【導(dǎo)讀】基于STC12C5A60S2單片機MP3播。放器的設(shè)計與實現(xiàn)。本科畢業(yè)設(shè)計（論文）。燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書。理論研究型（）；計算機軟件型（）；綜合型（）。題目來源科研課題（）生產(chǎn)實際（）自選題目（）。周次第～周第～周第～周第～周第～周。隨著高端電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，具有音頻播放功能的電子產(chǎn)品在各種場。合的需求也日益增多，MP3播放器是電子產(chǎn)品發(fā)展中的一款重要產(chǎn)品，本。首先本次設(shè)計處理器采用STC12C5A60S2作為控制MCU，采用基于。SPI協(xié)議的音頻解碼芯片VS1003實現(xiàn)音頻解碼功能，數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)采用SD. 卡來實現(xiàn)音頻播放功能，在軟件設(shè)計上使用FAT32文件系統(tǒng)對文件進行管。中讀出將要播放的音頻數(shù)據(jù)，再通過SPI接口將音頻數(shù)據(jù)傳送至音頻解碼芯

　　

【正文】 右聲道。 設(shè)置值為最大值是的衰減倍數(shù)，步進值為 ，范圍為 0到 255 最大值是的 設(shè)置值為 0x0000，而靜音為 0xffff。例如，左聲道： ，右聲道：， 則 SCI_VOL=(4X256)+7=0x0407。硬件復(fù)位將使 SCI_VOL 清零 (最大音量 )， 而軟件復(fù)位將不改變音量設(shè)置值。 (設(shè)置靜音 (SCI_COL=0XFFFF)將關(guān)閉模 擬部分的供電 ) (12) SCI_AICTRL[X](地址： 0XC~0XF，可讀寫 ) 用于訪問用戶應(yīng)用程序。 數(shù)據(jù)通信 單片機 STC12C5A60S2是 通過 SPI總線方式 與解碼芯片 VS1003進行數(shù)據(jù)通信 的。 VS1003 通過穿行命令接口 SCI 和串行數(shù)據(jù)接口 SDI 來接收核心控制器 STC12C5A60S2 的控制命令和 MP3 的數(shù)據(jù)：通過 XCS、 XDCS 引腳的高低位設(shè)置來確認哪一個接口處于傳送狀態(tài)。 VS1003 通過 SCI 口寫入特定寄存器來實現(xiàn)控制功能。 在音頻解碼系統(tǒng)中，要以 VS1003 為從機數(shù)據(jù)應(yīng)答模塊得到順暢的模擬音頻流， 必須依據(jù) VS1003 關(guān)于 SPI 協(xié)議下其自身特定的 SPI 工作原理對STC12C5A60S2 進行編程控制才能實現(xiàn)。 VS1003 特定的 SPI 協(xié)議可分為兩類：SCI 傳輸和 SDI 傳輸， SCI 傳輸是指 VS1003 為實現(xiàn)基于 SPI 協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸而 率先進行的命令傳輸。該命令傳輸也是基于 SPI 協(xié)議，但具體協(xié)議內(nèi)容因命令的不同而不同。 STC12C5A60S2 必須完全依據(jù) SCI 命令的協(xié)議格式去編寫代碼才有可能實現(xiàn)初步的 SPI 通信。由于 SPI 協(xié)議本身是全雙工的同步通信方式，因此對于 SCI 傳輸過程， VS1003 定義了讀、寫 2套命令操作機制。寫命令操作相對于讀命令操作更為重要，主要用于告知從機關(guān)與數(shù)據(jù)通信的具體類別，二度命令操作只在某些調(diào)試中用于監(jiān)視通信是否正常。數(shù)據(jù)應(yīng)答是衡量 SPI數(shù)據(jù)是否被從機正確接收和從機是否準備接收 下一批 SPI數(shù)據(jù) 的重要標識信號。在硬件上該控制位是獨立的，是 VS1003 獨有的數(shù)據(jù)請求返回管腳。