【正文】 6 4 基于 AT89C51SND1 的 MP3 播放器設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā) AT89C51SND1C 單片機(jī)是 ATMEL 公司的系列單片機(jī)之一，本章將以該芯片為核心來(lái)開(kāi)發(fā) MP3 播 放器。整個(gè)系統(tǒng)由 AT89C51SND1C（ MCU）、 K9F2808U0A（ Flash 芯片），電源部分、音頻部分、串行通信部分和人機(jī)接口部分組成。 MCU 部分 :控制整個(gè)系統(tǒng)，提供 USB 控制和 MP3 解碼功能； 電源部分：提供系統(tǒng)工作所需要的電源，包括 1 個(gè)升壓和 1 個(gè)降壓部分； 人機(jī)接口部分：包括按鍵和 LED 指示等 等 為了方便調(diào)試，系統(tǒng)中還提供了串行通信部分，在這個(gè)部分中主要詳細(xì)介紹電源、音頻部分。電源部分：整個(gè)開(kāi)發(fā)板上所有芯片統(tǒng)一采用 伏供電，對(duì)開(kāi)發(fā)板的供電采取 2種形式： USB 供電和 7 號(hào)電池供電。 由于 AT89C51SND1 所需要的電壓為 3V（177。把 5V 電壓轉(zhuǎn)為成 ：電位器分壓和 DCDC 芯片。 表 降壓電源芯片比較 名 稱 性 能 價(jià) 格 AS1117 IOUT=10 mA， VIN= 0≤ IOUT≤ 800 mA， ≤ VIN≤ 10V 1 元 MAX1626/7 15≤ IOUT≤ 50 mA， ≤ VIN≤ $ 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè) 7 電池供電模式：考慮到產(chǎn)品的完整性，故同時(shí)設(shè)置用 7 號(hào)干電池進(jìn)行供電的模式，這就需要一個(gè) ～ DC芯片，備選芯片為 LM2621 和 MAX1642/3。 本設(shè)計(jì)中 選 MAX856 芯片。 綜合考慮數(shù)據(jù)精度和供電電壓等因素，選擇 CS4330 為音頻 DAC 芯片，CS4330 可是兼容性標(biāo)準(zhǔn)的 48kHz、 和 32kHz 音頻信號(hào) ,音頻信號(hào)通過(guò)串行數(shù)據(jù)口SDATA 送入，左右時(shí)鐘信號(hào) LRCK 控制左右聲道和描繪數(shù)據(jù)和串行時(shí)鐘系統(tǒng)的其它部分可以參照前面章節(jié)中提到的設(shè)計(jì)思想。 硬件設(shè)計(jì) 整個(gè)系統(tǒng)劃分成幾個(gè)部分：電源部分、控制器部分、存儲(chǔ)器部分、音頻部分、人機(jī)接口和 RS232 通信部分。 圖 是利用 AS1117進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換的電路圖。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) 8 圖 利用 AS117 進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)化 XX1117 芯片（其中 XX 是公司給產(chǎn)品的系列名字，如 AS111 LM1117 等，其大體功能相同，只是在具體參數(shù)上有細(xì)微的差別）有多種不同的封裝形式，重要的是有不同的電壓輸出型號(hào)，在本系統(tǒng)中一定要選擇 XX1117 芯片輸出電壓是 3V 的芯片，否則調(diào)試起來(lái)很麻煩。整個(gè)電路中比較重要的是二極管 1N5817，總的說(shuō)來(lái)，按照 圖 連接之后，在輸入端加上 電壓，就可以在輸出端上得到需要的電壓，相當(dāng)方便?？刂破鞑糠郑嚎刂破魇钦麄€(gè)系統(tǒng)的核心部分，其電路圖如圖 所示。 圖 控制芯片 AT89C51SND1C 本系統(tǒng)選擇的是 CS4330 芯片，其外圍電路連接如 圖 所示。