嵌入式MP3播放器设计Word格式.docx
《嵌入式MP3播放器设计Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《嵌入式MP3播放器设计Word格式.docx（22页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
从源到解码器的传输；
大容量移动存储器用来存储
MP3文件，播
放时MP3文件从存储器传送到解码器解码，这些控制都是由单片
机实现的。
解码后的数字音频信号通过内置
D/A转换器转换成模
拟音频信号，然后通过音频放大电路，最后输出。
LCD显示器同步
显示正在播放的MP3文件的状态，按键控制
MP3播放器的播放、
停止、快进和倒带以及其它功能的选择。
在具有U盘功能的MP3播放器中,U盘主要由CPU、USBDevice
接口芯片和存储器三部分构成。
其中
CPU和USBDevice接口往往
2
是集成在一起的芯片,存储器一般为Flash；
MP3主要组成部分
是:
CPU、MP3硬件解码器、D/A转换与音频放大器、Flash存储器。
集成解决方案可以是带MP3硬件解码器的CPU,或者是将硬件解码、D/A转换与音频输入集成在一起。
如果利用U盘的海量存储容量,为MP3提供大量存储器,同时MP3和U盘采用同一个CPU来进行MP3播放器的设计,可使其具有良好的性价比。
本文所设计的具有U盘
功能的MP3可分为以下几个组成部分:
CPU、USBDevice接口、MP3
硬件解码、D/A转换与音频放大芯片、Flash存储器。
几个可以参考的方案如表1所示。
表2.1
方案选择表
CPU
USBDevice
MP3解码芯片
D/A转换与音
Flash存
接口芯片
频放大芯片
储器
方
AT89C51SND1
CS4330A+双路
K9F5608
案
中集成
运放
一
PIC16C64
PDIUSBD12
MAX3507D
DAC3550
二
AVR8515
STA013
三
以数字电路为主的硬件电路设计,一般以芯片为核心来实现系统功能。
单个芯片实现某一部分的主要功能,而多个芯片之间则要有机的协调和配合。
因此,最终选定高集成度的带有CPU、解码器和USB控制器的芯片AT89C51SND1为核心来完成MP3播放器中的设计。
通过AT89C51SND1集成芯片进行解码和USB控制,辅以K9F5608进行存储,并通过CS4330A和双路运放芯片实现D/A转换与音频放大来实现MP3（U盘）的功能。
3、硬件系统设计
（1）嵌入式处理器选型设计
由于AT89C51SND1C芯片中集成有CPU、MP3解码器和USB控制器，可以大大简化硬件设计的复杂度，而且成本不算很高，所以
3
本次课程设计打算采用AT89C51SND1C芯片做为系统的嵌入式处理器。
AT89C51SND1C是美国ATMLE公司针对MP3解决方案新生产的一款芯片，具有C51内核，AT89C51SND1C在原有的89C51的基础上增加了MP3解码模块，支持48、44.1、32、24、22.05、16KHz采样频
率,左右声道独立的音量控制,重低音、中音、高音均衡控制,重低环绕声效果,辅助数据输出等功能。
还增加了I2C/PCM音频输出模块，串并行接口模块（USB，SPI，IDE），以及其他的外存储器接口模块。
AT89C51SND1C芯片包括8个功能块：
（1）MP3音频解码器：
AT89C51SNDlC可实时解码MP3数据为PCM
音频数据，同时也支持MP3其他频率。
解码器也支持其它特性如声音控制、低音放大、辅助数据提取等．
（2）音频输出接口：
允许音频解码位流以不同的格式输出。
（3）通用串行总线（USB）接口：
支持USB存储类的MP3音频解码文件下载；
支持USB固件类升级的在系统编程。
（4）外插闪存卡接口：
该接口适应多媒体卡模式的2.2规范．允许移动闪存卡上音频解码文件的存储，这样在应用时可轻易地插
入和拔除，此接口亦可用于在系统编程。
（5）IDE／ATAH接口：
该接口允许C2LROM读卡机、压缩闪卡、硬盘等驱动设备的连结。
