【正文】 WiFi） 和電腦之間傳輸數(shù)據，而無需傳統(tǒng)的數(shù)據線，這樣不僅大大方便了使用者，而且也擺脫了數(shù)據線的束縛，使傳輸更加方便快捷，同時也給 MP3 播放器的發(fā)展帶來更多的機會。 基于單片機的 MP3 播放器 可以實現(xiàn) 播放 音頻 文件，并且具有實時性、準確性 以及 高效性。通過學習制作基于單片機的 MP3 播放器，也能提升我自己動手和動腦的能力，為我以后的發(fā)展鋪好道路。目前 對于 單片機 的 應用已經滲透到 了 我們生活的各個領域， 很多新東西的開發(fā)都 離不開單片機， 同時 單片機在音樂 MP3 播放器上也 有很大的應用 。能夠完成對存儲器識別和數(shù)據讀取，將在存儲器中讀取的 MP3 文件或其他音頻文件解碼并播放流暢的音樂 。 （ 2） 解析 MP3 播放器的 解碼器原理 。 （ 4）以單片機為核心的 MP3 硬件設計電路圖。 沈陽理工大學學士學位論文 3 2 主要 元器件介紹 STC12C5A60S2 單片機簡介 STC12C5A60 系列單片機是宏晶科技生產的單時鐘 /機器周期 (1T)的單片機，是高速/低功耗 /超強抗干擾的新一代 8051 單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051,但速度快 812倍。 圖 單片機 STC12C5A60S2 引腳圖 VS1003(MP3/WMA 音頻編解碼器 ) VS1003 概述 VS1003 是一個 多功能的 音頻解碼器和編碼器。VS1003 的結構包括串行 控制的數(shù)據接口 ， 1 個 UART, 4 個常規(guī)用途的 I/O 接口，同時還有 1 個高品質可變采樣率的 A/C 轉換器和立體聲 D/A 轉換器，以及 1 個耳機放大器和地線緩沖器。 VS1003 芯片 LQFP48 和 BGA49Ball 封裝的引腳分配 VS1003 芯片 LQFP48 和 BGA49 封裝的引腳分配如表 所示。對 于 MMC 操 作模式，讀寫速度快， 控制信號 線多，操作復雜 。 SD 卡讀寫模塊 是一種 內置文件系統(tǒng)、可直接進行文件讀寫的 SD 卡模塊，適用于電子 系統(tǒng)實現(xiàn)大容量存儲方案。 隨著技術的發(fā)展，設備使用 SD 卡 作為存儲設備已成為一種普遍的要求。使用本模塊，單片機不必實現(xiàn)文件系統(tǒng)，而能夠直接操作 SD 卡 中文件，可以在最短的時間內推出穩(wěn)定的產品，最大程度規(guī)避研發(fā)風險、節(jié)省研發(fā)費用。 2： 模塊內置 Micro SD 卡插槽，用戶也可以自己擴展其它存儲卡插槽，支持各有類SD、 MMC 卡。讀 SD 卡文件的速度最高達 128K 字節(jié) /秒，寫 SD 卡文件的速度最高達 64K 字節(jié) /秒。 5： 尺寸 50mm*20mm， 間距通用排針，方便集成。 本 MP3 播放器具有以下功能：切換上一曲目、切換下一曲目、音量增加、音量減小、播放 \暫停。硬件系統(tǒng)總體方框圖如圖 所示。第一個按鍵的功能是換到下一首，第二個按鍵的功能是換到上一首，第三個按鍵的功能是播放和暫停，第四個按鍵可以增大音量，第五個按鍵減小音量。 圖 按鍵接線圖 按鍵 液晶顯示 SD 卡模塊 STC12C5A60S2 VS1003 解碼器 沈陽理工大學學士學位論文 10 SD 卡電路 本 MP3 播放器選 用 SD 卡作為存儲歌曲的介質。在 SPI 模式下 SD 卡只需要接 CS、 MOSI、 MOSI、SCK 等 7 個引腳，而 ATmega32 為其提供了相應的接口， SD 卡的標準電壓為 低于單片機的標準電壓，所以需要設計一個電壓轉換電路轉換單片機與 SD 卡之間的電壓，其 接線 圖見圖 圖 SD 卡接線圖 VS1003 電路 VS1003 數(shù)據流程如圖 所示 SCI_AIADDR=0 SB_AMPLITUDE=0 SDI SM_ADPCM=0 SCI_AIADDR!=0 SB_AMPLITUDE!=0 ST_AMPLITUDE=0 L R ST_AMPLITUDE!