【正文】 交通大學 ,2020:1～ 3 [9] 陳冬云 ,杜敬倉 ,任柯燕 .ATmega128 單片機開發(fā)原理與指導 [M].北京：機械工業(yè)出版社 ,2020:4 [10] 2503JAVR10/ AVR Microcontroller with 32K Bytes InSystem Programmable Flash ATmeg32[R].Atmel,2020:2 [11] Official Multimedia Card[R].version Technical Committee,2020:18 [12] VLSI PRELIMINARY[R].Version ,2020:1 [13] Specification for LCD Module TS16201[R].Shenzhen Techstar Electronics CO.,LTD:5 [14] SMC1602A LCM 使用說 明書 [R].長沙太陽人電子有限公司 :3 [15] Application Note Secure Digital Card Interface for the MSP430 [R].Dept. of Electrical and Computer Engineering Michigan State University,2020:7 [16] 沈美明 ,溫冬嬋 .IBMPC 匯編語言程序設計 (第二版 )[M].北京：清華大學出版社 ,2020:402～407 [17] 魏廣寅 .VS1003MP3/WMA音頻解碼 器 [R].貴陽永青儀電科技開發(fā)部 ,2020:9 [18] VS1003MP3/WMA Audio Codec數(shù)據(jù)手冊 [R].Version ,2020:7 致 謝 時光飛逝，快樂、充實、短暫、難忘的大學生活即將結(jié)束，在這三年半的時間內(nèi)，自己的能力在各方面都有很大的提高，取得的這些進步和成績，離不開許多人的幫助和關心。由于它本身的小巧，還可以嵌入車載系統(tǒng)、家庭娛樂系統(tǒng)等設備中，如果能在這些方面加以應用， 這種基于 SD 卡的 MP3 播放器還有很大潛力可供挖掘。而且，它在被用作 MP3 的同時還可以用作存儲器。但是，微型存儲卡技術卻在飛速發(fā)展，而且，將存儲卡與 MP3相結(jié)合的技術卻并不樂觀，因為在這方面字庫處理的方法還需要得到提升，當SD/MMC 卡更換后，怎樣才能讓漢字字庫保持不變很難辦到，即使這樣處理了，卻不得不在 MP3 內(nèi)部再加一塊存儲器存儲字庫，這樣，產(chǎn)品在成本上增加了，這也是基于 SD 卡的 MP3 不能快速發(fā)展的原因。 到此，基于 SD 卡的播放器測試完成，所有電路及預期功能基本完成。 最后，在進行以上測試過程之中，顯示器能夠正常工作，顯示的信息也正常。根據(jù)程序分析，由于每 26ms 需要一幀數(shù)據(jù)，按下按鍵會導致程序中斷數(shù)百毫秒，故出現(xiàn)歌曲播放聲音不連續(xù)的情況。 然后，進行按鍵測試。 首先，在一張容量為 128M 的 SD 卡中存儲了幾首 MP WMA 格式的歌曲文件，然后插入自制的電路板中上電播放。最后需要進行最終的效果測試。 設計中加入串口通信并實時輸出播放狀態(tài)信息，有利于日后的差錯及維修 預留部分接口，便于以后進行功能升級且功能可擴展。 采用驅(qū)動模塊化設計方式，有利于以后對其進行升級和維護。單片機對不同芯片進行數(shù)據(jù)讀寫時改變其速度，使各種芯片讀寫速度均達到最大以提高整機性能。