【導讀】單片機存儲音樂，控制播放最為廣泛。它有功能多、價格優(yōu)、外圍電路簡單的。特點，很受音樂愛好者及音樂芯片制造商的青昧。本設計中，用單片機芯片及。示W(wǎng)ELCOMHERE和作者姓名。采用4*4行列式鍵盤實現(xiàn)曲號的選擇和電子。MP3模式中，單片機控制從SD存儲器中讀取數(shù)據(jù)，先由解碼。模式中當鍵盤有鍵按下時，判斷鍵值，啟動計數(shù)器T0，產(chǎn)生一定頻率的脈沖，元件以低耗、高能、耐用、精確、易于操作等為優(yōu)先考慮

　　

【正文】 S 供電電壓 6 WP I/O/PP 寫保護 7 Ncd I/O/PP 插入檢測 8 DAT1 I/O/PP SD 模式 D1 9 DAT2 I/O/PP SD 模式 D2 10 GND S 電源地 SD 卡數(shù)據(jù)傳輸分為 SPI 模式和 SD 模式。在 SD 模式下速度較快，但是，由讀狀態(tài) 輸入 RS=L， R/W=H， E=H 輸出 D0—D7=狀態(tài)字 寫指令 輸入 RS=L， R/W=L， D0—D7=指令碼，E=高脈沖 輸出 無 讀數(shù)據(jù) 輸入 RS=H， R/W=H， E=H 輸出 D0—D7=數(shù)據(jù) 寫數(shù)據(jù) 輸入 RS=H， R/W=L， D0—D7=數(shù)據(jù)， E=高脈沖 輸出 無 19 于使用引腳過多，而且在 SPI 模式下速度已經(jīng)足夠，因此，本次設計中采用 SPI模式。 在 SPI 模式下， SD 卡只需要接 SO、 SI、 CS、 CLK、 VCC、 GND 這 6 個引腳就可以了。對于本設計的 AT89C51 單片機來說需要 4 個 IO 口與之連接，分別是 、 、 和 。在本次設計中驅(qū)動電路圖如 34 所示。 圖 34 SD 卡驅(qū)動電路 SD 卡的初始化 電源供電用 USB 電源， 電平轉(zhuǎn)換后輸出的 為 SD 卡提供電源。 SD 卡電路圖如下： 20 圖 35 SD 卡電路圖 SD 卡在上電初期自動進入 SD 總線模式，在此模式下向 SD 卡發(fā)送復位命令CMD0。如果 SD 卡在接收復位命令過程中 CS 低電平有效，則進入 SPI 模式，否則工作在 SD 總線模式。 對于不帶 SPI 串行總線接口的 AT89C51 單片機來說，用軟件來模擬 SPI 總線操作的具體做法是：將 口（模擬 CLK 線）的初始狀態(tài)設置為 1，而在允許接收后再置 為 0。這樣， MCU 在輸出 1 位 SCK 時鐘的同時，將使接口芯片串行左移，從而輸出 1 位數(shù)據(jù)至 SST89E58RDA 單片機的 （模擬 MISO 線），此后再置 為 1，使單片機從 （模擬 MOSI 線）輸出 1 位數(shù)據(jù)（先為高位）至串行接口芯片。至此，模擬 1 位數(shù)據(jù)輸入輸出便完成。此后再置 為 0，模擬下 1 位數(shù)據(jù)的輸入輸出，依此 循環(huán) 8 次，即可完成 1 次通過 SPI 總線傳輸 8位數(shù)據(jù)的操作。 對 SD 卡進行操作首先要對 SD 卡進行初始化，初始化的過程中設置 SD 卡工作在 SPI 模式，其流程圖如圖 36 所示 ： 21 圖 36 SD 卡初始化 數(shù)據(jù)塊的讀寫 完成 SD 卡的初始化之后即可進行它的讀寫操作。 SD 卡的讀寫操作都是通過發(fā)送 SD 卡命令完成的。 SPI 總線模式支持單塊（ CMD24）和多塊（ CMD25）寫操作，多塊操作是指從指定位置開始寫下去，直到 SD 卡收到一個停止命令CMD12 才停止。單 塊寫操作的數(shù)據(jù)塊長度只能是 512 字節(jié)。