畢竟無論是 SCI 傳輸還是 SDI 傳輸， VS1003 在整個系統(tǒng)的 SPI 傳輸中都是完全被動的接收數(shù)據(jù)的， VS1003 還承擔著實時處理音頻數(shù)據(jù)的責任，如果 VS1003 的處理時序與主機的傳輸時序發(fā)生了沖突，那么 VS1003被動接收的數(shù)據(jù)將變得無效，進而使整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸失效；如果 VS1003在被動接收數(shù)據(jù)的前提下能夠根據(jù)自身的數(shù)據(jù)處理時序發(fā)出數(shù)據(jù)請求標識，表明在某一段時間數(shù)據(jù)傳輸可以進行 ，在另一短時間內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸需要稍微暫停一下，那么整個 SPI 數(shù)據(jù)傳輸就會與音頻信號處理時序協(xié)調(diào)起來，實現(xiàn)流暢的音頻數(shù)據(jù)傳輸和處理。因此數(shù)據(jù)應(yīng)答是一個非常重要的標識邏輯，完全由 VS1003 自動產(chǎn)生。對于主機則必須時刻依據(jù)數(shù)據(jù)應(yīng)答調(diào)整 SPI 傳輸時許。 VS1003 的 SCI 傳輸協(xié)議通常包含一個 8bit 的指令字節(jié)、一個 8bit 的 23 地址字節(jié)和一個 16bit 的數(shù)據(jù)字節(jié)。具體操作要指令字節(jié)操作。每次 SCI傳輸后數(shù)據(jù)請求返回管腳都會被設(shè)置為低， VS1003 是不允許在數(shù)據(jù)請求返回管腳變?yōu)楦咧伴_始新的 SCI 或 SDI 傳輸?shù)摹? SDI 傳輸是指 VS1003 基于 SPI 協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸，完全是音頻流數(shù)據(jù)，VS1003 在接受 SDI 數(shù)據(jù)的同時完成片內(nèi)的音頻解碼數(shù)據(jù)處理任務(wù)，以 2B為單位進行 SDI 數(shù)據(jù)的傳輸和處理，每傳輸完 2B的二進制音頻數(shù)據(jù)， VS1003就在數(shù)據(jù)請求返回管腳上設(shè)置一個低電平。該管腳在再次變?yōu)楦唠娖街?，主機不能連續(xù)向從機發(fā)送 SDI 數(shù)據(jù)，否則數(shù)據(jù)將會被自動舍棄無效。 模塊設(shè)計及其與單片機的鏈接 通過上述幾節(jié)對 VS1003 的介紹，能初步對 VS1003 進行硬件設(shè)計，VS1003 的工作電壓為 、 ，為了模塊的小型化，本設(shè)計采用穩(wěn)壓芯片將單片機工作電壓（ 5V）降到 、 提供給 VS1003 的 I/O 電源與模擬電源、處理器工作電壓。要使 VS1003 工作必須在 17.、 18 引腳接晶振電路 ； 3 腳接上電復(fù)位電路； 8 腳連接控制器； 10/33/34 沒有用到下拉電阻， 13 腳需要連接控制器； 30 腳上拉 10k 電阻 32 腳測試用接 IOVDD； 39腳接到耳機的右聲道輸出 ； 42 腳用于耳機接地； 46 接到耳機左聲道輸出，具體連接見下圖： 存儲模塊 SD 存儲卡 可以設(shè)計出便宜的播放器和驅(qū)動器而沒有可移動的部分。 使用非常有效的數(shù)據(jù)壓縮比如 MPEG， SD存儲卡可以提供足夠的容量來應(yīng)付多媒體數(shù)據(jù)。 SD 存儲卡硬件結(jié)構(gòu)與接口模式 SD 卡 有 9 個引腳，引腳的排序和卡內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示 ： 25 引腳的功能與模式見下表，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括接口驅(qū)動器、時鐘、寄存器組、卡接口控制器。 SD 卡上的所有單元有內(nèi)部時鐘發(fā)生器提供時鐘。 