【正文】 鐵融錫的時間，不能燙太久。手工版的 VS1003 解碼模塊的布局無法與主板模塊構(gòu)成一個整體的美觀。一開始，我在設(shè)計中也用了雙層板，追求的是出板的美觀性，可是經(jīng)過多次熱轉(zhuǎn)印后才能成功，可惜過孔太多，焊接技術(shù)有待提高，故選用了單層板設(shè)計，優(yōu)化了布線。在本次設(shè)計中，由于 Atmega128 的管腳比較多，對設(shè)計者來說印 PCB 也是有一定的難度的，為了節(jié)約成本，做單層板比較經(jīng)濟，雖然系統(tǒng)的跳線多，但是不會影響性能的實現(xiàn)。最后是焊板，焊接時間不可太久，以免燒壞芯片或元器件，焊接時要防虛焊。然后對板進行打孔，根據(jù)不同封裝孔的大小采用不同的鉆孔針。要制作出電路板，還必須在打印 PCB 圖之后進行熱轉(zhuǎn)印，如果轉(zhuǎn)印完畢的銅板線路有斷開或者不清楚的現(xiàn)象，則可用油性墨筆補齊，等油墨干之后采用鹽酸與雙氧水配置的混合液進行洗板。運用專業(yè)的電路設(shè)計軟件 Altium Designer 來設(shè)計原理圖，添加相對應(yīng)的元件封裝后便可成功導(dǎo)入 PCB 圖制作，然后需在 PCB 面板上進行線路的布線和元器件的位置擺放，過程中應(yīng)考慮元器件布局的合理性，線路的干擾性等問題。18第五章 系統(tǒng)測試與分析 系統(tǒng)設(shè)計過程設(shè)計前準(zhǔn)備工作，認真查閱資料，對比可選方案，最終明確設(shè)計的方案，同時也對一些設(shè)計中的主要芯片進行大概的了解。U 盤通信采用查詢中斷響應(yīng)的方式進行，流程如圖 43 所示。但是 U 盤文件級子程序庫和大量的固件協(xié)議都能在17CH375 中提供，所以單片機可以直接調(diào)用子程序來讀寫 U 盤中的文件數(shù)據(jù)。并沒有涉及到數(shù)據(jù)區(qū)的操作，那么只須在文件的目錄登記項中進行操作 [12]。對于 FATl6 系統(tǒng)文件，可根據(jù)下面的公式計算出數(shù)據(jù)起始邏輯扇區(qū)號 [11]： 起始邏輯扇區(qū)=隱藏扇區(qū)數(shù)+1+2*每 FAT 扇區(qū)數(shù)+FDT 扇區(qū)數(shù)+(起始簇號2)*每簇扇區(qū)數(shù) 實現(xiàn) SD卡文件的刪除SD 卡文件管理中還有一個重要的方面，那就是實現(xiàn)對文件的刪除。要讀取 SD 卡上的文件，就必須要用簇來鏈接，通過文件名來鏈接到該文件目錄登記項所在的地址，再用目錄登記項中的起始簇號來查找到文件在數(shù)據(jù)區(qū) DATA 中第一簇的內(nèi)容和在 FAT 表中找到第二個簇號,接著又根據(jù)第二個簇號再找到第二簇的內(nèi)容和 FAT 表中的第三個簇。但在創(chuàng)建目錄時，應(yīng)將屬性值設(shè)置為 10H(表示子目錄)，文件長度為 0[9]。文件名的大小一般占用 8 個字節(jié)，而長的文件名則需要用數(shù)組來存放。 SD卡文件系統(tǒng)的實現(xiàn)要實現(xiàn)對文件的管理，那么單片機通過對 SD 卡的讀寫中就可按照 FAT16/FAT32 文件系統(tǒng)的格式對 SD 卡上的數(shù)據(jù)進行操作，這樣便可以在 SD 卡上實現(xiàn)文件的創(chuàng)建、文件的讀寫和文件的刪除等操作。隨在 FAT 表后的就是文件目錄表 FDT，它在大小上固定占了 32 個扇區(qū)，但一個扇區(qū)又可容納 16 個登記項，一個登記項又具有 32 字節(jié)的長度，具有如此的特征，使其在存儲文件目錄上更具有條理性。在文件的鏈?zhǔn)酱鎯χ型ㄟ^ FAT 表記錄文件存儲中簇與簇之間的連接信息，這樣就可以快速地查找文件儲存的地址。緊跟在分區(qū)引導(dǎo)記錄后的是FAT（文件分配表）區(qū)，在一些文件系統(tǒng)中存在這樣兩份完全相同的文件分配表 FAT1和 FAT2，如 FAT16/FAT32 文件系統(tǒng)就具有這樣相同的兩個文件分配表，并且每一份FAT 表所占用空間的大小都可從 BPB 表中查詢得到。