=0 SCI_VOL 2048 立體聲采樣 圖 VS1003 數(shù)據流程圖 數(shù)據流 FIFO MP3/PlusV/WAV/ADPCM/WMA編碼 MIDI 編碼 用戶應用 低音增強 高音增強 音量控制 音頻 FIFO 采樣率變換器和D/A 轉換器 沈陽理工大學學士學位論文 11 首先， VSl003 數(shù)據流依賴于音頻數(shù)據 ， 且設置 為 ADPCM 編碼模式 , MP PlusV、 WAV、 ADPCM、 WMA 編碼、 MIDI 編碼的數(shù)據流從 SDI 總線接 收并解碼。 SCI_BASS 寄存器 決定了數(shù)據流是否會經過高低音增強器 。音頻 FIFO 是一個 8KB 的立體聲采樣 。對于 MHz 的時鐘， D/A轉換器工作在 MHz 上， 然后有一個 同相位 的 立體聲 模擬信號 會被建立出來 。 信號 通過 濾波后 被 送 到 耳機放大器 。為了使計算機能夠理解人的意圖，人類就必須要將需解決的問題的思路、方法、和手段通過計算機能夠理解的形式告訴計算機，使得計算機能夠根據人的指令一步一步去工作，完成某種特定的任務。 Keil 軟件介紹 Keil C51是 德 國 Keil Software公司出品的 51 系列兼容單片機 C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，為用戶 提供了功能強大的集成開發(fā)調試工具 uVision3 和豐富的庫函數(shù)。 與匯編相比， C 語言在結構性、可維護性、功能 性 、可讀性上有明顯的優(yōu)勢， 所以軟件 易學易用。 Keil 使用方法 先用 C 編寫一個簡單的程序來演示如何使用 keil4 建立一個工程。 沈陽理工大學學士學位論文 13 圖 keil 軟件主界面 建立一個工程。我們取名為 LED，點擊保存。當點擊保存后會出現(xiàn)選擇單片機型號界面。 51 內核的單片機有通用性，所以此處我們選擇Atmel 下面的 AT89C52 即可。我們點擊 OK。點擊： FileNew ，新建一個頁面，輸入 ，然后點保存，目的是把該文件保存為 C 文件 。 點擊單擊 〖 Output〗 選項，選擇 .HEX 文件，如圖 所示。 C 語言的設計目標是提供一種能以簡易的方式編譯、處理低級存儲器、產生少量的機器碼以及不需要任何運行環(huán)境支持便能運行的編程語言。 二十世紀八十年代，為了避免各開發(fā)廠商用的 C 語言語法產生差異，由美國國家標準局為 C 語言訂定了一套完整的國際標準語法，稱為 ANSI C，作為 C 語言最初的標準。 結構式語言： 沈陽理工大學學士學位論文 16 結構式語言的顯著特點是代碼及數(shù)據的分隔化，這種結構化方式可使程序層次清晰，便于使用、維護以及 調試 。 使用指針： 可以直接進行靠近硬件的操作，但是 C 的指針操作不做保護，也給它帶來了很多不安全的因素。 Java 語言 則吸取了 C++的教訓，取消了 指針 操作， 同時 取消了 C++里面 一些 飽 受爭議的地方，在適合性 與 安全性方面均取得良好的效果，但其本身在 虛擬機 中運行，運行效率低于 C++/C。 優(yōu) 點： 簡潔緊湊、表達力強 、 表達方式靈活實用 、 運算符 和 數(shù)據類型豐富 、 允許直接訪問物理地址，對硬件進行操作 、 生成目標代碼質量高，可移植性好 、 程序執(zhí)行效率高 。語法限制不太嚴格，對變量的類型約束不嚴格，影響程序的安全性，對 數(shù)組下標越界 不作檢查等。也就是說，對用 C 語言的人，要求對程序設計更熟練一些。匯編語言編寫的程序對單片機硬件操作很方便，編寫的程序代碼短、效率高，但存在系統(tǒng)設計的周期長，可讀性和可移植性差的特點 ： C 與匯編語言相比，具有以下特點： 有利于結構化編程，代碼維護性好。 程序員不需要考慮寄存器的分配和尋址方式等細節(jié)，這些由編譯器自行管理，提高了開發(fā)效率。 沈陽理工大學學士學位論文 17 使用函數(shù)可以提高程序結構規(guī)范化。 程序員不需要過多的掌控指令結構，提高效率。 系統(tǒng)啟動后，先初始化硬件模塊。通過這些信息就可以找出 SD 卡是否有可以播放的音樂文件。在按鍵的控制下實現(xiàn)對歌曲選擇及音量控制等功能。 VS1003 與單片機的數(shù)據通信是通過 SPI 總線方式進行的。 VS1003 的功能控制 ，如初始化、軟復位、暫停、音量控制、播放時間的讀取等，均是通過 SCI 口寫入特定寄存器實現(xiàn)的。 VS1003的 SPI接口 有兩種工作模式。 當通電 啟動 之 后， VS1003芯片接收 由單片機 讀取的歌曲的碼流信息 ， MP3上的 歌 曲 通過 VS1003芯片解碼 之后 被播放出來 。