基于MP3播放器的設(shè)計畢業(yè)論文

1、畢 業(yè) 論 文 論文題目 基于 mp3 播放器的設(shè)計 摘要 隨著電子技術(shù)的發(fā)展,mp3 播放器已是目前市場上最流行的消費類數(shù)碼產(chǎn)品之一, 因其具有大容量、高音質(zhì)、小巧便攜等特點而倍受廣大消費者的青睞。而對于單片機 編寫的 mp3 播放器具有執(zhí)行效率高、頻率輸出穩(wěn)定、易于修改、高可靠性、高性價比、 低電壓、低功耗等優(yōu)點,使單片機近幾年得到迅猛發(fā)展和大范圍推廣,廣泛應用于工業(yè) 控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、智能化儀器儀表及通訊設(shè)備、日常消費類產(chǎn)品、玩具等領(lǐng) 域 。 本設(shè)計主要利用 atmega128 作為系統(tǒng)的中央處理器，采用 vs1003b 解碼芯片作為 音樂播放器的解碼芯片，sd 卡作為系統(tǒng)的存儲器

2、，ch375 芯片作為讀取外部 u 盤數(shù)據(jù) 的驅(qū)動芯片。通過 atmega128 讀取 sd 卡或者讀取經(jīng) ch375 芯片傳送的音頻數(shù)據(jù)，再送 入 vs1003b 解碼芯片實現(xiàn)特定格式的音頻解碼，并通過耳機或者有源音響輸出。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：atmega128；mp3 播放器；sd 卡；ch375；vs1003b； based on the design of atmega128 music player abstract with the development of electronic technology, mp3 players on the market today is one

3、 of the most popular consumer digital products, because of its large capacity, high-quality, compact and portable features and much in favor of consumers. for the preparation of single- chip mp3 player with high efficiency, stable frequency output, easy to modify, high reliability, high cost, low vo

4、ltage, low power consumption, etc., so that the microcontroller in recent years has been the rapid development and large-scale promotion, widely used in industrial control systems, data acquisition systems, intelligent instrumentation and communications equipment, everyday consumer products, toys, a

5、nd other fields. the main advantage of this design atmega128 as the central processor system, using vs1003b decoder chip as the music player decoder chip, sd card as a memory system, ch375 chip as u disk read external data driver chip. atmega128 sd card or by reading through the ch375 chip reads aud

6、io data transmission, and then into vs1003b audio decoder chip decode a specific format, and through headphones or powered stereo output. keywords: atmega128; mp3 player; sd card; ch375; vs1003b; 目錄目錄 第一章 引 言 .1 1.1 課題背景與來源.1 1.2 課題意義.1 1.3 mp3 播放器發(fā)展歷程和研究現(xiàn)狀 .1 第二章 系統(tǒng)概述 .3 2.1 系統(tǒng)設(shè)計總方案選擇.3 2.2 系統(tǒng)可行設(shè)計方

7、案對比選擇.3 2.3 系統(tǒng)設(shè)計硬件組成 .4 2.4 系統(tǒng)設(shè)計的功能介紹及操作說明 .5 第三章 硬件組成及設(shè)計 .6 3.1 主控系統(tǒng)模塊設(shè)計電路圖 .6 3.2 vs1003 音頻解碼模塊 .8 3.3 sd 卡模塊電路及非正常播放的的解決辦法 .10 3.4 u 盤通信讀寫模塊 .11 第四章 軟件設(shè)計 .13 4.1 開發(fā)工具介紹 .13 4.2 主程序流程圖 .13 4.3 sd 卡的讀流程圖 .14 4.4 sd 卡文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析 .14 4.5 sd 卡文件系統(tǒng)的實現(xiàn) .15 4.6 u 盤文件管理系統(tǒng) .16 第五章 系統(tǒng)測試與分析 .17 5.1 系統(tǒng)設(shè)計過程 .17

