【文章內容簡介】 0 0 3S D 卡讀寫模塊S P I 協議S P I 協議S P I 協議圖 4 系統總體框架圖 各模塊硬件設計 顯示模塊硬件設計系統的顯示采用了 LPH7366 顯示模塊。該模塊采用 4 線 SPI 串行通信協議，節(jié)省了單片機的 I/O 引腳資源。其原理圖如圖 2 所示。圖 5 顯示模塊原理圖 音頻解碼模塊設計系統的音頻解碼模塊是用的是 VLSI 公司的 VS1003 芯片。VS1003 芯片集成了的低功耗 DSP 處理器核，串行的控制和數據接口和，4 個常規(guī)用途的 I/O 口，一個UART，也有一個高品質可變采樣率的 ADC 和立體聲 DAC，還有一個耳機放大器和地線緩沖器。其原理圖如圖 3 所示。圖 6 音頻處理模塊原理圖 SD 卡模塊設計SD 卡（Secure Digital Memory Card）中文翻譯為安全數碼卡，是一種基于半導體快閃記憶器的新一代記憶設備，它被廣泛地于便攜式裝置上使用，例如數碼相機、個人數碼助理(PDA)和多媒體播放器等。SD 卡在 24mm32mm 的體積內結合了SanDisk 快閃記憶卡控制與 MLC（Multilevel Cell）技術和 Toshiba（東芝） 及 的 NAND 技術，通過 9 針的接口界面與專門的驅動器相連接，不需要額外的電源來保持其上記憶的信息。而且它是一體化固體介質，沒有任何移動部分，所以不用擔心機械運動的損壞。SD 接口除了保留 MMC 的 7 針外，還在兩邊加多了 2 針，作為數據線。采用了 NAND 型 Flash Memory，基本上和 SmartMedia 的一樣，平均數據傳輸率能達到 2MB/s。其原理圖如圖 4 所示。圖 7 SD 卡模塊原理圖 系統原理圖圖 8 系統原理圖圖 9 系統 PCB 圖5 系統設計 模塊介紹本計 MP3 系統的軟件設計分為以下幾個模塊： 主程序模塊 在主程序模塊中，需要完成對串口，VS1003 芯片，LPH7366LCD 液晶模塊和 SD卡模塊進行初始化。然后讀取 SD 卡的各種信息，包括分區(qū)的開始磁頭，開始柱面與扇區(qū)，分區(qū)類型，分區(qū)的大小等信息，進而初始化 FAT32 文件系統。初始化完成后，播放界面。系統將自動搜尋指定目錄下的全部 MP3 歌曲并按順序播放，直至播放完 SD 內存儲的所有音樂。 顯示程序顯示程序用于系統 UI 實事更新。本系統使用的液晶模塊采用 SPI 協議與單片機進行數據交換。其時序圖如圖 10，圖 11，圖 12，圖 13 所示。圖 10 顯示模塊 SPI——傳送一個字節(jié)圖 11 顯示模塊 SPI——傳送多個字節(jié)圖 12 顯示模塊 SPI——復位功能（SCE）圖 13 顯示模塊 SPI——復位功能（RES） SD 卡程序SD 卡程序用于 MP3 文件的讀取。 SD 卡與單片機采用 SPI 協議進行數據交換。其時序圖如圖 10，圖 11，圖 12，圖 13 所示。圖 14 SD 卡 SPI——初始化圖 15 SD 卡 SPI——復位圖 16 SD 卡 SPI——寫數據圖 17 SD 卡 SPI——讀數據 音頻解碼程序音頻解碼程序用于將 MP3 數據送入 VS1003 解碼芯片進行解碼。 VS1003 解碼芯片通過 SPI 協議與單片機交換數據。VS1003 的寄存器用下列順序讀出，如圖 14 所示。首先將 XCS 片選拉低以選擇芯片，再通過 SI 線發(fā)送 8 位的讀操作碼（READ opcode 0x03）和 8 位的地址。在地址被 VS1003 芯片讀入后，SI 上的數據將被忽略。相應地址的 16 位數據將從 SO 線移出。 當數據全被移出后 XCS 需拉高。 圖 18 VS1003 SPI——讀數據VS1003 的寄存器須按以下的順序寫入，見圖 18。首先將 XCS 片選拉低以選擇芯片，再通過 SI 線發(fā)送 8 位的讀操作碼（WRITE opcode 0x02）和 8 位的地址。隨即發(fā)送 16 位的數據字。 當最后一位被移入且最后的時鐘已發(fā)送，必須將 XCS 拉高以完成寫操作。圖 19 VS1003 SPI——寫數據 znFAT 文件系統程序FAT32 是 windows 系統硬盤分區(qū)格式的一種，如今廣泛應用于各種存儲卡。相對于 FAT16，這種格式采用 32 位的文件分配表，使其對磁盤的管理能力大大增強，突破了 FAT16 對每一個分區(qū)的容量只有 2 GB 的限制。而且，FAT32 具有一個最大的優(yōu)點：在一個不超過 8GB 的分區(qū)中，FAT32 分區(qū)格式的每個簇容量都固定為 4KB，與 FAT16相比，可以大大地減少磁盤的浪費，提高磁盤利用率。在存儲卡中，一個文件存儲的地址不是連續(xù)的，所以單片機要從存儲卡中把一個文件完整的讀取出來，需要內嵌一個FAT32 的程序。本系統使用的是 znFAT 文件系統，是一款國內開源的單片機 FAT32 文件系統。此文件系統只需要 900 字節(jié)的 RAM 資源，其中 512 字節(jié)的 RAM 用于數據緩沖。znFAT 文件系統實現了以下基本功能：文件系統初始化，打開文件，讀取數據，文件重命名，復制文件，創(chuàng)建文件，添加數據，創(chuàng)建目錄，關閉文件，獲取剩余容量，獲取總容量。 