單塊寫入時，命令為 CMD24，當應答為 0 時說明可以寫入數(shù)據(jù)，大小為 512 字節(jié)。 SD 卡對每個發(fā)送給自己的數(shù)據(jù)塊都通過一個應答命令確認，它為 1 個字節(jié)長，當?shù)?5 位為 00101時，表明數(shù)據(jù)塊被正確寫入 SD 卡。 在需要讀取 SD 卡中數(shù)據(jù)的時候，讀 SD 卡的命令字為 CMD17，接收正確的第一個響應命令字節(jié)為 0xFE，隨后是 512 個字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)塊，最后為 2 個字節(jié)的 CRC 驗證碼。 可見，讀寫 SD 卡的操作都是在初始化后基于 SD 卡命令和響應完成操作的，寫、讀 SD 卡的程序流程圖如圖 37 和圖 38 所示。 開始 發(fā)送 74個時鐘周期 發(fā)送復位指令 CMD0 進入 SPI總線模式 發(fā)送激活指令 CMD1 接收 SD 卡響應 響應指令的 BIT=0? 結(jié)束 N Y 22 圖 37 寫 SD 卡的程序流程圖 開始 SD 卡初始化 發(fā)送寫指令 CDM24 接收 SD 卡響應 超時錯誤 發(fā)送數(shù)據(jù)起始標志 發(fā)送 512字節(jié)數(shù)據(jù) 發(fā)送 2 個字節(jié) CRC 碼 接收 SD 卡響應 應答指令 0X1F=5? 結(jié)束 返回 Y N Y N 23 圖 38 讀 SD 卡的程序流程圖 另外，利用 winhex 軟件，可以找到音樂文件數(shù)據(jù)在 SD 卡中所處扇區(qū)號。在讀取 SD 卡數(shù)據(jù)時可以直接從所需位置開始讀取。截圖如下： 圖 39 扇區(qū)截圖 WAV 音頻文件為微軟公司開發(fā)的 WAV 音頻文件， WAV 文件格式是一種由微軟和 IBM聯(lián)合開發(fā)的用于 音頻 數(shù)字存儲的標準，它采用 RIFF文件格式結(jié)構(gòu)，非常接近于 AIFF 和 IFF 格式。 WAV 文件主要由 WAV 文件的文件頭和 WAV 聲音文件的數(shù)據(jù)塊組成。 WAV 文件的頭文件如下表： 開始 SD 卡初始化 發(fā)送寫指令 CMD17 應 答指令=0XFE？ + 接收 512 字節(jié)數(shù)據(jù) 接收 2 字節(jié) CRC 碼 結(jié)束 返回 24 表 37 WAV 頭文件 WAV 聲音文件的數(shù)據(jù)塊如下表： 表 38 WAV 聲音文件數(shù)據(jù) 利用 Ultraedit 軟件我們可以以二進制方式查看 WAV 文件，將 WAV 文件數(shù)據(jù)區(qū)的每一個字節(jié)按照一定速率順次送入 D/A 中，再經(jīng)過功放電路放大，即可以實現(xiàn) WAV 文件的播放。 WAV 文件的采樣率是指聲音信號在 “模 → 數(shù) ”轉(zhuǎn)換過程中單位時間內(nèi)采樣的次數(shù)。常用的聲音文件主要有兩種，分別對應于單聲道的 采樣率 和雙聲道 采樣率，采樣率越高的 WAV 音頻文件音質(zhì)越好。利用 Adobe 公司的 Audition 軟件可以生成任意采樣率的 WAV 文件。 