8、5.2 模塊的調(diào)試 .17 5.3 系統(tǒng)測試達到的技術(shù)指標 .19 第六章 結(jié)束語 .22 參考文獻 .23 致謝 .24 附錄 1（原理圖、pcb 圖、實物圖） .25 附錄 2（程序）.30 第一章第一章 引引 言言 1.11.1 課題背景與來源課題背景與來源 隨著中國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們生活水平不斷提高,物質(zhì)追求已基本得到滿足，隨 之而來的是精神層面的追求。人們對生活質(zhì)量的要求也越來越得到重視，對音樂的追 求也迅速成為了其享受生活的重要部分。在過去的幾年里，各種音樂播放器層出不窮， 它們的文件格式也不可枚舉。就音頻播放器來說，其常用格式就有 wav、oggg、mp3、wma、acc、ap

9、e 等。mp3 格式由于具有壓縮后文件體積小、音質(zhì)丟失 小的特點而成為了使用最為廣泛、最受播放器生產(chǎn)商歡迎的音頻格式之一。生活中人 們往往把 moving picture experts group audio layer iii 簡稱為 mp3,其本身就是一 種音頻壓縮技術(shù)，采用了國際標準 mpeg 中的第三層音頻壓縮模式，對聲音信號進行壓 縮的一種格式1?，F(xiàn)在普遍應用的聲音編碼技術(shù)是一種叫 mpeg 聲音壓縮的算法，這是 一種對音源的性質(zhì)沒有作任何假設(shè)的算法，單純地利用人耳的聽覺特性來對聲音進行 壓縮。mp3 就是利用了這種技術(shù)，將音樂以 10:1 甚至 12:1 的壓縮率，壓縮成一種容量

10、 較小的文件。也就是說，mp3 不僅可以把文件壓縮到更小的程度，并且還可以非常好地 保持了原來的音質(zhì)2。 1.21.2 課題意義課題意義 隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)階段的音頻技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得相當成熟，市場流行的 音頻播放器其功能也遠非普通的 mp3 可以比擬，操作界面也相當?shù)膹碗s多樣。但對于 市場需求來說，mp3 仍然占有一定的市場。同時，對于比較缺乏實際操作能力的大學生 來說，實打?qū)嵉卦O(shè)計播放器是很有必要的，這對于掌握與鞏固所學知識起到舉足輕重 的作用及對提高自身各方面的能力、培養(yǎng)今后從事這類工作或研究這類技術(shù)的興趣。 而 mp3 播放器相對而言比較簡單，對于初設(shè)計者來說是一種很好的選擇。本系

11、統(tǒng)采用 了簡單、經(jīng)濟的電子芯片設(shè)計而成，與市場上的 mp3 有所不同，更加突出地改進了其 mp3 的儲存容量小的缺點。支持 sd 卡及外部 u 盤等外儲存設(shè)備的讀取，具備了價格便 宜、高容量、體積小、音質(zhì)好、便于攜帶等優(yōu)點。這樣的 mp3 播放器被廣泛用于汽車、 家居、工業(yè)等領(lǐng)域，如車載 mp3 播放器等。 1.31.3 mp3mp3 播放器發(fā)展歷程和研究現(xiàn)狀播放器發(fā)展歷程和研究現(xiàn)狀 隨著計算機速度的飛速提升，mp3 標準終于在 1995 年被 brandenburg 的研究小組 制定出來，并免費提供 mp3 軟件下載。mp3 的現(xiàn)世，由于閃存技術(shù)初現(xiàn)，存儲容量還很 小，而價格偏高，當時的 m

12、p3 仍屬于十分昂貴的“奢侈品” 。20 世紀后期，為了滿足更 多用戶的需求，集中解決了 mp3 播放器能在不同的電腦上連接使用的問題，最終 mp3 播放器選擇了“并口”作為數(shù)據(jù)輸用的接口。直到 1998 年，第一臺 mp3 隨身聽 saehan mpman f10 誕生，重 65 克。但是當時的 mp3 存在信噪比太低、并口數(shù)據(jù)傳輸速度慢等 缺點。2000 年，由于受到突飛猛進的 usb 技術(shù)影響，mp3 播放器開始使用了 usb 接口 的設(shè)計。2000 年中，創(chuàng)新發(fā)布了世界上第一臺 2.5 寸硬盤 mp3 播放器nomad jukebox，這款音樂播放器的外形就像一個標準大小的 cd 播放