VS1003具體操作如下。此時鐘可以由外部電路產生 (連接至XTAL1)或使用內部品體振蕩器接口 (XTAL1和 XTAL0)。在硬件復位或上電之后， DREQ仍然保持低電平至少 16600時鐘周期，意味著 ，有大約 1. 35 ms的延時。 內部時鐘能被 PLL倍頻，支持 1. 0，…， 4. 5倍頻 (SCI_CLOCKF寄存器 )。若想設置為典型值，復位之后，內部時鐘倍頻數(shù)須設置為 。 (3)軟件復位 在一些情況下解碼器軟件被復位，就是 SCI_MODE的位 2引起 (參見 )的。s。 如果不 想 VS1003截掉低比特率數(shù)據流的尾部，而又想進行軟件復位。 如果打算中斷 . wav、 . wma、 . Midi這幾種格式文件的播放，置位模式寄存器中的SM_0UTOFWAV，等待 SCl_HDAT1被清空再繼續(xù)操作之前需要軟件復位。 (4) SPI引導 當 上拉電阻 把 GPIO0拉到高電平 時 ， VS1003 解碼器就會在 外部 的 SPI存儲器中引導數(shù)據， 存儲器 引腳見表 。此存儲器中的前 3個字節(jié)必須是 0x50、 0x20x48。 SDl數(shù)據被解碼 ,解碼的采樣率變換到內部模擬 D/A轉換器允許的范圍。 (6)傳送 PCM數(shù)據 VS1003可以通過發(fā)送一個 WAV文件頭，用作 PCM解碼器。 (7)SDl測試 VS1003有幾個測試模式，如用戶存儲器測試、 SCI總線測試和幾個不同的正弦波測試。每個測試的開始都發(fā)送一個 4B的特殊命令順序和緊接著的 4個 0。 VSl003模塊 的所有數(shù)據和控制命令均通過 SPI總線接口 來 實現(xiàn)。 寫命令的過程如下： （ 1）等待 DREQ為高（當 DREQ為低時，說明 VS1003芯片還沒有就緒） （ 2）將 XCS（命令片選）拉低 （ 3）寫入 0x02(寫操作命令 ) （ 4）寫入寄存器地址 （ 5）分別寫入數(shù)據的高字節(jié)與低字節(jié) （ 6）將 XCS置高 初始化的過程如下： （ 1）硬件復位：接 XRESET拉低 （ 2）延時，將 XDCS、 XCS、 XRESET置高 （ 3）向 MODE中寫入 0X0804(軟件復位 ) （ 4）等待 DREQ為高 （ 5）設置 VS1003的時鐘 （ 6）設置 VS1003的采樣率 （ 7）設置重音 （ 8）設置音量： SCI_VOL=0x2020(左右聲道相同 ) （ 9） 為了啟動 SPI發(fā)送 ，需要 向 VS1003發(fā)送 4無效的字節(jié) 對 VS1003的初始化 和 測試都通過 之 后，就可以給它發(fā)送 MP3文件了。 寫數(shù)據的具體步驟如下所示 ： （ 1）將 XDCS拉低 （ 2）等待 DREQ為高 沈陽理工大學學士學位論文 21 （ 3）通過 SPI寫入數(shù)據 （ 4）重復 2和 3操作 直到文件結束 （ 5） 為了清 除 VS1003的 緩沖區(qū) ，當 數(shù)據都發(fā)送完畢 以 后， 還需要再 發(fā)送 2048個無效字節(jié) （ 6）將 XDCS置高 一般一次讀一個扇區(qū)，然后將數(shù)據發(fā)往 VS1003，由于 VS1003有 32Byte的數(shù)據緩沖區(qū)，一次可以發(fā) 32Byte的數(shù)據，然后檢測 DREQ電平，當 DREQ為高時送下一個 32Byte的數(shù)據，直到發(fā)完為止。 系統(tǒng)性能分析 本系統(tǒng)以 STC12C5A60S2 単片機為核心控制器，充分利用 STC12C5A60S2 單片機豐富資源 ,選用單片機工作的晶振頻率為 24MHz 可獲得采樣頻率更高的音頻文件 ， SD卡讀寫模塊對 SD 卡讀 /寫， MP3 播放接口芯片 VS1003 解碼所支持的音頻文件 ， 實現(xiàn)了實時播出一曲流暢樂曲的功能。本系統(tǒng)是一種可靠性高、成本低廉、實時的 MP3 播放器控制方案。驅動安裝調試如圖 所示。且安裝完畢，一定要重啟才能生效。解釋一下打對號的作用。就是在點擊下載時，程序自動把已打開在緩沖區(qū)的文件重新調入，這樣方便下載程序不用總要點打開文件來重新調入文件。跟每次下載前重新調入已打開在緩沖區(qū)的文件，方便調試使用性質一樣，但是不用點擊下載來調入文件，自動調入并下載。在這一課題的研究中，主要