在分區(qū)引導(dǎo)記錄中又可分為 BIOS 參數(shù)記錄塊 BPB（BIPS Parameter Block） 、磁盤標(biāo)志記錄表、分區(qū)引導(dǎo)記錄代碼區(qū)和結(jié)束標(biāo)志 55AA 這四塊內(nèi)容。 SD卡文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析SD 卡內(nèi)的數(shù)據(jù)要在操作系統(tǒng)下被識別，則需要在 SD 卡上創(chuàng)建操作系統(tǒng)所能識別的 FAT16/FAT32 文件系統(tǒng)。開始YNY各模塊初始化讀 U/SD 卡主引導(dǎo)解析文件系統(tǒng)從 U/SD 卡讀取文件名調(diào)用 UNICODE 字庫并顯示解析文件名計算 MP3 數(shù)據(jù)流首簇地址讀取 1 扇區(qū)的 MP3 數(shù)據(jù)流MP3 數(shù)據(jù)流寫入VS1003 芯片讀完 1 簇？計算下一簇地址文件是否結(jié)束結(jié)束圖 41 主程序流程圖各模塊初始化后，單片機識別 U/SD 卡，再根據(jù) U/SD 卡的主引導(dǎo)，通過 FAT 文件系統(tǒng)解析文件名，并調(diào)用 UNICODE 字庫把文件名顯示在諾基亞 5110 液晶上，然后單片機計算簇所在的地址，把讀到的文件數(shù)據(jù)流送入到 VS1003 中進行解碼，當(dāng)讀完一簇后，則計算下一次地址，如此便實現(xiàn)文件的鏈接。對于 ICCAVR 軟件，在編寫程序的時候要注意各個中斷函數(shù)的書寫，還要注意管腳的使用，對包含的頭文件也應(yīng)該具有一定的了解。在 ICCAVR 編輯器的狀態(tài)窗口中可以很清楚地把編譯出現(xiàn)的錯誤顯示出來，當(dāng)用鼠標(biāo)單擊編譯出現(xiàn)的錯誤時，光標(biāo)就會自動跳轉(zhuǎn)到編輯窗口中引起錯誤的那一行，這樣就省去了煩雜的查錯工作 [7]。ImageCraft 的ICC AVR 是一個應(yīng)用到了 ANSI 標(biāo)準(zhǔn)的 C 語言來開發(fā)微控制器（MCU）程序的工具。一個單片機的使用不僅僅只有硬件，同時也應(yīng)該有軟件的支持，硬軟結(jié)合才能發(fā)揮其更加強大的作用，在寫匯編程序 CPU 可執(zhí)行的機器碼可分為手工匯編和機器匯編這兩種方法。設(shè)計中模塊接口如圖 39 所示。它的傳輸速率是 1602 液晶的四倍，在價格上也比較便宜，來源也很多。它原本就是一個 LCD 點陣屏，可以顯示 4 行漢字，與主機通過串口模式相接。對于USB 數(shù)據(jù)線 D+和 D的 PCB 應(yīng)該平行布線，長度保持差不多 [6]。 U盤模塊部分容易造成影響的一些問題在 PCB 設(shè)計中，應(yīng)注意一些細節(jié)以防對設(shè)計造成不必要的影響。補充：CH375 的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)僅為 64 個字節(jié)，讀取一個扇區(qū)（512 字節(jié)）要讀 8 次，每讀完一次要從 CH375 中送入繼續(xù)讀取的命令，等待 CH375 的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)更新為下面的 64 個字節(jié)后，再次等待中斷，讀取狀態(tài)。當(dāng) CS、RD 和 A0 都為低電平時 CH375 的數(shù)據(jù)可以通過 D0~D7 輸出；當(dāng) CS、WR 和A0 都為低電平時，D0~D7 上的數(shù)據(jù)被寫入 CH375 芯片中；當(dāng) CS 和 WR 都為低電平，A0為高電平時，D0~D7 中的數(shù)據(jù)可以作為命令碼寫入 CH375 中，這樣就實現(xiàn)了 CH375 對 U盤的讀寫 [5]。要是 U 盤連接錯誤，那么就會返回狀態(tài)碼，若獲取狀態(tài)碼 GET_STATUS，那么表示 U 盤已經(jīng)連接成功。