13、器。usb 接口可以提供連 接速度高達 12mbps，這種速度與并口速度相比提高幅度在 10 倍以上，運用這種速度下 歌曲文件傳輸時間可以縮減為 3 秒，若要進行 64mb 大小容量的文件傳送也不需要 1 分 鐘。usb 2.0 標準進一步將接口速度提升到 480mbps,是普通 usb 速度的 20 倍，更大幅 度地降低了 mp3 音樂文件的傳輸時間3。后來使用整合式 usb 接口使數(shù)據(jù)傳輸更加方 便。伴隨著“無驅(qū)動”閃存盤的技術(shù)實現(xiàn)，在 windows 2000 以上的操作系統(tǒng)中免去了 安裝驅(qū)動程序的麻煩。直接帶 usb 接口的 mp3 操作起來更加方便，但此時的 mp3 外形 不夠美觀。

14、為了解決外觀不美觀的問題，mp3 采用了伸縮式 usb 接口，可以提供高速傳 輸，還可以即插即用。隨后又發(fā)展成為無線的數(shù)據(jù)傳輸方式的 mp3。如今，技術(shù)仍在不 斷地發(fā)展，mp3 技術(shù)已經(jīng)相當?shù)某墒?，甚至發(fā)展成為 mp4、mp5。但是 mp3 的技術(shù)卻仍 在廣泛被應用，mp3 播放器已經(jīng)占據(jù)廣大市場?，F(xiàn)在的 mp3 播放器具有大容量、高音質(zhì)、 小巧便攜等優(yōu)點，深受廣大消費者的青睞，廣泛被應用于汽車、手機等領(lǐng)域，已在生 活中占據(jù)重要地位。 第二章第二章 系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述 2.12.1 系統(tǒng)設(shè)計總方案選擇系統(tǒng)設(shè)計總方案選擇 系統(tǒng)初步設(shè)計圖如圖 2-1 所示 cpu 外圍電路 mcu main boa

15、rd 外部音頻存儲設(shè)備 功能按鍵操作 播放界面 圖 2-1 系統(tǒng)初步設(shè)計圖 2.22.2 系統(tǒng)可行設(shè)計方案對比選擇系統(tǒng)可行設(shè)計方案對比選擇 根據(jù)設(shè)計要求，結(jié)合實際情況和成本要求，對系統(tǒng)主要部分電路方案敘述如下。 2.2.12.2.1 mcumcu 微控制器可供選擇方案對比微控制器可供選擇方案對比 方案一：采用 atmel 公司生產(chǎn)的 at89sxx 系列單片機。如采用初學者廣泛使用的 at89s52 單片機，它內(nèi)部具有低損耗、高性能的 cmos 微處理器，片內(nèi)也具有 8k 字節(jié)的 儲存空間、4 個 8 位的并口、1 個全雙工的串行口、128 字節(jié)的 ram、2 個 16 位定時/計 數(shù)器，其尋

16、址范圍也有 64k,這些特點能滿足簡單的設(shè)計需要，但如果用這款單片機來 設(shè)計 mp3 那最好要外接一個儲存芯片，否則對數(shù)據(jù)的緩沖、處理速度跟不上，容易造 成卡機現(xiàn)象。 方案二：采用 atmel 公司生產(chǎn)的 avr 系列單片機，它相對與 at89sxx 系列單片機 在功能特點上得到更大的改進，除了在體積、集成度、可靠性，擴展性上具有優(yōu)勢， 而且其處理數(shù)據(jù)速度和功能得到了提升，是一種 risc 精簡指令集高速 8 位的單片機。 特別是 atmel32 、atmel64、atmel128 的片內(nèi)儲存空間均在 8k 以上，盡量滿足了 mp3 不卡機的條件之一。而且如今其市場價格與 89sxx 系列也相