AT89C51 工作在 12MHz 頻率下，由于工作頻率限制， WAV 文件采樣率不偏移地址 字節(jié)數(shù) 類型 內(nèi)容 00H~02H 4 字符 資源交換文件標志（ RIFF） 04H~07H 4 長整型 從下個地址開始到文件尾的總字節(jié)數(shù) 08H~0BH 4 字符 WAV文件標志（ WAVE） 0CH~0FH 4 字符 波形格式標志（ FMT） 10H~13H 4 整數(shù) 過濾字節(jié)（一般為 00000010H） 14H~15H 2 整數(shù) 格式種類（值為 1，表示數(shù)據(jù) PCMu律編碼的數(shù)據(jù)） 16H~17H 2 整數(shù) 通道數(shù)，單聲道為 1，雙聲道為 2 18H~1BH 4 長整數(shù) 采樣頻率 1CH~1FH 4 長整數(shù) 波形數(shù)據(jù)傳輸速率（每秒平均字節(jié)數(shù)） 20H~21H 2 整數(shù) 數(shù)據(jù)的調(diào)整（按字節(jié)計算） 22H~23H 2 整數(shù) 樣本數(shù)據(jù)位數(shù) 偏移地址 字節(jié)數(shù) 類型 內(nèi)容 24H27H 4 字符 數(shù)據(jù)標志符 28H2BH 4 長整型 采樣數(shù)據(jù)總數(shù) 2CH… … 采樣數(shù)據(jù) 25 能過高，否則會由于音頻信息寫入 DA 速度不夠而使聲音失真。制作時采樣率使用 3000Hz。音頻信息通過 SPI 通信從 SD 卡中讀取，在讀取到一個數(shù)據(jù)后立即寫入 DA。由于定時器中斷的進出會浪費較多時間，所以在程序設計時沒有采用定時器中斷，僅僅采用了空延遲來 對寫入速度進行控制。這樣做能獲得比較高的寫入速度，但是對寫入速度的控制不夠精確。 通訊接口 USB 芯片 CY7C68013 單片機通常默認通信方式為串行通信，而 PC 常用的通信端口有 :串口 ,并口及 USB 口?？紤]到操作的方便性，可推廣性以及未來通信端口的發(fā)展方向，用途更為多重的 USB 端口成為首選。它主要具有以下優(yōu)點：支持熱插拔；傳輸速度快；攜帶方便；標準統(tǒng)一 、更具廣泛性，可以連接多個設備。 為了減輕 CPU 處理數(shù)據(jù)的壓力，不再將端口的控制由軟件寫入中心控制單片機 ， 而采用加入接口控制芯片的方法，將 這一過程完全硬件處理化，從而可以有效提高整體處理速度。當然，若主控單片機支持 USB 各類規(guī)范，則不再需要這類芯片。 在本設計中， USB 芯片是采用 Cypress Semiconductor 公司的 EZUSB FX2系列的 CY7C68013 芯片。本系統(tǒng)中 MPEGI 壓縮芯片選用 ZAPEX 公司的SZ1510。 CY7C68013 芯片內(nèi)部集成了一個增強的 8051 內(nèi)核，它既與標準的 8051 兼容，又有諸多的改進：最高工作頻率 48MHZ，一個指令周期只需 4 個時鐘周期，比標準的 8051 平均提高了 倍； 2 個 UARTS 端口 ； 3 個定時 /記數(shù)器；擴展的中斷系統(tǒng)及其更多 I/O口等。芯片內(nèi)部集成的 SIE能完成大部分 協(xié)議的處理工作，減少了用戶對繁雜的 USB 協(xié)議的處理。另外，用戶在開發(fā)時，可以利用 GPIF 和 FIFO 方式實現(xiàn)與高速外圍設備之間的邏輯連接，并進行高速數(shù)據(jù)的傳輸。在該方案中，我們選用的是 GPIF（ General Programmable Interface）方式，實現(xiàn)和 SZ1510 之間的通信。 SZ1510 該芯片基于 TI 的 TMS320C54XDSP 內(nèi)核，能對 ITU－ 601／ ITU－656 數(shù)字電視信號和 PCM 音頻流進行 MPEG－１實時壓縮，可生成音頻基本流、視頻基本流、音視頻復合流等。