由一个具有低电平ANSI规范的16位双向总线部分组成，具有多存储接口，但只能用于连接C2LROM时的在系统编程。
（6）串行外设接口：
支持主模式和从模式，具有以下功能：
MP3音频解码文件存储到数据闪存的接口；
主机远程控制芯片。
（7）双线控制器：
支持4个标准的主模式和从模式，多主性能。
具有以下功能：
从设备如LCD控制器、音频DAC的连接；
主机远程控制AT89C51SNDlC芯片及在系统编程。
（8）A／D控制器：
2道10位模数转换．具有电源管理、录音等功能。
（2）存储系统设计
AT89C51SNDl芯片具有64K字节的闪存程序空间和4K字节引导闪存以及2304字节的RAM存储器，利用微处理器核对数据流和MP3解码器进行控制，其中地址从F000～FFFF的区域为4K字节的BootFlash,这部分程序是出厂时已经固化的BootLoader代码,它使用DFU（DeviceFirmwareUpdate设备固件升级）协议来更新芯片FLASH存储器中的用户程序。
芯片上电后即执行BootLoader,
4
支持USB接口在线下载固件,这样,不需要硬件烧写器便可下载目标代码到芯片,降低了芯片开发的投资。
AT89C51SNDl芯片用两种不同的空间提供数据内存访问。
内部空间被映射成3个独立的段：
低128BRAM段、高128BRAM段、扩展的2048BRAM段；
外部空间。
在这里外部RAM扩展我选择了32KB的SRAM芯片HY62WT08081E,
存储空间的分配如表3.1所示：
表3.1SRAM存储空间地址分配
地址范围说明
0000h-07FFh内部扩展SRAM
0800h-7FFFh外部扩展SRAM
表3.2ROM存储空间地址分配
0000h-EFFFh用户程序空间
F000-FFFFhBootFlash
外存储采用闪存K9F5608，它共有8个I/O引脚，另外有指令锁存允许线、地址锁存允许线、芯片启用线、读激活线、写激活
线、就绪/忙碌输出线、输出缓冲区电源线、设备电源线。
K9F5608闪存拥有32MB存贮量。
它在数据写入和数据读出的时候使数据
在I/O缓冲区与存储区之间传递。
K9F5608闪存采用8位I/O线复用方式。
当CE信号线为低电平时，激活WE信号线（即WE为下降沿），则指令，数据，地址都是由8条I/O线写入。
数据锁存是在WE的上升沿。
通过复用8条I/O线，数据，地址，指令分别由CLE，
ALE控制传输。
由于K9F5608闪存拥有32MB的存贮量，所以需要24条地址线。
所以需要3个总线周期寻址。
这三个周期分别为行周期，低列周期，高列周期。
对层（page）的读操作和程序操作由于需要指令的输入所以也需要3个周期。
在块的擦写中，需要2个周期。
（3）键盘设计
5
AT89C51SND1C芯片已经提供了完善的键盘接口，引脚为KIN0、KIN1、KIN2、KIN3。
在这里我直接借用它的键盘接口，直接将开
关按键接入到这四个引脚，分别作为STOP、FFW、REW、PLAY/PAUSE按键。
（4）D/A转换和音频处理设计
由于AT89C51SND1C中只带有MP3解码模块，所以需要对MP3
解码出来的数字信号进行D/A转换得到模拟信号，然后经过伴音
处理芯片TDA7050,输出到耳机。
D/A转换芯片我选用的是CS4330。
这个芯片工作电压为3V或者5V，所以电源提供的3.3V电压并不
能完全满足它的要求，这里我加上两个电容C37（0.1uF）和
C38（10uF）进行处理，给CS4330提供稳定的电压。
AT89C51SND1C
的DOUT引脚直接接到CS4330芯片的SDATA引脚。
TDA7050芯片进行伴音处理，它的最大电压为6V，正常输入电压为3V，这里分别将CS4330的AOL,AOR两个引脚输入接到芯片的IN1-和IN2-两个引脚，芯片处理后，输出OUT1和OUT2为左右声道的声音。
电路原理图如下所示：
图3.1D/A转换和音频处理电路图
（5）电源设计
使用Max1677芯片进行电压转换,将两节七号干电池电压升至
6
3.3V。
连接USB口处:
用AS117把5V电压降至3.3V,并保证3.3V电压的输出。
电源设计图如下所示：
图3.2电源设计图
