包括電池電壓監(jiān)視和軟監(jiān)控的錄音；AT89C51SNDIC 內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡化后實(shí)際就是 64K80C51+MP3 解 碼器 +USB，使用該芯片設(shè)計(jì) MP3 播放系統(tǒng)具有很多優(yōu)點(diǎn)，如支持在系統(tǒng)編程不需要昂貴的仿真器，系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本降低；內(nèi)置 2304B 的 RAM，方便用戶增加復(fù)雜的功能。 AT89C51SND1 內(nèi)部主要資源如圖 33 所示 。 圖 33 AT89C51SND1C 內(nèi)部主要資源 此外，由于該芯片內(nèi)部集成了大量的接口，所以只需要很少的外圍器件如 DCDC，音頻 D/A 轉(zhuǎn)換器和存儲器就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的要求，這樣可以做到系統(tǒng)空間很小，這一點(diǎn)正好適應(yīng)現(xiàn)代系統(tǒng)設(shè)計(jì)的纖小而功能全面的要求。 該芯片共 80 引腳，封裝為 TQFP80，就是四邊各 20 引腳的貼片封裝。圖 34 為AT89C51SND1 的引腳定義。對于功能復(fù)用的引腳要慎重考慮。本設(shè)計(jì)并沒有使用單片機(jī)的全部功能，部分沒有占用的 IO 端口和 MMC 等專用借口都用擴(kuò)展槽引出了，可以用來擴(kuò)展其他電路。 管腳說明： IO端口 P1P3和 8051功能相同。 P1端口第二功能有 KIN3:0 SCL SDA P4具有 8bit內(nèi)部上拉 能 MISO MOSI SCK SS P5具有 4bit內(nèi)部上拉 IO. 時(shí)鐘信號管腳 X1 I 輸入芯片上反向振蕩放大器 使用內(nèi)部振蕩器，晶振 /諧振器電路連接到 該管腳。如果使用一個外部振蕩器，其輸出被連接到該管腳。 X1是內(nèi)部的時(shí)間的時(shí)鐘脈沖源。 X2 O 輸出片上振蕩器反相放大器 使用內(nèi)部振蕩器，晶振 /諧振器電路連接到該管腳。如果外部振蕩器使用，給 X2的懸空。 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) 。 定時(shí)器信號說明 ： INT0 I （ ） 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 。 INT0的輸入控制 TCON寄存器里的 IE0位 .If（ IT0=1）位 IE0被 INT0低電平 .If（ IT0=0）位 IE0被 INT0低電平觸發(fā) . INT1 I （ ） 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。 INT1的輸入控制 TCON寄存器里的 IE1位 .If（ IT1=1）位 IE1被 INT1低電平 .If（ IT1=0）位 IE1被 INT1低電平觸發(fā) . T0 I 當(dāng)定時(shí)器 0 作為一個計(jì)數(shù)器運(yùn)行， T0 代引腳下降沿遞增計(jì)數(shù)。 T1 I 當(dāng)定時(shí)器 1 作為一個計(jì)數(shù) T1 引腳上的下降沿遞增計(jì)數(shù)操作。 圖 34 AT89C51SND1C 引腳圖 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)芯片，配以必要的外部器件就能構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)。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。 當(dāng)使用帶 ROM 或 EPROM 的 MCS51 系列單片機(jī)時(shí)，只要一個芯片即可構(gòu)成一個單片機(jī)的最小系統(tǒng)。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 16 位計(jì)數(shù)器， 5 個中斷源， 4 個并行口，一個串行口。簡易自動樂曲播放器 采用單片機(jī) 最小系統(tǒng)足以滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，同時(shí)要設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)的晶振和復(fù)位電路。 電源部分 電源是整個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 。除了能提供各種穩(wěn)定電壓版本外（ Vout=， ， ， ， 5V），還提供可調(diào)端輸出版本，該版本能提供的輸出電壓范圍為 ～ 。 圖 35 電源電路圖 AS1117 提供完善的過流保護(hù)和過熱保護(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。同時(shí)在產(chǎn)品生產(chǎn) 中應(yīng)用先進(jìn)的修正技術(shù)，確保輸出電壓和參考精度在 177。 1%的精度范圍內(nèi)。 AS1117 的系統(tǒng)框圖如圖 36 所示。 圖 36 AS1117 系統(tǒng)框圖 D/A 轉(zhuǎn)換部分 當(dāng) MP3 或者 WMA 等格式的音樂文件經(jīng)過主芯片內(nèi)部解碼后為數(shù)字信號， 而人耳所能識別的信號卻為模擬信號，系統(tǒng)利用 CS4331 進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 AT89C51SND1C 從 Flash 中讀取數(shù)據(jù)之后，將 MP3 格式的音樂在其內(nèi)部進(jìn)行硬件解碼為二進(jìn)制數(shù)據(jù)， 之后通過 D/A 轉(zhuǎn)換器 CS4331 來對這些數(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。主芯片AT89C51SND1C 內(nèi)部有一個音頻輸出接口，支持不同格式的音頻數(shù)據(jù)流格式，如 PCM格式和 I2S 格式，該接口可以跟幾乎所有的通用音頻 D/A 轉(zhuǎn)換器相連。 CS4331 在改善音頻質(zhì)量，降低信噪比等方面都很好。同時(shí) AT89C51SND1C 內(nèi)部集成了 MP3 軟件 解碼器，系統(tǒng)不需要外接額外的解碼器。解碼后的數(shù)字信號經(jīng)過 D/A 轉(zhuǎn)換后還原為模擬音頻信號。 圖 37 為 D/A 轉(zhuǎn)換電路圖。 圖 37 D/A 轉(zhuǎn)換電 路 圖 音頻 DA 芯片在 MP3 播放器中承擔(dān)音頻信號的數(shù)字 /模擬轉(zhuǎn)換功 能，其性能直接影響最終的音樂效果和音質(zhì)。 CS4331 芯片沒有配置引腳，無需軟件配置。 CS4331 的內(nèi)部框圖如下圖。 SDATA 是位流數(shù)據(jù)輸入， SCLK 是位流時(shí)鐘， LRCK 是聲道選擇時(shí)鐘，其頻率即采