(注意：CH375 運用的是 12M 晶振，22PF 瓷片電容組成的振蕩電路)12 U盤通信電路圖（如圖 38所示） INT1RS2W3D4X56C7A08V9+GO*HusbMPFBLEK./_圖：38 U 盤讀寫模塊圖 U盤工作原理當(dāng) CH375 工作方式在主機方式時，單片機通過 RD、WR、片選 CS、中斷 INT和地線 A0 進行控制，實現(xiàn)與 CH375 通訊。CH375 本身還內(nèi)置了大量專用通信協(xié)議的固件，外部單片機可以直接通過調(diào)用其固件實現(xiàn)對常用的 USB 儲存設(shè)備以扇區(qū)為單位的讀寫操作。CH375 是一個 28 腳的貼片式芯片，它具有串并行通信方式，可以通過讀控制線、寫控制線、片選控制線、中斷輸出線及 8 位數(shù)據(jù)總線，可非常方便地與單片機等控制器總線相連，實現(xiàn)并行傳輸。 SD卡讀寫模塊圖（如圖 37所示）CD/AT31M2VS4LK56078WP9*RGN_OI下圖：37 SD 卡讀寫模塊圖 U盤通信讀寫模塊本模塊設(shè)計是利用 CH375 芯片對外部的 U 盤內(nèi)數(shù)據(jù)進行驅(qū)動讀取。若大于 2G 的盤，格式化的時候只能選擇 FAT32，F(xiàn)AT16 的盤是不能正常播放的。通過執(zhí)行命令和作出相對應(yīng)的命令響應(yīng)，完成單片機對 SD 卡的讀寫操作。SPI 總線模式的數(shù)據(jù)傳輸則以字節(jié)為單位進行，每個字節(jié)則為 8 位，每個命令或者數(shù)據(jù)模塊都需以字節(jié)來對齊。采用四根數(shù)據(jù)線并行傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸速率高的模式為 SD卡總線模式，這種總線的傳輸協(xié)議并不簡單，而且很多單片機都沒有提供這樣的總線接口，而且若用軟件來模擬 SD 卡總線卻又相當(dāng)?shù)姆爆?，并且還會降低 SD 卡的數(shù)據(jù)傳輸速率；如果用 SPI 總線模式去驅(qū)動 SD 卡，那么就只需用到一根數(shù)據(jù)傳輸線，此時數(shù)據(jù)傳輸速率雖較低，可在很多單片機上都具有 SPI 總線接口，若用軟件來模擬也十分的容易，其總線模式的傳輸協(xié)議十分簡單，易于實現(xiàn)。10 VS1003解碼模塊電路圖圖 36 VS1003 解碼模塊電路圖 SD卡模塊電路及非正常播放的的解決辦法對于本模塊電路設(shè)計，首要應(yīng)該考慮電源電壓和電流的要求，防止電壓電流超過SD 卡承受范圍，進行燒卡，系統(tǒng)中供電電壓一般為 。42 腳 GBUF:公共地緩沖器。 29 腳 SI:串行輸入。 23 腳 XCS：命令片選。8 腳 DREQ：數(shù)據(jù)請求。2 腳 MICN：同向差分話筒輸出。VS1003B 封裝圖如 35 所示。VS1003B 解碼模塊對單片機從 SD 卡或者 U 盤中讀取的數(shù)據(jù)流進行解析，并轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出，同時能9實現(xiàn)高低音控制和立體聲數(shù)模轉(zhuǎn)換，可直接驅(qū)動耳機。它擁有一個高性能，低功耗 DSP 處理器核 VS_DSP4,5KB 的指令 RAM 和 的數(shù)據(jù) RAM。如圖 34 所示，共有五個按鍵，分別實現(xiàn)歌曲的播放、暫停、上下曲切換、聲音加減功能?？紤]到本設(shè)計中需要的按鍵操作并不多，單片機的 I/O 口完全可以滿足，所以選擇了獨立式鍵盤設(shè)計，如圖 34 所示 ，按鍵以低電平有效。以上是本設(shè)計需要重視的主芯片特點?？梢詮拈e置模式喚醒。主機或從機操作 LSB 首先發(fā)送或 MSB 首先發(fā)送。串行外設(shè)接口SPI 允許 ATmega128 和外設(shè)之間進行高速的同步數(shù)據(jù)傳輸，接口管腳為 PB1(SCK)、PB2(MOSI)、PB3(MISO)。有 53個可編程 I/O 口，可方便外掛其他器件,具有可工作于從機/主機模式的 SPI 串行接口。