（6）中断分配
AT89C51SND1C芯片内部集成了很多功能部件，也提供了完善的中断机制，表3.2是中断系统信号表，表3.3是本系统用到的中断的中断优先级和中断向量表。
表3.3中断系统信号
信号名称
描述
选择引脚
INT0
外部中断0
P3.2
INT1
外部中断1
P3.3
KIN3:
键盘中断输入
P1.3:
7
表3.4中断优先级和中断向量表
中断名
优先级
中断向量
1（最高级）
C:
0003h
Timer0
000Bh
0013h
Timer1
001Bh
串口
0023h
MP3解码器
002Bh
音频接口
0033h
双线控制器
9
0043h
A/D转换
11
0053h
键盘
12
005Bh
14
006Bh
（7）RS232接口电路
AT89C51SND1C芯片内部集成了UART,在这里我选用了MAX232CWE芯片。
数据由PC机A的串口RS232发出，经MAX232电平转换后，送入芯片。
在芯片中，先由扩展串口UART接收数据，经内嵌8051的控制处理。
8
图3.3RS232电平转换电路设计
4、软件系统设计
主要使用51系统单片机中所使用的C语言来实现MP3源程序设计。
没有实时操作系统的支持。
可以利用单片机开发软件Keil软件方便开发mp3播放器，无需特殊软件平台。
具有U盘功能的MP3程序由两大部分组成:
MP3播放功能和USB通讯功能。
（1）MP3播放功能
MP3播放功能模块的工作分为两个部分:
第一部分是循环播放MP3歌曲,该功能需要首先做一些初始化工作,MP3解码器一旦开始工作,就会一直向CPU请求数据,直至歌曲结束,只有通过键盘操作才会使该功能提前结束。
因为MP3文件的数据量较大,在flash存储器内是以页为单位进行存储的,所以MP3的播放程序初始化就是要把该文件的首地址和页数先读出到CPU中,然后CPU可以根据如上数据进行取数据工作。
第二部分则一直在等待中断发生,该程序是与键盘结合起来
的,主要用于使用者对播放过程的控制。
键盘操作对MP3播放过程的控制还包括后退、跃进、跳到下一首、音量控制等。
因为整个
播放过程的键盘控制功能比较单一,没有键的复合操作,所以程序都很容易实现。
歌曲播放器程序要与键盘和LCD配合起来设计。
程序流程大概可分为：
硬件初始化→获取U盘中mp3歌曲列表→歌曲播放和LCD显示。
MP3播放器部分主流程图如图4.1所示。
歌曲播放和LCD显示是程序的核心部分。
主处理器和LCD从处理器之间通过串口进行通信，以达到歌曲播放与歌词显示的同步
以及键盘操作状态的及时刷新。
其程序流程图如图4.2所示。
（2）USB通讯功能
主处理器让USB海量存储设备在批量传输方式下工作，这样共需要3个端点。
0端点：
控制端点。
用于控制传输，PC机通过与端点0相对应的管道来读取设备描述符，完成对设备地址的设
置，并完成配置。
此端点为双向数据传输端点。
两个非0端点：
批量传输端点。
这种端点为单向数据传输端点，分别为批量输入
端点和批量输出端点。
主处理器通过一个端点中断寄存器
（UEPINT）和PC机通信。
如果某个端点完成了相应的操作，就会引发中断。
USB主程序结构框架流程图如图4.3所示。
开始
Flash复位
MP3初始化
播放当前歌曲
键盘和LCD初始化
是
EA=1开中断
是否处于
否
播放状态
获取歌曲信息
播放器停
止
图4.1MP3播放器部分主流程图
从U盘中查找当前歌曲歌词文件，传给LCD从处理器
从处理器接收文件，查找字库将
歌词转换成LCD显示格式，作
歌词与显示时间映射表
MP3解码器开始工作，键盘响应
中断，LCD同步显示歌词和状态
歌曲结束，准备播放下一首
10
图4.2歌曲播放程序流程图
USB控制器初始化
端点初始化
读取UEPINT状态
端口0
是否产
处理标准
生中断
USB请求
端口1
处理Bulk-In
端点请求
处理Bulk-Out
UEPINT清零
图4.3USB主程序结构框架主流程图
（2）文件管理功能
因为该系统还要具有U盘的功能,所以存储器中的文件还要能够让计算机读写和识别,也就是所有的文件还要严格满足计算机文件系统格式的要求。