此設計中采用結(jié)構(gòu)體轉(zhuǎn)換的方式對數(shù)據(jù)進行處理，并采用全局變量存放常用信息，使單片機不必多次對外設進行讀寫， 20 處理速度較快且可靠性高。 5 總結(jié) 難點與創(chuàng)新 在本次設計中難點主要有一下幾方面： FAT32 格式的分析、單片機讀寫性能的優(yōu)化、 VS1003B 的焊接以及單面板的布線等，下面就前兩點做簡要介紹。 此次設計中除 VS1003B 模塊精度和焊接難度較大外，其余各個部件均完成且效果俱佳，其最終成品圖見 附錄一。如此就能夠更加快捷、方便的發(fā)現(xiàn)電路板上的短路、斷路等情況。 制作結(jié)果 在使用熱轉(zhuǎn)印技術制板、打孔、焊接以后，就完成了電路板的制作。腐蝕完成后的覆銅板用水清洗干凈擦干即可。 將三氯化鐵溶液 ——將三氯化鐵和水按 2:3 的比例混合均勻，倒入塑料盒，轉(zhuǎn)印成功后的覆銅板。 最后，冷卻并揭開熱轉(zhuǎn)印紙。將電熨斗調(diào)到棉衣檔壓在熱轉(zhuǎn)印紙上，并不停滑動使其受熱均勻，在棱角部分停留時間還應稍長以提高這些地方的碳粉轉(zhuǎn)移效率。 然后，就是加熱轉(zhuǎn)印。將覆銅板放在電熨斗下，利用其產(chǎn)生的熱量使覆銅板達到一定溫度。到 120176。 19 熱轉(zhuǎn)印方法 在做好相應準備工作之后便可以進行熱轉(zhuǎn)印。由于藥水的作用會形成新的均勻的薄氧化層，這樣可以加強碳粉的附著性， 熱轉(zhuǎn)印時便能將更多的碳粉轉(zhuǎn)移到覆銅板上達到更高精度。然后將三氯化鐵和水配兌，濃度要竟可能低，用來進行預處理銅皮，如果濃度太高可能導致銅皮被腐蝕掉。 圖 20 VS1003B 模塊打印圖 最后，空白 PCB 預處理 ,這一步至關重要。在 PCB 板打印時應將電路中各個過孔顯 示出來，然后可利用三氯化鐵將中間銅箔腐蝕掉便與打孔。 圖 19 單片機模塊打印圖 圖中文字鏡像顯示，在進行熱轉(zhuǎn)印后便能夠正常顯示出來。經(jīng)過多次實驗，制作文檔時必須按照 105%的比例鏡像打印，否則打印出的 PCB 板會偏小以至于無法焊接或焊接短路。 18 第三步，將電路布線圖打印出來。手工制作雙面板時不易對準兩面的過孔，為了能夠做出更高質(zhì)量的電路板，布線時設置為單面板，布線精度為 或以上。為了進一步降低成本，可以直接到可以打印店里進行打印、電腦可以自備或使用網(wǎng)吧的。主要有三氯化鐵、熱轉(zhuǎn)印紙、鉆孔設備、熱轉(zhuǎn)印機或電熨斗、單面覆銅板及容器。缺點是：精度不高、至多做兩層電路板，需要做大量練習才能夠靈活使用。 4 熱轉(zhuǎn)印制作電路板 經(jīng)過對各種電路板制作方法的學習研究，以及在現(xiàn)有條件的約束下，決定使用熱轉(zhuǎn)印技術制板。播放過程主要為搜索音樂，找到音樂 數(shù)據(jù)位置，讀取數(shù)據(jù)，送入 VS1003B 解碼，判斷文件是否結(jié)束，沒有則再查找下一簇數(shù)據(jù)并讀取數(shù)據(jù)，否則，送入結(jié)束數(shù)據(jù)代碼，跳到下一曲。 mp3_play()。 void main() { sys_init()。一旦開始播放，就不需停下，除非暫停鍵被按下。初始化各驅(qū)動程序完成后，需要進入主程序，播放 SD卡中的音樂。 首先，程序需要對系統(tǒng)進行初始化。播放 17 過程中，沒有好的界面及人機接口程序，就不利于使用者操作，而使用過程中，因客戶不知如何操作，胡亂按鍵就容易造成其它未知錯誤。對 VS1003B 芯片大量寫入音樂數(shù)據(jù)時，可以一次性寫入 32 字節(jié)，這樣就可以大大提高數(shù)據(jù)輸入的效率，讓音樂播放更為流暢。