PAGE4MP3播放器的設計與實現(xiàn)摘要：本文簡要介紹了基于單片機的MP3播放器的結構和設計思路。采用STC89C54單片機作為本次測試所設計的主控器和處理芯片,SD卡以數(shù)據(jù)庫作為主要存儲媒介,通過編寫應用程序和代碼將SD卡所需要儲存的MP3格式音頻文件直接傳送給單片機中,解碼芯片時可以采用VS1003,然后再使用解碼芯片來直接解碼mp3等格式的文件,最后將被解碼后的模擬量和數(shù)字信號直接轉換成相應的模擬量和數(shù)字信號并輸出。通過這個設計我們可以執(zhí)行上一首、下一首、音量加、音量減等功能。本次設計既有利于擴大和拓展小型數(shù)據(jù)存儲(如SD卡或MMC)的容量,同時還具有播放其他各種格式的文件的功能。使用者只要把mp3格式的文件直接下載到儲存卡上即能進行播放。本設計既可以用于車載音響,又可以用作家庭使用的播放器、工作場合或其它的便攜式設備。關鍵詞：MP3；STC89C54單片機；VS1003 目錄1緒論 41.1課題背景 41.2課題的研究現(xiàn)狀 41.3課題的研究目的及意義 41.4課題的研究內容 52系統(tǒng)概述 62.1方案選擇 62.2總系統(tǒng)流程框架圖 63系統(tǒng)硬件設計 73.1硬件系統(tǒng)總體設計方案 73.2單片機及其硬件電路設計 73.3電源電路設計 83.4音頻解碼芯片VS1003電路 83.4.1VS1003與微處理器的連接 93.5SD卡模塊電路分析 103.6硬件設計小結 104系統(tǒng)軟件設計 114.1MP3音樂播放軟件設計總流程 114.2VS1003音頻解碼芯片驅動 114.2.1I/O口初始化 124.2.2VS1003復位 124.2.3VS1003內部寄存器設置 134.3SD卡存儲模塊驅動程序設計 134.4軟件設計小結 145系統(tǒng)調試與分析 155.1硬件調試 155.2軟件調試 165.3系統(tǒng)調試小結 16結論 171緒論1.1課題背景隨著人們價值觀的改變和社會的發(fā)展，近年來人們對音樂電子產品的需求在不斷增加，相關技術也在不斷的發(fā)展，我們所應用到的單片機系統(tǒng)的復雜性也在逐漸增加，因此開發(fā)和使用單片機的技術需要更加專業(yè)和完善。當然，單片機技術的應用在音樂市場上也取得了非常大的突破和發(fā)展。當今世界，數(shù)字音頻時代已經(jīng)占據(jù)了很多市場，隨著社會經(jīng)濟的提高，MP3功能已成應用到許多領域當中了。例如，我們經(jīng)常接觸的智能手機、電腦等一般都具有MP3的功能，借助MP3、CD、MD等作品的智能技術支持，音樂的交流實現(xiàn)了很大的飛躍。MP3體積小、應用廣泛、功能強大，它在產品的使用和制作方面具有很強的可塑造性和靈敏性，能夠滿足大部分消費者的需求。因此MP3已經(jīng)過大量的測試和數(shù)據(jù)分析，它可以絕對控制市場，而且它也被稱為音樂的代名詞。根據(jù)我們所收集的市場消費數(shù)據(jù)，不同牌子的MP3，所采用時尚個性形式不同，都具有強大的再生能力，為主流電子產品開創(chuàng)了新的潮流。1.2課題的研究現(xiàn)狀在了解MP3是什么之前，我們必須了解和理解MPGE，它是國際標準化組織一部分，目前它們是制定國際音頻和視頻傳輸標準的共同標準，常見標準有MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4。MPEG-1標準。它是本組織首個有損音頻壓縮標準，在視頻下載、音頻制作和視頻加載的互聯(lián)網(wǎng)應用級別上應用比較普遍。為了減少壓縮過程中的失真，以MPEG-1標準的人耳聽覺心理為基礎，只是將人耳無法識別的一些信息進行去除和過濾，因此人的耳朵能聽到的部分都不會丟失。