SD 命令 卡的命令格式 ： SD 卡的指令由 6 字節(jié)組成，如下： Byte1:01xxxxxx（命 令號，有指令標志定義，如 CMD39 為 100111 即 16 進制 0x27，那么完整的CMD39 第一字節(jié)為 01100111，即 0行 27+0x40） Byte25： Command Arguments,命令參數(shù)，有些命令沒有參數(shù)。 Byte6：前 7 位為 CRC 校驗位，最后一位為停止位 0. 存儲卡的命令 SD存儲卡的命令共分為 12類，分別為 class0 到 class11，不同的 SD 存儲卡主控根據(jù)其功能，支持不同的命令集如下： Class0:卡的識別、初始化等基本命令集 CMD0：復(fù)位 SD 卡。 CMD1：讀 OCR 寄存器。 CMD9：讀 CSD 寄存器。 CMD10：讀 CID 寄存器。 CMD12 停止讀多塊時的數(shù)據(jù)傳輸。 CMD13：讀 CardStatus 寄存器。 Class2：讀卡命令集 CMD16：設(shè)置塊的長度。 CMD17：讀單塊。 CMD18：讀多塊，直至主機發(fā)送 CMD12 為止。 Class4：寫卡命令集 CMD24:寫單塊。 CMD25：寫多塊。 CMD27：寫 CSD 寄存器。 Class5:擦除卡命令集 CMD28：設(shè)置寫保護塊的地址。 CMD29：擦除寫保護塊的地址。 CMD30：對地址寫保護位。 Class7:卡的鎖定，解鎖功能命令集。 Class8:申請?zhí)囟罴? Class1011：保留。 27 其中 Class1， Class3， Class,9：不支持 SPI 模式。 SD 存儲卡數(shù)據(jù)操作 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 FAT32 文件系統(tǒng)簡介 文件系統(tǒng)在操作系統(tǒng)中 體現(xiàn)文件命名、存儲和組織的整體結(jié)構(gòu)，由文件、目錄和對這些項目定位及存取所需的信息組成。 Windows 95 OSR2 和 Windows 98開始支持 FAT 文件系統(tǒng) ，由于文件系統(tǒng)的核心文件分配表 FAT 由 16 擴充為 32 位，所以被稱為 FAT32 文件系統(tǒng)。 FAT 文件系統(tǒng)部分簡介如下： （一） FAT32 文件系統(tǒng)將邏輯盤的空 間劃分為三部分，依次是引導(dǎo)區(qū)、文件分配表區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)。 （二）引導(dǎo)區(qū)從第一扇區(qū)開始，使用了三個扇區(qū)，保存了該邏輯盤每扇區(qū)字節(jié)數(shù)，每簇對應(yīng)的扇區(qū)數(shù)等等重要參數(shù)和引導(dǎo)記錄。之后還留有若干保留扇區(qū)。 （三 ） 文件分配表區(qū)共保存了兩個相同的文件分配表，因為文件所占用的存儲空間及空閑空間的管理都是通過 FAT 實現(xiàn)的， FAT 如此重要，保存兩個以便第一個損壞時，還有第二個可用。 文件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)區(qū)的存儲空間是按簇進行劃分和管理的，簇是空間分配和回收的基本單位，即一個文件總是占用若干個整簇，文件所使用的最后一簇所剩余空間不被使用。 （四 ） FAT 系統(tǒng)一簇對應(yīng) 8個邏輯相鄰的扇區(qū)，理論上，這種用法所能管理的邏輯盤容量上限為 16TB，容量大于 16TB 時，可以用一簇對應(yīng) 16個扇區(qū)，以此類推。 FAT32 文件系統(tǒng)在單片機上的軟件設(shè)計 FAT32文件系統(tǒng) 您一定不會陌生，最多看到是它在 Windows操作系統(tǒng)里，在一些嵌入式產(chǎn)品中也能看到它的身影。從某種意義上來說， FAT32 文件系統(tǒng)是很成功的，使用戶脫離底層存儲設(shè)備驅(qū)動，更為方便高效的組織數(shù)據(jù)。給單片機系統(tǒng)中的大容量存儲器配以 FAT32 文件系統(tǒng)，將是非常有意義的。下面通過程序來了解 FAT32 文 件系統(tǒng)機制在單片機上的實現(xiàn)原理。 