此時， VS1003B 可獲取至少 32Byte 的 SDI 數(shù)據(jù)或一個 SCI 命令。軟件復位不會改變內(nèi)部寄存器的值，進行歌曲切換時可以進行軟件復位，這樣進行歌曲切換時直接進行軟件復位就可以了。 VS1003B 初始化時，需要對模式寄存器、時鐘頻率及倍頻寄存器、音量寄存器進行設置。 圖 18 VS1003B 寫數(shù)據(jù)時序圖 根據(jù)時序可知：操作 VS1003B 需要一條 8 為指令，再跟上 8 位地址和寫入該地址的 16 位數(shù)據(jù)。在每次讀寫數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)請求端會變低表示忙 [17]。其指令為 8 位， 0X2 為寫； 0X3 為讀。計算出幀大小波特率和采樣率后，便可以對 MP3 文件進行解碼。 F 區(qū)決定音樂采樣率，而采樣率值則通過表 5 可以查出。L2Layer II。V2–MPEG2/。 E 部分具體含義見表 4。 圖 17 MP3 幀頭結(jié)構(gòu) A 表示幀同步，所有位置位； B 表示 MPEG 音頻版本； C 表示音樂層描述； D為保護位； E 為位速率索引； F 表 示采樣頻率索引； G 為填充位； I 為聲道模式；其余信息與本次設計關系不大，暫未使用，這里不做介紹。幀頭長度為 4BYTE（ 32 位），幀后面可能有兩個字節(jié)的 CRC 校驗。 MP3 文 件 大 體 分 為三 部 分 ： TAG_V2(ID3V2) ，F(xiàn)rame,TAG_V1(ID3V1)。 VS1003B驅(qū)動程序設計 VS1003B 進行硬件復位后，還需進行初始化及音樂相關設置。 目錄區(qū)大小不是固定的，其大小會根據(jù)文件的多少而自動調(diào)整，讀取到的目錄數(shù)據(jù)為 00H 時，就說明文件已經(jīng)結(jié)束，可以不再往后面讀取文件。 引導記錄 FAT 目錄 系統(tǒng)文件 用戶文件 系統(tǒng)區(qū) 數(shù)據(jù)區(qū) 圖 15 系統(tǒng)區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)組織圖 15 DWORD bpbHugeSectors。 WORD bpbHeads。 WORD bpbFATsecs。 WORD bpbSectors。 BYTE bpbFATs。 BYTE bpbSecPerClust。其具體代碼如下。 知道以上信息便可計算出磁盤數(shù)據(jù)的位置等信息。其數(shù)據(jù)見圖 16。在引導區(qū)最重要的部分為前 512 字節(jié)。其具體結(jié)構(gòu)如圖 15。磁盤的第一個區(qū)域是系統(tǒng)區(qū)，從 0 面， 0 磁道， 1 扇區(qū)開始。設計中采用 WinHex 軟件對 SD 卡內(nèi)部數(shù)據(jù)進行分析。磁盤開始區(qū)域存放的是磁盤系統(tǒng)的相關信息，當讀取到這些信息時，還需要進行一些相應的計算，找出 MP3 或其它音樂格式文件的數(shù)據(jù)入口地址、結(jié)束地址等，單片機才能夠獲得相應的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行分析送給解碼芯片解碼。 SD 卡激活并完成初始化后，就可以對 SD 卡數(shù)據(jù)進行讀寫了。未知存儲卡類型時，可寫入 55H 返回 01H 且寫入 41H 返回 00H，則使用的是 SD 卡；否則寫入 01H 返回 00H，則為 MMC 卡。