17、差不遠，運行速度更快。 綜上所述，為了能更好地處理數(shù)據(jù)，得到流暢的播放效果，應考慮 mcu 數(shù)據(jù)處理 能力，選擇方案二中 atmel 公司的 atmega128 單片機作為微處理控制器，它遠遠能滿 足 mp3 的數(shù)據(jù)解碼速度要求。 2.2.22.2.2 mp3mp3 解碼方案對比選擇解碼方案對比選擇 方案一: 直接用軟件解碼。雖在硬件方面降低了成本，但其軟件方面比較復雜， 編程難度較高，工作量極大，而且對控制器的處理速度和資源要求也較高。 方案二：直接用音頻解碼芯片解碼。使用高性能的 vs1003 mp3 解碼芯片，功能不 僅強大而且價格也相當便宜，vs1003 支持 mp3、wav、wma、

18、midi 等諸多音頻格式，音 質(zhì)可與市場上中檔 mp3 播放器相媲美。 基于上述比較，故選擇方案二； 2.2.32.2.3 顯示模塊方案顯示模塊方案 方案一：采用 lcd1602 液晶，完成數(shù)據(jù)顯示。lcd1602 液晶驅(qū)動電路相當簡單， 它可以顯示簡單的中英文字符、圖案，并且功能和設(shè)計的成本都比較低。 方案二：采用 lcd12864 液晶,它不僅可以顯示中英文字符，也可以顯示圖案。但 其圖案分辨率很低，而且只能顯示單色字符，在價格方面也不算很便宜。 方案三：采用 tft 液晶模塊，它既可以顯示彩色數(shù)字、中英文字符和圖案，還可 以加上觸摸屏，實現(xiàn) gui 用戶圖形交互實時控制，但其模塊價格較貴

19、，并且設(shè)計要求 并不需要使用觸摸等功能。 方案四：采用諾基亞 5110 液晶模塊，它采用的是串行通信協(xié)議進行通信，傳輸速 度快，耗能低，接口信號線數(shù)量少，能顯示英文、數(shù)字還有圖案，并且市場價格最便 宜。 基于價格便宜，并且結(jié)合本系統(tǒng)設(shè)計需要，故選擇方案四。 2.32.3 系統(tǒng)設(shè)計硬件組成系統(tǒng)設(shè)計硬件組成 本系統(tǒng)是基于 atmega128 單片機所設(shè)計的 mp3 播放器，音頻文件存儲在 sd 卡上， 通過文件系統(tǒng)的讀取 sd 扇區(qū)或?qū)⒁纛l存在 u 盤等 usb 外設(shè)儲存器上，通過 ch375 驅(qū)動 芯片讀取外設(shè)儲存器，由 atmega128 單片機讀取數(shù)據(jù)并送到 vs1003b 音頻解碼模塊解

20、碼輸出，同時還可以通過按鍵來選擇實現(xiàn)歌曲切換，暫停播放和音量調(diào)整等功能。 本系統(tǒng)設(shè)計主要由以下模塊組成：單片機最小系統(tǒng)、諾基亞 5110 液晶顯示、 vs1003 音頻解碼模塊、sd 卡讀取模塊、usb 外設(shè)讀取模塊和電源模塊以及功能按鍵。 系統(tǒng)框圖如圖 2-2 所示。 5110 液晶顯示 模塊 atmega128 單片機 功能按鍵 sd 卡讀取模塊 音頻解碼模塊 u 盤讀寫模塊 電源模塊 圖 2-2 系統(tǒng)組成框圖 2.42.4 系統(tǒng)設(shè)計的功能介紹及操作說明系統(tǒng)設(shè)計的功能介紹及操作說明 本系統(tǒng)設(shè)計的特點和可實現(xiàn)的功能及具體的操作說明如下： 本系統(tǒng)的特點是：所用芯片少，設(shè)計簡單，但是功能強大，與

