基于DSP技術(shù)的MP3播放器的研究與設計

作者Email: lyfen@eyou.com

摘要：隨著(zhù)數字編解碼及壓縮技術(shù)的發(fā)展，語(yǔ)音文件也朝著(zhù)高壓縮比、高保真的方向發(fā)展，從MP1、MP2到目前的MP3格式。本文設計了一種廉價(jià)基于DSP的MP3播放器，利用硬件存儲語(yǔ)音文件，并能夠從PC 機下載，從而可以隨時(shí)更新MP3音樂(lè )。該MP3播放器同時(shí)附加了文本閱讀的功能，可做到語(yǔ)音和文本的同步輸出。

關(guān)鍵詞： MP3播放器 DSP 編碼

前言

現在市場(chǎng)上推出了各種型號的MP3隨身聽(tīng)，它們采用先進(jìn)的智能控制技術(shù)，利用先進(jìn)的芯片，不僅實(shí)現了MP3格式語(yǔ)音的播放，而且集多種功能于一身。

但這些精巧的隨身聽(tīng)價(jià)格較昂貴，因此本文根據要求設計了一種廉價(jià)MP3播放器，利用硬件存儲語(yǔ)音文件，并能夠從PC 機下載，從而可隨時(shí)更新MP3音樂(lè )。該MP3播放器同時(shí)附加了文本閱讀的功能，可做到語(yǔ)音和文本的同步輸出。

MP3播放器系統構成

MP3播放器系統結構由圖1所示，根據MP3播放器特點(diǎn)要求選擇了TI公司的TMS320VC5402芯片，該DSP芯片優(yōu)越的效價(jià)比既可充分勝任本設計的信號處理又能滿(mǎn)足本設計要求的價(jià)廉目的。而主機選用功能較強的AT89C51芯片。
設計原理上，C5402芯片的信號處理部分和89C51的智能控制部分來(lái)分別完成電路設計，并相應制作兩塊PCB，可以明確設計思路，實(shí)物的大小也減半。

由圖1，MP3播放器系統選用大容量的FLASH MEMORY作為主存儲器硬件存儲語(yǔ)音文件，DSP程序也存儲在FLASH中，運行時(shí)再引導到DSP的高速RAM，從而省去DSP芯片部分的程序存儲空間。利用串口通信電路可以實(shí)現由PC機下載語(yǔ)音文件功能，利用液晶顯示屏LCD，還可以從PC機下載小說(shuō)并在LCD上閱讀。

DSP、MPU硬件設計

MP3播放器中，DSP芯片的Bootloader采用了HPI口方式。由于在硬件上HPI引腳與DSP的數據、地址總線(xiàn)引腳是相互獨立的，同時(shí)HPI口內部又有控制機制，所以外部主機通過(guò)HPI口訪(fǎng)問(wèn)DSP內部RAM時(shí)不會(huì )影響DSP的正常運行。HPI利用DSP芯片上1000H地址開(kāi)始的一塊具有共享存儲器功能的2K字RAM，來(lái)實(shí)現主機與從機間的數據交換。

DSP擴展了一片64K字高速靜態(tài)RAM(CY7C1021V33-10)，作為DSP芯片的片外RAM，用以適應各種音頻處理算法對存儲器容量的要求。

DSP芯片處理后的信號由D/A輸出到耳機，我們就可聽(tīng)到MP3音樂(lè )。D/A變換由LM4545實(shí)現，它具有48K字轉換速度，可直接和DSP芯片的輸出相連。