具有 4K 字節(jié)的EEPROM，可以對一些操作數(shù)據(jù)進行存儲，方便斷電重啟后，能對上一次的數(shù)據(jù)進行再現(xiàn)。因此，下面對該芯片進行必要的說明。供電電源電路如圖 32 所示 +KRJ下6ABS圖 32 供電電源電路 MCU微控制器Atmega128 的引腳圖如 33 圖所示。 供電電源電路本電路是直接利用外部電源適配器進行接電，這樣得到的電流和電壓都比較穩(wěn)定，然后利用 ASM1117 線性穩(wěn)壓芯片，將電源電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的，少紋波的 5V、 電壓，為了能控制整個電路的電源供電，在適當(dāng)處添加了一個六角開關(guān)，目的是截取適配器供電。本模塊設(shè)計電路圖如 31 所示，系統(tǒng)使用內(nèi)部 8M 晶振，下載熔絲位為 E4 91 FF 不兼容 103 模式。對于 MCU 的選擇，考慮到效率問題，最終也選定了 Atmega128作為主控芯片，它的外圍電路簡單，滿足本設(shè)計的需要。整個電路圖設(shè)計相對而言比較簡單，盡量地減少元器件，簡化元器件布局，達到合理布局的目的。下面將整個音樂播放器的設(shè)計對各模塊組成分別做個介紹。在操作上，應(yīng)用了簡單的功能按鍵，控制音樂的播放、暫停、上下曲切換、音量調(diào)節(jié)等操作在顯示液晶上清楚可見。對于功能的實現(xiàn)，本設(shè)計能實現(xiàn)對 SD 卡及 U 盤的高速讀取，同時可在諾基亞5110 液晶上顯示歌曲進程、歌曲名及音頻頻譜。不僅能在SD 卡上實現(xiàn)音頻數(shù)據(jù)的讀取還可以高速讀取外部的 USB 儲存設(shè)備，如 U 盤，硬盤等。系統(tǒng)框圖如圖 22 所示。 系統(tǒng)設(shè)計硬件組成本系統(tǒng)是基于 Atmega128 單片機所設(shè)計的 MP3 播放器，音頻文件存儲在 SD 卡上，通過文件系統(tǒng)的讀取 SD 扇區(qū)或?qū)⒁纛l存在 U 盤等 USB 外設(shè)儲存器上，通過 CH375 驅(qū)動芯片讀取外設(shè)儲存器，由 Atmega128 單片機讀取數(shù)據(jù)并送到 VS1003B 音頻解碼模塊解碼輸出，同時還可以通過按鍵來選擇實現(xiàn)歌曲切換，暫停播放和音量調(diào)整等功能。方案四：采用諾基亞 5110 液晶模塊，它采用的是串行通信協(xié)議進行通信，傳輸速度快，耗能低，接口信號線數(shù)量少，能顯示英文、數(shù)字還有圖案，并且市場價格最便宜。但其圖案分辨率很低，而且只能顯示單色字符，在價格方面也不算很便宜。LCD1602 液晶驅(qū)動電路相當(dāng)簡單，它可以顯示簡單的中英文字符、圖案，并且功能和設(shè)計的成本都比較低。使用高性能的 VS1003 MP3 解碼芯片，功能不僅強大而且價格也相當(dāng)便宜，VS1003 支持 MPWAV、WMA、MIDI 等諸多音頻格式，音質(zhì)可與市場上中檔 MP3 播放器相媲美。雖在硬件方面降低了成本，但其軟件方面比較復(fù)雜，4編程難度較高，工作量極大，而且對控制器的處理速度和資源要求也較高。綜上所述，為了能更好地處理數(shù)據(jù)，得到流暢的播放效果，應(yīng)考慮 MCU 數(shù)據(jù)處理能力，選擇方案二中 ATMEL 公司的 Atmega128 單片機作為微處理控制器，它遠遠能滿足 MP3 的數(shù)據(jù)解碼速度要求。特別是 ATMEL32 、ATMEL6ATMEL128 的片內(nèi)儲存空間均在 8K 以上，盡量滿足了 MP3不卡機的條件之一。如采用初學(xué)者廣泛使用的AT89S52 單片機，它內(nèi)部具有低損耗、高性能的 CMOS 微處理器，片內(nèi)也具有 8K 字節(jié)的儲存空間、4 個 8 位的并口、1 個全雙工的串行口、128 字節(jié)的 RAM、2 個 16 位定時/計數(shù)器，其尋址范圍也有 64K,這些特點能滿足簡單的設(shè)計需要，但如果用這款單片機來設(shè)計 MP3 那最好要外接一個儲存芯片，否則對數(shù)據(jù)的緩沖、處理速度跟不上，容易造成卡機現(xiàn)象。3