21、市場上的 mp3 播放 器相比，本設(shè)計不僅具有其最基本的優(yōu)點外，還在儲存容量上得到了突破。不僅能在 sd 卡上實現(xiàn)音頻數(shù)據(jù)的讀取還可以高速讀取外部的 usb 儲存設(shè)備，如 u 盤，硬盤等。 真正達到了成本低，音效好的特點。 對于功能的實現(xiàn)，本設(shè)計能實現(xiàn)對 sd 卡及 u 盤的高速讀取，同時可在諾基亞 5110 液晶上顯示歌曲進程、歌曲名及音頻頻譜。需對 sd 卡數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)及 vs1003 解 碼電路進行深入的了解。 在操作上，應用了簡單的功能按鍵，控制音樂的播放、暫停、上下曲切換、音量 調(diào)節(jié)等操作在顯示液晶上清楚可見。 第三章第三章 硬件組成及設(shè)計硬件組成及設(shè)計 硬件設(shè)計包括整個系統(tǒng)的電路圖

22、，主要由單片機最小系統(tǒng)、vs1003 解碼模塊、外 部音頻存儲模塊、諾基亞 5110 液晶顯示模塊、電源電路模塊、mp3 功能按鍵電路等組 成，本章根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)圖來對每個部分的電路進行分析和說明，重點講述 mcu 微 控制器 atmega128、sd 卡模塊電路、vs1003b 音頻解碼模塊電路、ch375 驅(qū)動外設(shè)模塊 電路、功能按鍵并且涉及到的一些芯片詳細資料。下面將整個音樂播放器的設(shè)計對各 模塊組成分別做個介紹。 3.13.1 主控系統(tǒng)模塊設(shè)計電路圖主控系統(tǒng)模塊設(shè)計電路圖 本模塊設(shè)計包含了以下部分：mcu 微機處理器、復位電路、外圍模塊接口、程序 下載口、功能按鍵等。整個電路圖設(shè)計相

23、對而言比較簡單，盡量地減少元器件，簡化 元器件布局，達到合理布局的目的。對本模塊各電路進行方案對比以及元器件價格比 較，最終電源部分選用了 ams1117 轉(zhuǎn)換電壓芯片，可將外部電壓轉(zhuǎn)換成 mcu 所需的電 壓，電路簡單，效率高。對于 mcu 的選擇，考慮到效率問題，最終也選定了 atmega128 作為主控芯片，它的外圍電路簡單，滿足本設(shè)計的需要。而顯示部分也采用了諾基亞 5110 液晶模塊，它具有既能顯示英文和特殊符號還能顯示中文，顯示界面友好，控制 簡單，工作穩(wěn)定，價格便宜，占用 io 口少等優(yōu)點，容易實現(xiàn)歌曲名的顯示和歌曲進程 的操作。本模塊設(shè)計電路圖如 3-1 所示，系統(tǒng)使用內(nèi)部 8

24、m 晶振，下載熔絲位為 e4 91 ff 不兼容 103 模式。 . pen 1 pe0 (rxd0/pdi) 2 pe1 (txd0/pdo) 3 pe2 (xck0/ain0) 4 pe3 (oc3a/ain1) 5 pe4 (oc3b/int4) 6 pe5 (oc3c/int5) 7 pe6 (t3/int6) 8 pe7 (ic3/int7) 9 pb0 (ss) 10 pb1 (sck) 11 pb2 (m osi) 12 pb3 (m iso) 13 pb4 (oc0) 14 pb5 (oc1a) 15 pb6 (oc1b) 16 pb7 (oc2/oc1c) 17 tosc2/