而MPU主要完成三項功能，分別是LCD顯示，控制DSP芯片的運行和文件的串口下載。89C51與29F040B的連接電路如圖2所示。

MPU用來(lái)訪(fǎng)問(wèn)FLASH的地址線(xiàn)由P0口和P2.0～P2.5組成。這14根地址線(xiàn)既提供14位頁(yè)內地址又提供5位的頁(yè)碼地址，P0口同時(shí)與兩片74LS373相連，分別以P3.5和ALE作為這兩個(gè)芯片的片選信號；第一片74LS373A輸出信號的低5位作為5位頁(yè)碼地址與29F040B的A14～A18連接，第6位作為片選信號連接29F040B的CS，后兩位則留作以后擴展用；第二片74LS373B的8位輸出連接29F040B的A0~A7；89C51的P2.0～P2.5直接連接29F040B的A8~A13，和74LS373B的8位輸出共同構作14位的頁(yè)內地址。

相應的尋址過(guò)程（假設訪(fǎng)問(wèn)地址1FFFFH）是：第一步，先將P3.5置1，打開(kāi)74LS373A，再向 P0口寫(xiě)入所要尋址的頁(yè)碼地址，1FFFFH的頁(yè)碼為7H；第二步，再將P3.5置0，關(guān)閉74LS373A，向P0口和P2口寫(xiě)入14位頁(yè)內地址，1FFFFH的頁(yè)內地址為3FFFH。因為74LS373B由ALE片選，每次MPU訪(fǎng)問(wèn)外設時(shí)自動(dòng)打開(kāi)，所以這兩步驟次序不能顛倒，否則訪(fǎng)問(wèn)的地址就出錯。

軟件設計

能夠從PC機下載音樂(lè )是MP3播放器的特點(diǎn)，這一功能由MPU與PC機的串口通信來(lái)實(shí)現。而且設計所需的下載軟件要求能夠下載書(shū)籍文本，要求能夠中文字符的串口通信。因此實(shí)現中文傳輸也是本設計的程序部分的關(guān)鍵。
圖3是用VB實(shí)現MP3播放器的下載軟件。

圖3的文件下載軟件，由Mscomm控件來(lái)實(shí)現。Setting設置為"9600，N，8，1"，89C51的串口寄存器SCON和PCON也做對應的設置。用Mscomm控件可以實(shí)現發(fā)送中文字符功能，具體方法如下：

　?。?）直接發(fā)送
　　直接發(fā)送即把中文字符等同于英文字符。如：MSComm1.output="這是一行中文數據！"，但這種方法發(fā)送的中文數據不能太長(cháng)，發(fā)送緩沖區和接收緩沖區的大小需設定為中文字符的兩倍以上，否則會(huì )出現接收或發(fā)送緩沖區溢出之類(lèi)的錯誤。這種方法可用于一般要求不太高的場(chǎng)合。

（2）間接發(fā)送
在發(fā)送端將漢字或字符轉換為機器內碼或區位碼數據數組，然后將轉換后的數據發(fā)送到串口，在接收端接收到數據后，按照相反的順序將得到的數據轉換為相應的漢字或字符，對于MPU這端要求能有較大容量的漢字表。在轉換過(guò)程中，我們采用位運算，在取得漢字的內碼后將高字節和低字節分開(kāi)，求整數高、低字節的函數如下：
　　Public Function HiByte(a As Integer)
　　 Dim b
　　 b = a And HFF00
　　 b = b / 256
　　 If b 0 Then b = b + 256
　　 HiByte = b
　　End Function
　　Public Function LowByte(a As Integer)
　　 Dim b
　　 b = a And HFF
　　 LowByte = b
End Function

結語(yǔ)

該MP3播放器基于DSP技術(shù)，采用慢速大容量外存加高速小容量外存的組合方式，音樂(lè )文件先從慢速外存下載至高速外存再載入DSP的高速RAM，下載一部分處理一部分。采用與PC機的串口通信方式實(shí)現文件的下載速度較慢，也可利用USB接口進(jìn)行高速的通信。另外系統中連接的電話(huà)線(xiàn)可充作電話(huà)的錄音。

實(shí)踐證明，這種方法設計的MP3播放器成本較低，同時(shí)附加文本閱讀的功能做到語(yǔ)音和文本的同步輸出，能滿(mǎn)足特殊的需要。