聲音數(shù)據(jù)通過(guò)串行輸入引腳 SDATA 輸入。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè) 10 圖 CS4330 的外圍電路 (a) 圖 CS4330 的外圍電路 (b) 主時(shí)鐘 Master Clock（ MCLK） 主時(shí)鐘 MCLK 必須是采樣時(shí)鐘的 25 384 或者 512 倍，采樣時(shí)鐘和 LRCK 的頻率相等，而 MCLK 對(duì) LRCK 的頻率可以自動(dòng)的檢測(cè)和初始化。 串行時(shí)鐘 Serial Clock（ SCLK） 串行時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)了數(shù)據(jù)的輸入， CS4330 支持內(nèi)部和外 部的串行時(shí)鐘模式。內(nèi)部分類濾波器和 deltasigma 調(diào)制器重置，內(nèi)部的電壓參考，一位數(shù)字 模擬轉(zhuǎn)化器選擇電容低通濾波器并且掉電。當(dāng)檢測(cè)到 MCLK 和 LRCK 后， MCLK 將計(jì)算一個(gè)LRCK 時(shí)鐘周期來(lái)決定 MCLK/LRCK 的頻率。最后，電壓提供給 D/A 轉(zhuǎn)化器和選擇電容濾 波器，模擬輸入也會(huì)變 化為大約 （ 3V模式下） 。 在一個(gè) LRCK 時(shí)鐘周期下，如果 MCLK 或者 CRCK 都沒(méi)有， CS4330 進(jìn)入掉電模式。如果 MCLK/LRCK 頻率或者電壓在掉電模式下發(fā)生了改變， CS4330 將進(jìn)行相應(yīng)的改變。 供電模式 CS4330 名義上的供電可以是 5V 或者 3V。當(dāng) VA+引腳上輸入電壓為 ～ 時(shí) 候，輸出電壓是 ；當(dāng) VA+引腳上輸入電壓為 ～ 時(shí)，輸出電壓為 。同樣的， CS4330 也需要加上濾波電路，而且這個(gè)電路離 CS4330 越近越好。 （ 1） 人機(jī)接口部分 人機(jī)接口部分主要是提供一個(gè)人和系統(tǒng)進(jìn)行信息交換的接口，包括鍵盤輸入、 LED 顯示以及串行接口 3 個(gè)部分。 鍵盤輸入、數(shù)碼管、撥碼以及 LED 的顯示電路圖如圖 ，圖 和圖 。 圖 鍵盤輸入電路 圖 數(shù)碼管顯示電路 圖 LED 顯示和撥碼開(kāi)關(guān) 撥碼開(kāi)關(guān) 1（供電選擇）：用于控制由 USB 接口還是由干電池給系統(tǒng)供電，當(dāng)撥碼位于左邊時(shí)候，由 USB 接口供電， USB 電纜給系統(tǒng)提供 5V 電壓， 電壓通過(guò) AS1117 轉(zhuǎn)化為 3V 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁(yè) 12 供給芯片 ；當(dāng)撥碼位于右邊的時(shí)候，由 7 號(hào)干電池通過(guò) MAX856 升壓后給芯片供電，串口不可用。 撥碼開(kāi)關(guān) 2（系統(tǒng)功能選擇）：用于控制系統(tǒng)是執(zhí)行 U 盤功能還是 MP3 功能，這兩者的初始化狀態(tài)不同。 撥碼開(kāi)關(guān) 3（系統(tǒng)上電）：由于開(kāi)始給系統(tǒng)供電，當(dāng)撥碼 位于左邊時(shí)候，系統(tǒng)上電，控制器根據(jù)系統(tǒng)能夠選擇的不同位于不同的初始化狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的指示燈 2/3 亮 /滅；當(dāng)撥碼位于右邊時(shí)候，系統(tǒng)斷電，關(guān)閉。 指示燈 1（供電指示燈 1）：當(dāng) 5～ 3V 供電正常時(shí)，供電指示燈 1 亮。 