總框架圖如圖 310： 26 圖 310 USB 接口的音視頻框架 該 接口的 MPEG 視頻卡的工作原理為：音視頻信號經(jīng) AK4550 音頻處理芯片及 SAA7113 視頻處理芯片進行 A/D 轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換成 8bit 的PCM 格式的數(shù)字信號，傳入 SZ1510 音視頻壓縮采集芯片進行處理，將編碼調(diào)制PCM 格式的數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)化為符合格式 MPEG1 的混合影視文件，最后 MPEG1 數(shù)據(jù)經(jīng) USB 接口芯片送給 PC 機作進一步的處理，如存儲、顯示和分析數(shù)據(jù)等。 其中， SZ1510 和 CY7C68013 芯片的簡要接口電路連接方式見圖 311： 圖 311 SZ1510 和 USB 芯片接口框圖 音頻解碼芯片 VS1003 在使用 MP3 解碼芯片解碼時，必然會用到解碼相關知識。而且，在將數(shù)據(jù)送到 MP3 解碼芯片前，對數(shù)據(jù)做必要的處理也可以提高 MP3 解碼芯片處理效率，增加設計的可實現(xiàn)性。如果對 MP3 解碼不夠了解，就可能導致設計的失敗。 對于不 同的 MP3 解碼芯片，其操作、控制字及外圍電路也各不相同，找出性價比高且外圍電路簡單的芯片就顯得比較重要。這不但可以降低成本，也會大 27 大提高系統(tǒng)的可行性并降低系統(tǒng)成本。 本次設計采用 VS1003 音頻解碼芯片 , VS1003 是一個多功能的從 MP3 和 WMA解碼芯片，更換終止 VS1002。它可以記錄寬帶語音質(zhì)量的音頻和播放 MIDI，無論是從文件或使用一個標準的串行 MIDI 鍵盤的實時 MIDI 輸入應用程序。許多范圍廣泛的應用程序已經(jīng)開發(fā)此 IC 已售出超過 500 萬臺。 VS1003 結(jié)構(gòu)圖如下： 圖 312 VS1003 結(jié)構(gòu)圖 VS1003 特性介紹 VS1003 是一個單片 MP3/WMA/WAV 音頻解碼器和 ADPCM 編碼器。它包含一個高性能，自主產(chǎn)權(quán)的低功耗 DSP 處理器核 VS_DSP4,工作數(shù)據(jù)存儲器，為用戶應用提供 5KB 的指令 RAM 和 的數(shù)據(jù) RAM。串行的控制和數(shù)據(jù)接口， 4 個常規(guī)用途的 I/O 口，一個 UART，也有一個高品質(zhì)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。如圖 313 所示： 28 圖 313 VS1003 音頻解碼電路 VS1003 通過一個串行接口 來接收輸入的比特流，它可以作為一個系統(tǒng)的從機。輸入的比特流被解碼，然后通過一個數(shù)字音量控制器到達一個 18 位過采樣多位 εΔ DAC。通過串行總線控制解碼器。除了基本的解碼，在用戶 RAM 中它還可以做其他特殊應用，例如 DSP 音效處理。 （ 1） 能解碼 MPEG 1 和 MPEG2 音頻層 III(CBR+VBR+ABR)； WMA ； WAV(PCM+IMAADPCM)。產(chǎn)生MIDI/SPMIDI 文件。 （ 2） 對話筒輸入或線路輸入的音頻信號進行 IMAADPCM編碼。 （ 3） 支持 MP3 和 WAV 流。 （ 4） 單時鐘操作 12~13MHz。 （ 5） 內(nèi)部 PLL鎖相環(huán)時鐘倍頻器。 （ 6） 內(nèi)含高性能片上立體聲數(shù)模轉(zhuǎn)換器，兩聲道間無相位差。 （ 7） 內(nèi)含能驅(qū)動 30 歐負載的耳