基于51單片機的MP3方案設計

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)贏(yíng)得了廣大音樂(lè )愛(ài)好者的青睞。起初，MP3文件只能由電腦來(lái)播放，隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，促進(jìn)了MP3播放器的產(chǎn)生，隨著(zhù)人們對MP3產(chǎn)品進(jìn)一步的認識和更高層次的需求，MP3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，個(gè)性區分也越來(lái)越強。還出現了功能的融人和產(chǎn)品的整合，總之，MP3播放器正朝著(zhù)功能強大、外觀(guān)豐富、價(jià)格便宜的方向發(fā)展。這里提出一種基于A(yíng)T89C51SND1C的MP3播放器設計方案。

1 MP3播放器簡(jiǎn)介
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音樂(lè )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 )的存儲和傳輸更方便。
1．1 結構
MP3播放器一般分成3個(gè)部分：CPU、MP3硬件解碼器存儲器。其中可以將前兩部分集成在一起，即帶MP3硬件解碼器的CPU；或將后兩部分集成在一起，即集成硬件解碼、D／A轉換及音頻輸入。存儲器可以是Flash存儲器或硬盤(pán)。綜合考慮元器件性?xún)r(jià)比等各方面的因素，選定方案為：1)CPU+MP3解碼器+USB控制器：AT89C51SND1C；2)D／A轉換器：CS4330；3)音頻放大器：任意雙路運算放大器即可；4)存儲器：K9F120 8；5)串口調試選用串口電平轉換器：MAX3232；6)MP3屏幕顯示器：LCD1602。
1．2 功能
在該硬件系統設計中，采用美國Atmel公司生產(chǎn)的AT89C51SND1C作為主控MCU，可以實(shí)現如下功能：1)能對MP3或WMA格式的文件進(jìn)行解碼播放；2)可以進(jìn)行模擬音量，音效調節，聲道選擇，音量的范圍：+18～+75 dB，最小為靜音；3)可對歌曲進(jìn)行選擇，具有進(jìn)、退、快進(jìn)、快退功能及指定播放第幾首歌曲的功能；4)通過(guò)USB接口，可直接從PC機上高速下載音樂(lè )，應用標準語(yǔ)音編碼格式壓縮和存儲數據。

2 MP3播放器工作原理
MP3播放器的基本工作原理如圖1所示。通過(guò)USB接口把Flash存儲器上的MP3或者WMA等格式的數字音樂(lè )文件，送到主芯片內部集成的解碼芯片進(jìn)行解碼，這些音樂(lè )文件經(jīng)過(guò)解碼后解碼為數字信號，然后通過(guò)A／D轉換將數字信號轉換為模擬音頻信號，再通過(guò)功率放大器進(jìn)行音頻放大，最后通過(guò)耳機輸出。本系統的一般工作過(guò)程如下：當用戶(hù)要求播放MP3音樂(lè )時(shí)，如果在該系統Flash存儲器里沒(méi)有歌曲，可以通過(guò)USB接口連接PC機來(lái)下載音樂(lè )文件到存儲芯片中；若該系統中已存有MP3歌曲，用戶(hù)可根據顯示屏上的文件名選擇或者順序選擇MP3文件，選擇文件后主芯片將所選的音頻文件從Flash閃存中讀到主芯片集成的MP3解碼器解碼后變成數字信號，該信號按照用戶(hù)設定的外部D／A轉換器格式通過(guò)音頻接口輸出的外部A／D轉換器，外部A／D轉換器將數字信號轉換為人耳可接受的模擬信號并且通過(guò)功率放大器放大后送到耳機。在播放過(guò)程中可以進(jìn)行音量的增減等的選擇和控制。

3 MP3播放器的設計
3．1 硬件設計
該設計方案可以方便地將外部的MP3格式的音樂(lè )文件傳輸到本系統的存儲器Flash中。由圖2硬件連接框圖可以看出本系統的具體硬件設計主要包括：1)主芯片AT89C51SND1C和存儲器K9F1208之間的連接設計，包括片選信號，讀寫(xiě)信號以及AD信號的連接；2)主芯片和USB接口的連接設計，此部分主要用于MP3文件的傳輸和固件下載；3)主芯片和按鍵以及LCD之間的設計連接，用戶(hù)通過(guò)顯示屏幕獲取播放器的進(jìn)程信息，通過(guò)按鍵來(lái)對音樂(lè )進(jìn)行選擇和控制；4)主芯片和D／A轉換器之間，這一系統將該系統解碼后的數字信號轉換為人耳能識別的模擬信號，這一部分主要包括時(shí)鐘信號、數據信號以及反饋信號的連接；5)電源轉換部分，本系統內部使用的電源一般為3．3 V，而USB接口以及電池的電源都需要DC-DC部分來(lái)進(jìn)行轉換，從而為系統提供所需的3．3 V電源；6)播放系統和存儲系統的切換電路設計。

3．1．1 主電路設計
系統的主芯片采用美國ATMEL公司的AT89C51SND1C，該芯片是一個(gè)2．5～3．3 V低電壓、80 mW低功耗、運算速度高、功能完善、高度集成并且低成本的單芯片數字(MPEG1，2，2．53)音頻解碼器。其特點(diǎn)如下：1)基于8位C51MCU核(最大時(shí)鐘頻率20 MHz)；2)內部集成了單獨的
MP3解碼器，而且支持48，44．1，32，24，22．05，16 kHz采樣頻率，支持左右聲道獨立的音量控制(軟件使用31級)、重低音、中音、高音均衡控制(31級)、重低環(huán)繞聲效果、輔助數據輸出、“CRC錯誤”和“MPEG幀同步”指示；3)有44通用I／O口的嵌入式C51 Nand Flash，SSF-DC，I2S，SPI和IDE多種擴展功能接口容易適應多種應用場(chǎng)合Flash／CD／HDD播放器等；4)具有適應市場(chǎng)上不同的D／A轉換器的可編程的音頻輸出接口，兼容PCM格式和I2S格式；5)內置2 304 B RAM；6)64KB Flash程序空間和4 KB引導閃存(AT89C51SND1)，在系統編程：通過(guò)USB，UART接口進(jìn)行在系統編程；7)USB1．1控制器，“Full speed”數據傳輸；8)內置鎖相環(huán)，提供MP3音頻時(shí)鐘和USB時(shí)鐘；9)兼容MultiMedia Card(MMC)卡接口、Atmel Data Flash SPI接口、IDE／ATAPI(硬盤(pán))接口；10)通道10位A／D轉換器，8 kHz(8位真有效值)，包括電池電壓監視和軟監控的錄音；11)兩個(gè)標準的16位的定時(shí)／計數器、硬件看門(mén)狗、帶有波特率發(fā)生器的標準通用異步串口、主從I2C控制器、主從SPI控制器；12)電源管理模塊。包括上電復位、軟件可編程MCU時(shí)鐘和空閑、掉電模式。
AT89C51SND1C內部結構簡(jiǎn)化后實(shí)際就是64K80C51+MP3解碼器+USB，使用該芯片設計MP3播放系統具有很多優(yōu)點(diǎn)，如支持在系統編程不需要昂貴的仿真器，系統設計成本降低；內置2 304 B的RAM，方便用戶(hù)增加復雜的功能。此外，由于該芯片內部集成了大量的接口，所以只需要很少的外圍器件如DC-DC，音頻D／A轉換器和存儲器就可以實(shí)現系統的要求，這樣可以做到系統空間很小，這一點(diǎn)正好適應現代系統設計的纖小而功能全面的要求。