指示燈 3（ U 盤指示燈）：當(dāng)執(zhí)行 U盤功能時(shí)，無(wú)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)燈亮，有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)閃爍。 按鍵 1（系統(tǒng)復(fù)位鍵）：按該銨鈕幾秒鐘，整個(gè)系統(tǒng)回到系統(tǒng)上電時(shí)候的狀態(tài)。 按鍵 3（ MP3 聲音控制鍵）：每按一次，聲音級(jí)別自動(dòng)向上加 1，當(dāng)達(dá)到 31 級(jí)時(shí)候從 0級(jí)開(kāi)始重新播放。 數(shù)碼管：在 U盤模式下顯示 U字樣；在 MP3 模式下顯示現(xiàn)在播放的是第幾首歌曲。 MP3 初始化狀態(tài)：上電后，當(dāng)系統(tǒng)功能撥碼開(kāi)關(guān)位于右邊時(shí)，數(shù)碼管顯示整個(gè) MP3 存儲(chǔ)器中一共有幾首歌曲可供播放，聲音級(jí)別位于第 10 級(jí)。 圖 Flash 芯片電路圖 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 軟 件模塊分析 MP3 播放系統(tǒng)中的軟件設(shè)計(jì)按照模塊可以劃分為以下幾個(gè)部分 ： Flash 存儲(chǔ)模塊、 USB通信驅(qū)動(dòng)模塊、 MP3 解碼控制模塊、音頻解碼接口模塊。 一個(gè) FAT（ FAT12/FAT16/FAT32）文件系統(tǒng)卷（卷可以理解為是一張軟盤、一個(gè)硬盤或是一個(gè) Flash 電子盤）由 4 個(gè)部分組成：保留區(qū)（ reserved region）， FAT 區(qū)，根目錄區(qū)（ root directory region）和文件和目錄數(shù) 據(jù)區(qū)。因此需要將 Logical Block Address 轉(zhuǎn)換為物理地址，這樣，才可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存取操作。 由于作為 U 盤的 Flash 不要求啟動(dòng)，因此可以沒(méi)有 MBR 區(qū)，只包含 DBR、 FAT、 DIR和 DATA4 個(gè)區(qū)。如果讀取正確，會(huì)接著讀取文件分配表，借以在 PC 機(jī)上的可移動(dòng)盤符中顯示文件目錄，并可以復(fù)制、刪除或是創(chuàng)建文件。 3 、 MP3 解碼部分 AT89C51SND1C 提供一個(gè) MPEG I/II 的解碼器，而不僅僅是一個(gè) MP3 解碼器。在這些層中，第三層壓縮率能夠在保持 CD音質(zhì)的前提下達(dá)到以 12： 1 的壓縮比率。在 MPEG II 中提供了另外三種采樣頻率 24kHz、 以及 15kHz。 AT89C51SND1C同時(shí)還提供類似于聲音控制、重音控制等附加功能。這 11 個(gè)寄存器如下： （ 1） MP3 控制寄存器 MP3CON（ the MP3 Control register） 。 （ 3） MP3 數(shù)據(jù)寄存器 MP3DAT（ MP3 Data Register）。 （ 5） MP3 附加數(shù)據(jù)寄存器 MP3ANC（ MP3 Ancillary Data Register）。 （ 7） MP3 右聲道控制寄存器 MP3VOR（ MP3 Volume Right Control Register）。 （ 9） MP3 中 音控制寄存器 MP3MED（ MP3 Volume Medium Control Register）。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁(yè) 15 （ 11） MP3 時(shí) 鐘寄存器 MP3CLK（ MP3 Clock Divider Register） 。為了管理MP3 數(shù)據(jù)幀在緩存中的負(fù)擔(dān)，使用一個(gè)硬件的握手協(xié)議來(lái)管理數(shù)據(jù)的需求和確認(rèn)。 