這兩種卡的使用指令基本相同，差別是激活時的最后幾條指令。開始激活時序前，至少要發(fā)送 108 個初始時鐘以進行后面的步驟。 圖 14 SD 卡激活步驟 初始化 SD 卡時須按以下步驟進行設置： SD 卡數(shù)據(jù)塊的長度；，本設計關閉校驗位。 SPI 總線初始化完成后，需對 SD 卡進行激活并初始化。故 SPI 總線初始化時，應初始設為低速模式。 PORTB |= (1 PB4)。= ~(1 PB6)。其具體代碼為 ： Void spi_init(void){ DDRB |= (1 PB4) | ( 1 PB7) | (1 PB5)。 表 3 LCD1602 指令表 SD卡驅(qū)動程序設計 SD 卡使用的是 SPI 模 式， SPI 總線在 ATmega32 單片機中可直接使用。 顯示部分：設計采用的是 LCD1602 液晶顯示器，其工作指令 如表 3[13]。這樣得到的兩組按鍵值可以組合成唯一的一個鍵值。 11 鍵盤、顯示程序設計 鍵盤部分：設計中使用 2 行 3 列的矩陣鍵盤，先將行引腳設為輸出低電平，列引腳設為輸入。 圖 12 vs1003b 連接電路 3 軟件設計 軟件設計流程 本章將根據(jù)相應的硬件自頂向下設計相應軟件。在電平轉(zhuǎn)換時使用了較多的電阻實現(xiàn)，對系統(tǒng)模型最終大小有一定影響。具體電路見圖 12。具體電路如圖 11。設計中仍采用電阻分壓式。 圖 10 VS1003B 引腳圖 (3) 接口設計。 為測試保留，也應該連接到 IOVDD 上。其引腳如圖 10[12]，其模擬、數(shù)字及 I/O 口電源是分開的，含有 SPI 接口，支持 電源供電，接口電源采用 ，可以進行串行通信，硬件復位等。本設計采用了 VS1003B，其體積較小，外圍電路也比較簡單，內(nèi)部包含 MP wma 等硬件解碼及放大電路。 (1) 選擇一款解碼芯片。故需設計了 ATmega32單片機與 SD 卡的電壓轉(zhuǎn)換電路，其原理見圖 9。 SD 卡數(shù)據(jù)傳輸分為 SPI 模式和 SD 模式，設計中采用 SPI 模式。其中，還有一個 SPI 接口使能端口 SS，通過這個端口就可以控制 SPI 的使用。其數(shù)據(jù)傳遞過程見圖 8。即在發(fā)送時一定要等到移位過程全部結(jié)束后，才能對 SPI數(shù)據(jù)寄存器執(zhí)行寫操作。 圖 7 顯示部分電路 8 最后，介紹一下 SPI 接口及其電路設計。為了能夠節(jié)約 I/O 口，設計的鍵盤接口電路見圖 6，這樣原需 6 個引腳的接口現(xiàn)只需 5 個引腳。 剛上電時，電容 C5 促使 REST 引腳保持一段時間的低電平，使電路復位。 圖 4 時鐘電路 圖 5 復位電路 (2) 復位電路的設計。石英晶體頻率較穩(wěn)定，抗干擾能力較強。 (1) 時鐘電路的設計。當 JTAG 編程使能時， JTAG TAP 控制器沒有數(shù)據(jù)輸出，即 JTAG 在編程使能后這些引腳不能用來作為 I/O 口。當 PB、 PC、 PD 端口全作為普通 I/O 口時，和 PA 口功能基本相同。 圖 3 ATmega32 單片機引腳圖 當 PA 口作為 8 為雙向 I/O 端口時，其內(nèi)部具有上拉電阻，輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收 20mA 大電流。 基于 SD卡的 MP3接口設計 ATmega32 引腳介紹 進行單片機的接口設計首先需要分析一下 ATmega32 單片機的引腳 [10]。 由表 1 可知：當 ATmega32 工作