但是，音樂的完整性有一點不足，對于其他要求，MPEG-1格式標準它規(guī)定了三個層次，其中每個層次都是一個新的壓縮標準?，F(xiàn)在被大部分人認識，而且應用得最多的是第三層，MP3(全名:MPEG-1Layer-3)。正因為MP3體積小、儲存方便、聲音品質高等特性，MP3給音樂帶來的影響是比較大的，因此，只要我們談論到與MP3相關的信息時，我們自然而然就會想到音樂。而且MP3播放器的開發(fā)與生產非常容易，成本也比較，市場比較大。所以在我看來MP3會有很好的發(fā)展趨勢，不管是在國內還是國外都是如此。1.3課題的研究目的及意義盡管MP3播放器這么多年來它一直主導著國內外的電子市場，以及即使它也會受到手機的影響，但由于它的功能和型號不斷發(fā)展進步，MP3的銷售量其實并沒有因此受到太大的影響。反而MP3的銷量還在不斷增長，這一切得益于一些以前從未有的新的概念，以及一些新增加的功能。雖然這種銷售點曾經(jīng)多次引起MP3的大賣趨勢，但是，當我們把對這種賣點的熱度的光環(huán)放在一邊時，其實他們可能并不是那么的美好，它可能在人機互動方面的開發(fā)它仍然存在著些許不足，優(yōu)化當前MP3開發(fā)制作過程是有必要的。由于集成系統(tǒng)的持續(xù)開發(fā)和進展，各個領域都可以看到集成設備的影子。家用電器、兒童玩具或工廠設備等防御武器可以看到電子產品的應用。MP3播放器是傳統(tǒng)的集成設備，需要改進和增強。本設計基于STC89C54單片機的MP3播放器的設計，進一步提高了MP3的其他功能。1.4課題的研究內容在研究最開始的時候，本次設計通過閱讀大量文獻，借鑒其中的優(yōu)秀經(jīng)驗，我們可以看到，MP3之所以深受許多消費者喜愛，主要是因為它攜帶很便利、外形比較優(yōu)美、下載文件信息方便，并且它也具備錄制、轉錄等比較實用的其他擴展功能。本次設計的主要內容:將單片機作為系統(tǒng)的主控芯片，數(shù)據(jù)存儲介質采用的是SD卡，通過編寫應用程序和代碼將SD卡所需要儲存的MP3格式音頻文件直接傳送給單片機中,然后再使用解碼芯片來直接解碼mp3等格式的文件本次設計我們使用到的解碼芯片為VS1003。而且USB通信比較簡單，所以我們不用需要去花太多時間和精力來理解這一模塊的相關理論知識。直接使用現(xiàn)成的庫。就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取和寫入這一些操作。本設計的主要模塊有：(1)LCD模塊：顯示音樂播放的相關信息(2)音頻解碼模塊：歌曲解碼(3)USB模塊：信息交換(4)電源管理模塊：為系統(tǒng)運行提供穩(wěn)2系統(tǒng)概述2.1方案選擇在我們確定了MP3音樂播放器的大致實現(xiàn)方案之后，通過對數(shù)據(jù)大量處理分析以及對市場的仔細研究，我們基本可以了解到，本次設計實現(xiàn)的大致方案其實差不多都是一樣的。它主要含有以下幾個模塊:中央處理器、音頻解碼芯片、存儲設備、電源模塊等。在實驗最初的時候我們擬定了以下兩個可實現(xiàn)的方案:方案一：STC89C54作為中央控制芯片，存儲工具采用SD卡模塊，VS1003作為解碼芯片。方案二：STC89C51作為中央控制芯片，存儲工具采用U盤模塊，BY8001-16P作為解碼芯片。在第一種方案下，SD模塊的功能其實大致相當于CH375功能，外圍電路簡單而且經(jīng)濟實惠，因此，通過綜合分析本次設計的實際情況以及實現(xiàn)難度后，最終決定采用方案一。