MP3 的解碼時(shí)鐘由鎖相環(huán)的時(shí)鐘分頻率產(chǎn)生，這個(gè)分頻參數(shù)可以由 MP3CLK 寄存器重的 MPCD4： 0 位決定，而解碼時(shí)鐘由 MP3 的數(shù)據(jù)幀所決定。 MP3 解碼器提供了對(duì)左右聲道的控制， MP3VOR 和 MP3VOL 寄存器提供了一個(gè) 32 級(jí)別的音量控制。 在 AT89C51SND1C 中斷之后，根據(jù)中斷的不同，硬件將進(jìn)入中斷并且把對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)位置位 ，在程序編寫過(guò)程中可以從不同的中斷入口進(jìn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序，圖 是對(duì)應(yīng)的 MP3 解碼器服務(wù)流程，整個(gè) MP3 解碼程序的書寫可以參照這 個(gè)流程。 MP3 解碼部分 MP3 解碼部分中有以下函數(shù)： 讀 MP3STA寄存器 數(shù)據(jù)要求？ MPFREQ=1? 附加數(shù)據(jù) ? MPANC=1? 同步錯(cuò)誤？ ERRSYN=1？？？ 層錯(cuò)誤？ ERRLAY=1? CRC 錯(cuò)誤處理 再次讀入 MP3 幀 數(shù)據(jù)要求處理 寫數(shù)據(jù)到 MP3DAT 附加數(shù)據(jù)處理 寫入附加數(shù)據(jù) 同步錯(cuò)誤處理 重寫數(shù)據(jù)到MP3DAT 層錯(cuò)誤處理 Y N N Y N Y N Y 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁(yè) 17 如果緩存沒(méi)有滿，那么 MPFREQ 位一直被置位，并且 MPBREQ 位也被置位，不同的是當(dāng)緩存被裝滿時(shí)候 MPFREQ 才復(fù)位，而 MPBREQ 是每次寫入一字節(jié)數(shù)據(jù)之后就會(huì)復(fù)位一次。 部分解碼程序見(jiàn)附錄 B。 提示： AT89C51SND1C 音頻部分的數(shù)據(jù)可以來(lái)源于 C51 核和 MP3 解碼部分，本小節(jié)僅僅給出了對(duì) MP3 部分的控制。同時(shí)由于 MP3 技術(shù)的復(fù)雜性，使得 MP3播放器的實(shí)現(xiàn)更加困難，更具挑戰(zhàn)性。通過(guò)對(duì)各類便攜式 MP3 播放器的方案進(jìn)行了總結(jié)和分析，以基于 AT89C51SND1 芯片的 MP3 播放器為例，實(shí)現(xiàn)一個(gè) MP3 播放器的 功能。然后介紹 MP3 播放器的軟件解決方案。整個(gè)系統(tǒng)由 AT89C51SND1C（ MCU）、 K9F2808U0A（ Flash 芯片），電源部分、音頻部分、串行通信 部分和人機(jī)接口部分組成并給出了解碼和音頻控制部分的參考程序 。其中不足之出希望各位老師諒解。 致 謝 經(jīng)過(guò)三 個(gè)多月的努力，我終于順利地完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。 張慶思 老師多次以民主的方式引導(dǎo)學(xué)生以自己的視角發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、 解決問(wèn)題，使自己體會(huì)到畢業(yè)論文不僅是對(duì)大學(xué)所學(xué)知識(shí)的再學(xué)習(xí)、再檢驗(yàn)、再提高的過(guò)程，更是一次將所學(xué)運(yùn)用到實(shí)踐將其升華的過(guò)程。老師淵博的學(xué)識(shí)、敏銳的思維、民主而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)使學(xué)生受益匪淺，并終身難忘。再一次感謝我的導(dǎo)師張 慶思 老師！ 同時(shí)非常