STC89C58RD+單片機在MP3播放器設計中的應用

　　摘要：隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展，MP3播放器向著(zhù)大容量、小型化發(fā)展。本文敘述了由STC89C58RD+單片機和VS1011E解碼芯片構成的MP3播放器硬件結構，采用CH375USB芯片讀取數據，通過(guò)Nokia5110液晶顯示，以及軟件編程思路，實(shí)現了一種解碼器與存儲器分離的MP3播放器設計。該播放器具有文件傳輸、存儲、顯示及音樂(lè )播放功能，具有播放聲音流暢，操作簡(jiǎn)單，功耗低，體積小及容量大等特點(diǎn)。

　　隨著(zhù)人們對便攜式音樂(lè )播放器要求的提高，MP3播放器以其較小的體積和較好的音質(zhì)受到廣大音樂(lè )愛(ài)好者的青睞。起初，MP3文件由電腦來(lái)播放，后來(lái)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展促進(jìn)了MP3播放器的產(chǎn)生，同時(shí)MP3播放器也發(fā)生了一系列的變化，其更加小巧精致，更人機化和情趣化?，F在市場(chǎng)上MP3的款式越來(lái)越多，功能越來(lái)越豐富，但現有MP3播放器大多是將解碼器與存儲器一體化的。這種設計使MP3播放器方便攜帶，但也帶來(lái)了問(wèn)題：一是存儲容量不易擴展;二是不利于MP3播放器在其他領(lǐng)域的應用。將播放器與存儲器分離是MP3播放器目前發(fā)展的一個(gè)方向^[1-3]。本系統采用STC89C58RD+單片機，結合USB接口芯片CH375、解碼芯片VS1011E、Nokia5110液晶等外圍設備設計并實(shí)現MP3播放器，該系統以USB-HOST方式讀取U盤(pán)的MP3文件并將其解碼播放，同時(shí)具備讀取音樂(lè )標簽，U盤(pán)電子書(shū)和貪吃蛇游戲等功能。

　　系統總體設計

　　MP3播放器是一種新興的數字音樂(lè )播放器，播放MP3、WMA等格式的文件。通過(guò)用MPEG-1 Layer 3編碼技術(shù)，可以得到大約12：1壓縮的有損音樂(lè )信號。盡管MP3文件是有損的，它在壓縮過(guò)程中對功率譜較弱的信號有所丟失，但它同CD原聲區別不大，不影響一般音樂(lè )愛(ài)好者對音樂(lè )的欣賞。MP3大大縮小了聲音文件的長(cháng)度，使音樂(lè )的傳輸和存儲更方便。MP3播放器系統結構如圖1所示。系統啟動(dòng)后，STC89C58RD+單片機通過(guò)USB接口芯片CH375，從U盤(pán)中獲取MP3格式文件的數據，并存入片內RAM進(jìn)行緩沖，然后單片機定時(shí)將數據從緩沖區送到MP3音頻解碼芯片VS1011E，實(shí)現解碼并輸出音頻信號到耳機或有源音響。用戶(hù)可以通過(guò)鍵盤(pán)實(shí)現“啟動(dòng)”、“停止”、“上一曲”、“下一曲”和“音量控制”等功能，并通過(guò)Nokia5110液晶顯示播放狀態(tài)信息。系統在硬件上主要包括數據讀取模塊、音頻解碼模塊和液晶顯示模塊等?！　?/p>

 

　　系統硬件模塊的實(shí)現

　　數據讀取模塊

　　單片機讀取MP3數據模塊包括STC89C58RD+單片機、USB接口芯片CH375和MP3格式數據存儲U盤(pán)三部分。

　　STC89C58RD+單片機

　　系統采用STC89C58RD+單片機，該單片機是美國STC公司設計，國內宏晶公司生產(chǎn)的新一代51增強型單片機，引腳和指令系統均與51單片機兼容。它具有加密性強、超強抗干擾、超低功耗、在系統可編程、內含MAX810專(zhuān)用復位電路等特點(diǎn)^[4]。

　　該單片機采用MCS51內核，其內含32KB的FLASH和16KB的EEPROM，同時(shí)內含1KB的內部SRAM存儲空間。因而可用于音頻數據處理和顯示數據處理需要進(jìn)行較大數據緩沖的情況下。該單片機最高可工作于33MHz時(shí)鐘，本系統中，它工作在30MHz時(shí)鐘下，能滿(mǎn)足系統對數據帶寬的要求。

　　CH375接口芯片

　　CH375是一種通用USB總線(xiàn)接口芯片，其內部集成PLL倍頻器、數據緩沖區、主從USB接口SIE、被動(dòng)并行接口、異步串行接口、命令解釋器、控制傳輸的協(xié)議處理器和通用的固件程序等^[5]。它有USB-HOST和USB-SLAVE兩種方式，其中USB-HOST方式支持各種常用的USB全速設備，外部單片機、MCU、DSP可以通過(guò)CH375按照相應的USB協(xié)議與USB設備通信，這是由于在本地端，CH375具有讀、寫(xiě)、片選控制線(xiàn)以及中斷輸出四條控制總線(xiàn)和八位數據總線(xiàn)，可以方便地掛接到單片機等控制器的系統總線(xiàn)上。CH375芯片內部各部分的功用如下：①PLL倍頻器用于將外部輸入的12MHz時(shí)鐘倍頻到48MHz，作為USB接口SIE時(shí)鐘。②數據緩沖區用于緩沖USB接口SIE收發(fā)的數據。③主從USB接口SIE用于完成物理的USB數據接收和發(fā)送。④被動(dòng)并行接口與異步串行接口用于與外部單片機交換數據。⑤URT串行接口用于代替并行接口與外部單片機交換數據。⑥命令解釋器用于分析并執行外部單片機提交的各種命令。⑦控制傳輸的協(xié)議處理器用于自動(dòng)處理常用的控制傳輸的多個(gè)階段，簡(jiǎn)化外部固件的編程，降低了開(kāi)發(fā)難度。⑧通用的固件程序實(shí)現USB傳輸的相關(guān)協(xié)議。

　　數據讀取原理

　　數據讀取電路如圖2所示。系統利用單片機實(shí)現將U盤(pán)中的音頻數據經(jīng)CH375的USB串行接口傳送至單片機內部RAM緩沖，以等待解碼。硬件上只需在單片機系統中增加一個(gè)CH375芯片，綜合成本較低，這是由于CH375內置了USB通信協(xié)議，省去了對USB通信協(xié)議的了解，單片機可以直接調用API庫讀寫(xiě)U盤(pán)中的文件數據。CH375芯片工作時(shí)，需外部為它提供12MHz的時(shí)鐘信號，它支持全速的USB-HOST主機接口，外圍元器件只需要少量晶體和電容，便可支持5V和3.3V電源電壓。