2.2總系統(tǒng)流程框架圖本次設計的系統(tǒng)主要以STC89C54單片機作為控制核心,其他組成部分包括電源電路、時鐘電路、復位電路、按鍵電路等，總系統(tǒng)的流程框架圖如下圖2.1所示：圖2.1總系統(tǒng)流程框架圖3系統(tǒng)硬件設計3.1硬件系統(tǒng)總體設計方案本次設計的MP3音樂播放器一共含有四個音樂控制按鍵，可以輕松完成的音樂播放功能為：上一曲、下一曲、音量加以及音量減。通過控制按鍵來播放音樂，并經(jīng)過放大電路部分和音頻播放設備來播放音樂。最后由NOKIA5110顯示屏用于顯示相關的曲目信息，其硬件系統(tǒng)總體方框圖如圖3.1所示。圖3.1硬件系統(tǒng)總體方框圖3.2單片機及其硬件電路設計STC89C54單片機是中國宏晶公司自主研發(fā)產出的最新一代單片機，這一類型單片機它本身就具有高運行速率、低功率消耗、強大的抗干擾性能等多種控制功能，它的指令代碼幾乎都可以與傳統(tǒng)的8051單片機相同。其中的引腳結構圖如圖3.2所示：圖3.2單片機引腳圖3.3電源電路設計為了方便供電，我們的電源電路組成部分包括變壓器、濾波電容器、穩(wěn)壓芯片以及電源指示燈。變壓器在進入LM7051芯片前首先使用濾波電容穩(wěn)定電壓，電源狀態(tài)由發(fā)光二極管led指示。電源電路設計如圖3.3所示：圖3.3電源電路設計3.4音頻解碼芯片VS1003電路VS1003芯片核心是一個MP3/WMA/MIDI音頻數(shù)字解碼器和ADPCM音頻編碼器。它包括DSP處理器，數(shù)據(jù)指令存儲器,以及可為使用者提供5KB的指令RAM和0.5KB的數(shù)據(jù)RAM。它還含有四個通用的I/O端口、一個URAT、一個高質量可變采樣率的ADC和一個立體聲DAC，無線耳機音頻放大器以及一個接地緩沖器。vs1003電路的主要接線元件結構如電路圖3.4所示。圖3.4VS1003電路連接線路圖3.4.1VS1003與微處理器的連接這一步非常關鍵，因此，我們必須確保這一部分的連線的正確性，否則會對后續(xù)工作造成很大的影響，下圖3.5為VS1003與單片機接口電路圖：圖3.5VS1003與單片機接口電路圖對于STC89C54單片機來說，它一共需要使用到7個I/O口。XDCS、XCS、XRESET和DREQ分別可以連接四個通用單片機總線通用I/O口，即P0.5、P0.6、P1.0和P1.1，剩下的三根線MOSI、MOSO、與SCLK分別可以連接STC89C54單片機的接口P1.5、P1.6和P1.7，3.5SD卡模塊電路分析在本次設計中，在數(shù)據(jù)存儲介質的選擇上我們使用了SD卡。因此，接下來我們就需要認識和了解它的數(shù)據(jù)傳送方式。SD卡的數(shù)據(jù)傳輸一共包含兩種不同模式，分別是SPI模式和SD模式。在本次設計中我們SD卡傳輸模式主要采用的是SPI模式。在SPI模式下，SD卡只需要通過連接VCC、GND、SO、SI、CS、CLK這6個引腳就已經(jīng)能夠實現(xiàn)我們所需要的功能。對于本設計的STC89C54單片機來說，我們只是需要4個IO口與其相互進行連接，即P0.7、P1.5、P1.6、和P1.7。其驅動電路框圖如圖3.6所示。圖3.6SD卡驅動電路3.6硬件設計小結在本次畢業(yè)設計中我們可以清楚地認識到，系統(tǒng)的硬件設計這一部分是非常的關鍵。在圖書館查閱了大量相關信息后，因為單片機的I/O端口不足，頻率最初還考慮使用USB閃存盤作為存儲設備，但實際上很難實施，因此決定使用較為簡單、價格較低的SD卡作為存儲設備。在確定計劃后，我開始購買部件，焊接印刷電路板，并通過焊接邊緣來測試電路的行為。對于部分焊接電路，我將使用小型軟件測試電路板兩端的電極是否符合設計要求。經(jīng)過我自己的努力，我成功地焊接了所有部件，為軟件的全面開發(fā)奠定了堅實的基礎。