【正文】 錄 A。 系統(tǒng)開發(fā) 系統(tǒng)開發(fā)包括硬件和軟件兩個部分，其中硬件主要是指開發(fā)電路板， 軟件部分主要包括 軟件 模塊分析，解碼和音頻的分析。音頻部分： AT89C51SND1C的音頻輸出提供 PCM和 I2S2 種模式，使得音頻芯片的選擇變得比較容易。 表 升壓電源芯片比較 名 稱 性 能 價 格 LM2621 至 14 V Input Voltage 至 14 V Adjustable Output Voltage Up to 1A Load Current $ MAX856 Vout= V ≤ Vm≤ V Iout= A $ 結(jié)合比較，在系統(tǒng)設(shè)計中我們分別選擇芯片 AS1117 和 MAX856。參數(shù)比較如表 所列。在 ATMEL 提供 的開發(fā)板中采用的是第一種方案，為了保證輸出電壓的穩(wěn)定，我采取第 2 種方案：第 2 種方案備選芯片為 AS1117 和 MAX1626/7，參數(shù)比較如表 所列。 10%）， 25mA，所以能夠滿足需要。 USB 供電模式： USB 供電參數(shù)如下： USB 接口提供 5V電壓和 200mA 電流， Imax=500mA；PC 機為 500mA；筆記本電腦為 100mA。 音頻部分：把數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)化為聲音信號； Flash 芯片：存放系統(tǒng)文件； 4. 1 系統(tǒng)分析 本系統(tǒng)主要實現(xiàn)一個 MP3 播放器的功能，由于涉及文件傳輸和存儲問題，所以附帶需要實現(xiàn) USB存儲器的功能。 基于以上分析，又由于本人能力和時間所限，本文采用基于集成 MP3 功能單片機 進行MP3 的研究和設(shè)計?；诙ㄖ?ASIC 電路的 MP3 播放器方案的顯著特點是電路集成度高，可降低成本，擴展功能，增強競爭力，但不普及。 各個方案的比較 基于分離芯片的 MP3 播放器 成本大，現(xiàn)在已經(jīng)逐漸淘汰。 采用 FPGA 實現(xiàn) MP3 播放器的方案 Xilinx 公司采用了具有現(xiàn)場可編程門陣列（ FPGA）的 MP3，實現(xiàn)具有先進用戶接口特性的 MP3 播放器。 由于該設(shè)計的 ASIC 具有并口和 USB 口可復 用通信的特性，因而使用不同連接電纜和適配器，就能夠?qū)崿F(xiàn)與 PC 機不同的通信方式，對于 PC 僅有并口的用戶和具有 USB 口的用戶均能使用該款機器。 基于集成 MP3 功能單片機的 MP3 播放方案 當前市場比較流行的是基于集成 MP3 功能單片機的 MP3 播放器，該方案僅需少量的外圍器件就可以構(gòu)成 MCU 單芯片的 MP3 播放器，這些芯片提供豐富的接口功能。 大容量的可擦除存儲器 對于便攜式 MP3 播放器，大容量的可擦除存儲器是其必備的，同時該設(shè)備的類型，質(zhì)量和容量大小 ，直接決定了 MP3 播放器的價格 ， 當前 MP3 播放器都具有大容量的可擦除存 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁 5 儲器，而且 其容量有越來越大之趨勢。 可 以說，人們從MP3 播放器聽到的聲音質(zhì)量幾乎完全取決于該部件，因此，選擇一個高質(zhì)量的 D/A 轉(zhuǎn)換器是至關(guān)重要的。 立體聲 D/A 轉(zhuǎn)換器 立體聲 D/A轉(zhuǎn)換器 是 MP3 播放器極其重要的部件。采用 FPGA 實現(xiàn) MP3 播放器的方案 基于分離芯片的 MP3 播放方案 采用分離芯片的 MP3 的播放器，主要包括 MP3 解碼芯片、立體聲 D/A 轉(zhuǎn)換芯片、移動存儲設(shè)備、微控制器芯片（單片機）和 LCD 顯示電路等，下面分別介紹這些芯片的可選方案，并簡述其技術(shù)特性。基于集成 MP3 功能單片機 （ MCU） 的 MP3 播放器 這里僅從主要的MP3 解碼芯片類型，即按 MP3 播放器內(nèi)部的主要芯片類型進行分類，大體可分為： 硬件 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 4 方面包括：基于分離芯片的 MP3 播放器方案、基于 集成 MP3 功能單片機的 MP3 播放器方案、基于定制 ASIC 電路的 MP3 播放器方案及彩 FPGA 實現(xiàn) MP3 播放器的方案。 