在所有计算机文件系统中,FAT是比较常用
的一种。
一个FAT文件系统卷由4个部分组成:
保留区、FAT区、根目录区、文件和目录数据区。
其中保留区中的第一个分区必须是BPB,也称作“引导扇区”,因为它含有对文件系统进行识别的关键信息,计算机将以此信息识别存储器文件格式,因此十分重要。
FAT区存放的是文件分配表。
操作系统的存储空间是按簇来分配的,簇是操作系统分配的最小存储单元,每个簇在FAT表中占据一个16位的位置,称为一个表项。
同一个文件的数据并不一定存放在存储区的一个连续的区域内,往往会分成若干段,像一条链子一样的存放,这种存储方式称为文件的链式存储。
为了实现文件的链式存储,必须准确地记录哪些簇已经被占用,还必须为每一个已经占用的簇指明后继内容的下一个簇的簇号,对于一个文件的最后一个簇,则要指明本簇没有后继簇,这些就是由FAT表来存储的。
根目录区存放的是目录项,每个目录项为32个字节,记录一个文件或目录的信息。
目录项所占的空间与目录项的个数有关。
文件和目录数据区是真正存放文件数据的位置,所有数据都按照以上信息分配存储的。
其中比较重要的数据结构设计如下所示：
structBootSecFAT16Str//引导扇区FAT16扩展结构
{
BYTEBS_DrvNum;
BYTEBS_Reserved1;
BYTEBS_BootSig;
DWORDBS_VolID;
charBS_VolLab[11];
charBS_FilSysType[8];
};
structBootSecFAT32Str//引导扇区FAT32扩展结构
DWORDBPB_FATSz32;
//FAT32扇区总数
WORDBPB_ExtFlags;
WORDBPB_FSVer;
DWORDBPB_RootClus;
//根目录开始的簇
WORDBPB_FSInfo;
WORDBPB_BkBootSec;
charBPB_Reserved[12];
structBootSecStr//引导扇区结构
BYTE
BS_jmpBoot[3];
BS_OEMName[8];
WORD
BPB_BytesPerSec;
//每扇区字节数512
BPB_SecPerClus;
//
每簇扇区数1248163264128
BPB_RsvdSecCnt;
//保留扇区数0x20
BPB_NumFATs;
//FAT表个数
BPB_RootEntCnt;
BPB_TotSec16;
BPB_Media;
BPB_FATSz16;
BPB_SecPerTrk;
BPB_NumHeads;
DWORDBPB_HiddSec;
DWORDBPB_TotSec32;
union
FATUni
structBootSecFAT32Str
F32;
structBootSecFAT16Str
F16;
}FAT;
structDPTStr//分区表结构
BYTEBootFlag;
BYTECHSBegin[3];
BYTETypeCode;
BYTECHSEnd[3];
DWORDLBABegin;
DWORDCntSec;
structFAT32FSInfoStr//FAT32扩展信息结构
13
DWORDLeadSig;
BYTEReserved1[480];
DWORDStrucSig;
DWORDFreeCount;
DWORDNxtFree;
BYTEReserved2[12];
DWORDTrailSig;
structFAT32SDirStr//FAT目录结构短文件名
CHARName[11];
BYTEAttr;
BYTENTRes;
BYTECrtTimeTenth;
WORDCrtTime;
WORDCrtDate;
WORDLstAccDate;
WORDFstClusHI;
WORDWrtTime;
WORDWrtDate;
WORDFstClusLO;
DWORDFileSize;
structFAT32LDirStr//FAT目录结构长文件名
BYTEOrd;
BYTEName1[10];
BYTEType;
BYTEChksum;
BYTEName2[12];
BYTENam
升级会员 