主引導(dǎo)扇區(qū)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 雖然本次設(shè)計所使用的的 SD 存儲 卡 只有一個分區(qū)， 但是在文件系統(tǒng)初始化的開始我們必須通過 MBR 獲得分區(qū)表項的數(shù)據(jù)，以獲得 CHS、 LBA 參數(shù)以及分區(qū)大小扇區(qū)數(shù)，否則就無法知道 SD 卡中的文件系統(tǒng)的起始物理扇區(qū) 29 號。 在單片機定義程序如下 : struct PartRecord { UINT8 Active。 //0x80 表示此分區(qū)有效 UINT8 StartHead。 //分區(qū)的開始磁頭 UINT8 StartCylSect[2]。//開始柱面與扇區(qū) UINT8 PartType。 //分區(qū)類型 UINT8 EndHead。 //分區(qū)的結(jié)束頭 UINT8 EndCylSect[2]。 //結(jié)束柱面與扇區(qū) UINT8 StartLBA[4]。 //分區(qū)的第一個扇區(qū) UINT8 Size[4]。 //分區(qū)的大小 }。 //MBR:分區(qū)扇區(qū)（絕對 0 扇區(qū)）定義如下 struct PartSector { UINT8 PartCode[446]。 //MBR 的引導(dǎo)程序 struct PartRecord Part[4]。 //4 個分區(qū)記錄 UINT8 BootSectSig0。 //55 UINT8 BootSectSig1。 //AA }。 分區(qū)引導(dǎo)扇區(qū)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 引導(dǎo)扇區(qū) 是 FAT32 文件系統(tǒng)的第一個扇區(qū)，也稱為 DBR 扇區(qū)，它包含這樣一些文件系統(tǒng)的基本信息： 【 1】 每扇區(qū)字節(jié)數(shù) 【 2】 每簇扇區(qū)數(shù) 【 3】 保留扇區(qū)數(shù) 【 4】 FAT 表個數(shù) 【 5】 文件系統(tǒng)大?。ㄉ葏^(qū)數(shù)） 【 6】 每個 FAT 表大小（扇區(qū)數(shù)） 【 7】 根目錄起始簇號 【 8】 其他一些附加信息 在單 片機定義程序如下： //znFAT 中對 BPB 的定義如下 一共占用 90 個字節(jié) struct znFAT_BPB { UINT8 BS_jmpBoot[3]。 //跳轉(zhuǎn)指令 offset: 0 UINT8 BS_OEMName[8]。 // offset: 3 UINT8 BPB_BytesPerSec[2]。//每扇區(qū)字節(jié)數(shù) offset:11 UINT8 BPB_SecPerClus[1]。 //每簇扇區(qū)數(shù) offset:13 UINT8 BPB_RsvdSecCnt[2]。 //保留扇區(qū)數(shù)目 offset:14 UINT8 BPB_NumFATs[1]。 //此卷中 FAT 表數(shù) offset:16 UINT8 BPB_RootEntCnt[2]。 //znFAT 為 0 offset:17 UINT8 BPB_TotSec16[2]。 //znFAT 為 0 offset:19 UINT8 BPB_Media[1]。 //存儲介質(zhì) offset:21 UINT8 BPB_FATSz16[2]。 //znFAT 為 0 offset:22 UINT8 BPB_SecPerTrk[2]。 //磁道扇區(qū)數(shù) offset:24 UINT8 BPB_NumHeads[2]。 //磁頭數(shù) offset:26 UINT8 BPB_HiddSec[4]。 //FAT 區(qū)前隱扇區(qū)數(shù) offset:28 UINT8 BPB_TotSec32[4]。 //該卷總扇區(qū)數(shù) offset:32 UINT8 BPB_FATSz32[4]。 //一個 FAT 表扇區(qū)數(shù) offset:36 UINT8 BPB_ExtFlags[2]。 //znFAT 特有 offset:40