此外，市面上還出現(xiàn)了嵌入 MP3 播放器功能 的各種形式的電子產(chǎn)品，如能夠播放 MP3的手機， PDA，車載音響和數(shù)字相機等。 便攜式 MP3 播放器的擴展功能 播放數(shù)字音樂的同時，消費者還希望能夠有多種功能，比如用于實時記錄語音信號等，一些廠商在他們的 MP3 中又加入了使用 標準的 ADPCM 語音編碼算法，實現(xiàn) MP3 的實時語音錄音功能，由于該算法的編碼速率為 32Kbps， 因而可以在 32Mbytes 的 Flash 中連續(xù)錄音 2 個小時左右，能夠滿足一般記錄語音的質(zhì)量要求。應用層可以通過與之相配合的客戶軟件向主機提供一些額外的功能。 USB 總線接口層提供了在主機和設(shè)備之間的物理連接，發(fā)送連接，數(shù)據(jù)包連接。用于支持 USB設(shè)備通過 USB 連接到主機上。 USB 系統(tǒng)軟件（ USB system software）：此軟件用于在特定的操作系統(tǒng)中支持 USB，它由操作系統(tǒng)提供。這種軟件由 USB設(shè)備的提供者提供或由操作系統(tǒng)提供。 USB 的 4 個層次 USB 設(shè)計的初速率是針對桌面計算機而不是應用于可移動的環(huán)境下的?，F(xiàn)在的 可以達到 500Mb/S。 目前普通采用的 主要應用在中低速外部 設(shè)備上，它提供的傳輸速率有低速。 USB 協(xié)議的傳輸速率 USB 是一種支持在 USB 主機和 USB 設(shè)備之間進行串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ艆f(xié)議。與其它通信接口比較， USB 接口的最大特點是易于使用，這也是 USB 的主要設(shè)計目標。 USB 技術(shù) 的提出就是基于通用 連接技術(shù)實現(xiàn)外設(shè)的簡單連接，以達到方便用戶，降低成本，擴展 PC 機外設(shè)的目的。 簡介 通用串行總線（ USB）是由 INTEL， DEC， MICROSOFT 和 IBM 等公司聯(lián)合提出的一種新的串行總線標準，主要用于 PC 機與外 接 設(shè)備的互聯(lián)。 MP3 播放器的通信接口 MP3 播放器的通信接口 MP3 的通信方式已從 PC 并口的 Normal 方式過渡到 ECP 或 EPP 方式，上 /下載速率從100Kbytes/s 上升到 300Kbytes/s； 最新的產(chǎn)品，大多已經(jīng)使用了支持熱插拔的 USB 接口，通信速率最高可達 400 到 500Kbytes/s，用戶下載 32Mbytes 的 MP3 音樂只需大約一分半鐘時間，大大縮短了用戶上 /下載 MP3 音樂的時間，有的甚 至采用了 接口。另一方面 ， MP3 播放器的附加功能也越來越具有吸引力，如將 MP3 中的儲存器開辟為移動存儲設(shè)備，增加了 MP3 錄音、調(diào)頻收音機以及多種現(xiàn)場環(huán)境感覺功能USB 大容量移 動存儲器 LCD 顯示器 鍵盤按鈕 單片機 控制系統(tǒng) MP3 解碼 D/A 轉(zhuǎn)換 音頻 放大 聲音 輸出 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計 第 2 頁 2 的播放模 式，在 MP3 播放器集成時鐘功能等。可見，一個 MP3 播放器主要 應包括： （ 1） 單片機控制系統(tǒng) （ 2） 大容量的移動存儲設(shè)備 （ 3） MP3 解碼器 （ 4） D/A 轉(zhuǎn)換芯片 （ 5） 音頻放大電路 （ 6） USB 接 口 （ 7） LCD 顯示和鍵盤電路 圖 MP3 播放器的主要結(jié)構(gòu)示意圖 事實上，隨著 MP3 播放器的激烈競爭和產(chǎn)品開發(fā)的發(fā)展。 便攜式 MP3 播放器的結(jié)構(gòu) 對于便攜式 MP3 系統(tǒng)，主要考慮的是其體積小巧、低功耗、高容量、低價格。 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計 第 1 頁 1 1 便攜式 MP3 播放器基本原理 本章首先 討論便攜式 MP3 播放器的結(jié)構(gòu)、然后介紹多種存儲器類型、接著介紹各種通信接口及其擴展功能，其中簡要介紹了 通信協(xié)議。最后說明 便攜式 MP3 播放器的擴展功能。