在本設計中，主要是用了 znFAT 的系統初始化，文件搜索，打開文件和讀取文件這三個功能。 程序流程圖 主程序流程圖主程序開始模塊初始化z n F A T 初始化用戶操作界面功能選擇音樂播放系統設置界面音樂播放是否返回系統設置Y是否返回Y功能選擇 系統信息界面音量設置音量設置系統信息N是否返回是否返回圖 20 主程序流程圖6 測試分析與計算 SD 卡兼容性測試由于試驗條件有限，只能使用現有的不同容量的 SD 卡進行測試。測試方法為將相同 MP3 放入 SD 卡進行播放。測試結果如表 1 所示。表 1 SD 卡兼容測試容量 品牌 能否播放256M KingMax 能1G SanDisk 能2G Kingston 能4G Kingston 不能8G Kingston 不能 通過表 1 的數據可以看出，此系統對各種品牌的 SD 卡兼容性很好。對于容量在2G 以上的 SDHC 卡，本系統均不支持。 MP3 兼容性測試選取一首 MP3，使用音頻處理軟件 GoldWave 將選定的 MP3 轉換成不同的位速并放進 SD 卡進行播放測試。測試結果如表 2 所示。表 2 MP3 兼容性測試位速 能否播放 播放效果24Kbps 能 流暢36Kbps 能 流暢44Kbps 能 流暢52Kbps 能 流暢64Kbps 能 流暢80Kbps 能 流暢96Kbps 能 流暢128Kbps 能 緩慢256Kbps 不能 N/A320Kbps 不能 N/A由表 2 可以看出，本系統能流暢播放 96Kbps 以下的 MP3。原因是單片機的速度相比 ARM 還是有一定差距的。所以對于高位速 MP3 的播放效果比較差。7 系統的安裝與調試系統的安裝與調試時本項目開發(fā)過程中最為復雜的一部分，要涉及的領域非常的廣泛，包括串行 LCD 液晶顯示器的結構、工作原理等相關知識、FAT32 文件系統的相關知識、SD 卡的工作原理、VS1003 芯片的工作原理、單片機知識，基本電路原理。在一次次的調試當中不斷改進，是對我的一次全方位的考驗。本 MP3 播放系統采用了 5V 直流電源供電，滿足 MP3 播放的基本功能。解碼器方面選擇了 VS1003 數字解碼芯片，因為其操作簡單，音效好，集成度高，而且價格便宜。在安裝方面，主要時間放在了原理圖以及 pcb 版的繪制方面，由于之前比較缺乏制板的經驗，所以在這里用了較多的時間。而其他的模塊都是現成的，所以安裝方面都沒遇到很大的問題。主要工作是繪制電路原理圖以及 PCB 板的繪制，另外就是元器件的焊接。系統的調試，是這個設計的難點。znFAT 的代碼比較長，加上以前沒有接觸過文件系統，而 zmFAT 是一個龐大的系統，代碼相當多，所以熟悉整個 znFAT 文件系統占了整個設計相當長的時間。還有系統的人機界面，雖然簡單，但是也花費了不少精力去完成。另外，為了使得系統顯示功能更豐富，系統采用 LPH7366LCD 模塊取代一般的并行 LCD 模塊。除了節(jié)省單片機 I/O 引腳，LPH7366LCD 模塊還是點陣式的 LCD，能做出更好的人機界面。液晶顯示對程序編寫的要求更復雜，在測試時，不同界面的切換過程中，LCD 顯示的內容總發(fā)生錯亂。經過反復研究分析，發(fā)現是切換是沒有對 LCD 進行清屏，而導致這種情況的出現，在優(yōu)化程序后，問題得到了解決。8 創(chuàng)新與特點 1．采用了 STC12C5A602S 單片機作為控制核心，相比市場上的 MP3 播放器，具有功耗低，價格便宜的優(yōu)點，非常適合作為低端的 MP3 的控制單元。2．采用 SD 卡作為存儲器，可以任意更換存儲卡，在 MP3 不使用的時候，可以把SD 卡拔出作其他用途，而需要使用時只需插卡即可，相當方便。，通過增加 USB 或者 TF 等相關器件，可實現 U 盤、TF 卡的播放，并可以直接連接電腦。9 總結本文介紹了基于單片機的 MP3 播放器的開發(fā)背景和應用前景，以及詳細的介紹了系統的設計，包括 方案及元器件的選擇，系統開發(fā)的流程，硬件各部分單元電路的設計，軟件設計與調試，以及測試結果的分析。本設計本著從大處著眼,從小處入手的原則，采用 STC12C5A602S 單片機作為控制核心，SD 卡、 LPH7366LCD 液晶顯示模塊以及 VS1003 解碼芯片實現了 MP3 播放的功能。系統充分發(fā)揮了單片機系統體積小, 集成度高，功能強大的優(yōu)勢，以較簡單的電路，通過對軟件程序的編寫優(yōu)化，滿足設計的要求。具有較高的智能化水平。 經測試，本設計完全實現了題目的要求，性能穩(wěn)定，對于 96KBPS 以下的 MP3 均能流暢播放。在使用中可以發(fā)現，本系統具備了結構簡單，功耗低，成本低，操作簡單，可擴展性強等特點，具有較高的應用價值，和很好的市場前景。但是本設計還存在值得改進的地方，考慮到用戶大多的 MP3 都是中文文件名，系統應增加一個中文字庫，支持中文文件名以及歌詞的顯示致 謝時間過得很快，當站在終點前回首昨天忙碌的自己時，發(fā)現全身心投入去做一件事時，是那么的充實和快樂。從畢業(yè)設計的選題開始，我就準備好認認真真對待我的畢業(yè)設計。從