4系統(tǒng)軟件設計4.1MP3音樂播放軟件設計總流程首先，我們分別為VS1003、SD卡設計驅動程序，然后對其進行組織和組裝。本次設計的系統(tǒng)程序流程圖如圖4.1所示：圖4.1系統(tǒng)整體流程圖4.2VS1003音頻解碼芯片驅動VS1003驅動電路框圖設計如圖4.2所示。在開始使用VS1003的音頻之前，我們首先需要完成初始化VS1003的一系列操作。VS1003解碼芯片在系統(tǒng)開始運行時進行初始化。第一步首先需要初始化MCU和VS1003之間的I/O端口，然后再次復位VS1003、初始化VS1003的內部寄存器，最后我們就可以把這些數(shù)據(jù)直接寫入VS1003，執(zhí)行這一系列操作就可以正確地進行音樂的播放。圖4.2VS1003驅動流程圖VS1003音頻解碼芯片主要是經(jīng)過SPI來完成音頻數(shù)據(jù)通信的，VS1003通過XRST、XDCS、XCS、DREQ、SCK、MOSI、MISO這七根線分別與單片機來進行通信。4.2.1I/O口初始化關于I/O口數(shù)據(jù)初始化的這一部分，我認為我們首先需要進行的操作是對MCU與VS1003相接通的I/O口進行初始化，以及對STC89C54單片機的虛擬SPI的相關寄存器來進行初始化處理操作。4.2.2VS1003復位對VS1003解碼芯片的復位，其硬件復位就相對比較簡單，我們只需將RST引腳從VS1003下拉一定的時間(1.35毫秒，12.288MHz)，然后將其設置為“高”就可以輕松地完成硬件復位；對于軟件復位，我們首先需要等待VS1003處于閑置狀態(tài)，然后將SCI_MODE(0x00)寄存器中的位2設置為1，就可以完成軟復位。4.2.3VS1003內部寄存器設置VS1003的內部寄存器的設置主要包括以下幾個模塊的設置：模式(0x00)、音量(0x0b)、音調(0x03)以及時鐘(0x03)。這個函數(shù)中的vs1003EPM和vs1003ram數(shù)組是用來記錄聲音效果的寄存器數(shù)組。前者儲存在EEPROM中，為了用戶斷電后可以在保存之前所定義的聲音效果。后者存儲在SRAM里面，這樣用戶就可以執(zhí)行多次操作，這兩部分之間是互相映射的。我們可以使用set1003函數(shù)來調整音效。4.3SD卡存儲模塊驅動程序設計本次設計中我們所需要采用到的SD卡它含有兩種工作模式，即SD模式和SPI模式。在綜合考慮各方面因素，在本次設計中我們最終選擇SPI模式來讀取SD卡。其驅動流程圖如圖4.3所示。圖4.3SD卡驅動流程圖4.4軟件設計小結本章主要闡述的是MP3播放器的設計與實現(xiàn)的軟件設計，我們分別從它的總體流程圖、VS1003的驅動以及SD卡驅動這幾個模塊說明。通過這次的畢業(yè)設計，我對軟件方面有了更深入的認識，也提高了我的軟件編程能力。5系統(tǒng)調試與分析5.1硬件調試對與硬件調試這一部分，我們需要特別關注以下幾個問題：（1）是否出現(xiàn)邏輯故障這一類型的問題比較多，例如線路問題、短路問題和開路問題。因此，我們需要特別注意這一類問題的排除，其解決方法首先是要仔細地比較焊接印刷電路板與原理圖是否相同。（2）檢查是否存在元件問題此類錯誤通常有兩個原因:一個是焊接有誤導致設備燒毀。另一個原因是組件在購買時就已經(jīng)損壞。所以我們需要事先檢查元件是否損壞，否則就會對后續(xù)設計成品帶來很大的問題。（3）檢查電源問題

在每一次通電之前，我們都必須核實電源電壓的大小以及它的極性，否則就可能會出現(xiàn)損壞電源的情況。經(jīng)過調試后，我們可以發(fā)現(xiàn)MP3能正常播放，所有的模塊都能正常使用。下圖5.1為硬件調試結果圖5.1硬件調試結果從圖中我