當前流行的 MP3 播放器其主要結(jié)構(gòu) 如圖 所示。一些芯片廠商已經(jīng)推出了集成 MP3 解碼及其它附加功能的單片機，使 MP3 播放器向集成化發(fā)展，如 ATMEL 的AT89C51SND1 芯片?？傊?， MP3 播放器在不斷集成化的同時，功能正朝著多樣化方向發(fā)展。 當前 ， USB 已經(jīng)是便攜式 MP3 通信接口的主流標準，不過，將來甚至可能采用 1394火線技術(shù)。眾所周知，計算機外設(shè)的豐富及消費電子設(shè)備與計算機連接的實現(xiàn)，擴展了 PC 的應用空間，同時外設(shè)的日益豐富也給用戶造成了連接上的困難。 通用串行總線是一種快速，靈活的總線接口。作為一種高速總線接口， USB 適用于多種設(shè)備，其易于使用表現(xiàn)在 USB接口支持熱插拔，并且所有的配置過程都由系統(tǒng)自動完成，無須用戶干預。主機作為總線的主叫方，采用兩種信令模式：全速模式 12Mb/S 和低速模式 ?？鄢糜诳偩€狀態(tài)，控制和錯誤監(jiān)測等的數(shù)據(jù)傳輸， USB的最大理論傳輸速率仍達 ， 高于一般的串行總線接口。 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁 3 總的來說，中速的傳輸是同步的，低速的數(shù)據(jù)來自交互的設(shè)備。軟件系統(tǒng)通過對各種主機控制器提供支持以保證將完成 USB的擴充。 USB 物理設(shè)備（ USB physical device）： USB 上的一種硬件，可運行一些用戶程序?？蛻糗浖?dent software）：為一個特定的 USB 設(shè)備而在主機上運行的軟件。 與具體的 USB 設(shè)備無關(guān)，也獨立于客戶軟件。 USB 主機控制器（ USB host controvert）：總線在主機方面的總和。 一臺主機與一個 USB設(shè)備間的連接是由許 多層上的連接組成的 。 USB 設(shè)備層對 USB 系統(tǒng)軟件是可見的，系統(tǒng)軟件基于它所見的設(shè)備層 完成對設(shè)備的一般的 USB 操作。 USB 設(shè)備層和應用層的通信是邏輯上的，對應于這些邏輯通信的實際物理通信由 USB 總線接口層速完成。 許多 MP3 還具有日歷、秒表甚至萬年歷等輔助功能。 2 便攜式 MP3 播放器的方案分析 本章分兩大部分 MP3 播放器的硬件解決方案和 MP3 播放器的軟件解決方案 [4]。 MP3 播放器的硬件解決方案 從技術(shù)角度上說， MP3 播放器存在多種方案，其分類方法也較多?；诜蛛x芯片的 MP3 播放器（存在多種方案） 基于定制 ASIC 電路的 MP3 播放器 MP3 解碼芯片 早期的 MP3 播放器大多采用基于解碼芯片的方案，隨著 MP3 播放器市場的發(fā)展，幾乎所有的半導體公司都推出了自己的 MP3 解碼芯片和 MP3 解決方案。其功能是將已經(jīng)解碼的立體聲位流數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為合適大小級別的模擬電壓，并通過耳機或揚聲器進行播放。 微控制器（單片機） 對 MP3 播放器而言，一個微控制器是必需的 ，作為播放器的控制器，它從內(nèi)存中讀入數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給 MP3 解碼器，獲取鍵盤和按鈕的輸入，處理用戶選擇，并提供給LCD 控制器控制信號和數(shù)據(jù)。 液晶顯示面板 為了實現(xiàn)良好的交互操作， MP3 基本上都提供了一個液晶顯示面板 LCD,主流的 MP3通常都采用字符型 LCD。 基于定制 ASIC 電路 的 MP3 播放器方案 MP3 播放器有一塊定制的 ASIC 電路，它比通常 MCU 的功能要強大，且速度也快。使用 PC 并口通信時，最高可達 300KB/s 的通信頻率；使用 USB 通信時，最高可達 400～ 500KB/s 的通信頻率。其中， FPGA 器件主要用于實現(xiàn)存儲器與輸入 /輸出器件的管理和接口功能?，F(xiàn)在大部分采用的是基于集成 MP3 功能單片機的 MP3 播放方案。采用 FPGA 實現(xiàn) MP3 播放器的方案比較完美，但難度大我沒有采用。 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