25、pg3 18 tosc1/1pg4 19 reset 20 vcc 21 gnd 22 xtal2 23 xtal1 24 pd0 (scl/int0) 25 pd1 (sda/int1) 26 pd2 (rxd1/int2) 27 pd3 (txd1/int3) 28 pd4 (ic1) 29 pd5 (xck1) 30 pd6 (t1) 31 pd7 (t2) 32 pg0 (wr) 33 pg1 (rd) 34 pc0 (a8) 35 pc1 (a9) 36 pc2 (a10) 37 pc3 (a11) 38 pc4 (a12) 39 pc5 (a13) 40 pc6 (a14) 41

26、pc7 (a15) 42 pg2 (ale) 43 pa7 (ad7) 44 pa6 (ad6) 45 pa5 (ad5) 46 pa4 (ad4) 47 pa3 (ad3) 48 pa2 (ad2) 49 pa1 (ad1) 50 pa0 (ad0) 51 vcc 52 gnd 53 pf7 (adc7/tdi) 54 pf6 (adc6/tdo) 55 pf5 (adc5/tm s) 56 pf4 (adc4/tck) 57 pf3 (adc3) 58 pf2 (adc2) 59 pf1 (adc1) 60 pf0 (adc0) 61 aref 62 gnd 63 avcc 64 u3 a

27、tmega128-16ai 12 34 56 78 910 jp1 sck txd0 isp下載 +5v +5v sckm osi d/c#cs# rst#leden gnd 12 34 56 78 910 1112 1314 1516 1718 1920 2122 2324 2526 2728 2930 3132 p1 12 34 56 78 910 1112 1314 1516 1718 1920 2122 2324 2526 2728 2930 3132 p2 12 34 56 78 910 1112 1314 1516 1718 1920 2122 2324 2526 2728 293

28、0 3132 p4 12 34 56 78 910 1112 1314 1516 1718 1920 2122 2324 2526 2728 2930 3132 p5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

29、15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 3v3 10uh l1 104 c13 104 c12 gnd gnd k1 k2 k3 k4 k5 r9 10k +5v r10 10k r11 10k r12 10k r13 10k s3 sw-pb s4 sw-pb s5 sw-pb s6 sw-pb s7 sw-pb 10k r8 res2

30、 104 c14 cap s2 sw-pb 3v3 gnd nrest nrest gnd 1 2 3 4 5 6 7 8 9 vs1 vs1003下下下下 +5v gnd xreset m iso m osi sck dreq xcs xdcs 12 y1 12mc15 22 c16 22 gnd k1 sck m osi m iso sd_cs rst# ch375int# dreq k2 k3 k4 k5 ch375rd# ch375wr# ch375cs# d0 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 ch375rsti ch375a0 xcs xdcs xreset leden a

31、 v r 128下下i/o 下 a vr128下下下下 isp下下下 a v r128下下下下 gnd nrest txd0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 5110下下 d/c# cs# cd/dat3 1 cm d 2 vss1 3 vdd 4 clk 5 vss2 6 data0 7 data1 8 wp 10 data2 9 11 12 *1 sd 10k r2 10k r3 10k r4 10k r5 3v3 gnd sd_cs m osi gnd sck gnd m iso dat dat int# 1 rst 2 wr# 3 rd# 4 txd 5 rxd 6 nc

32、 7 a0 8 v3 9 ud+ 10 ud- 11 gnd 12 xi 13 xo 14 d0 15 d1 16 d2 17 d3 18 d4 19 d5 20 d6 21 d7 22 gnd 23 act# 24 rst 25 rst# 26 cs# 27 vcc 28 *2 ch375a usb vcc 1 data- 2 data+ 3 gnd 4 *3 usb x1 12m c10 22pf c11 22pf ch375int# ch375rsti ch375wr# ch375rd# ch375a0 d0 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d2 usb-led r6 1k c

33、h375cs# c7 0.47u 3v3 3v3 3v3 1 2 3 p3 p/s_txd gnd c9 0.01uf gnd gnd ud+ ud- c8 104 100uf c4 104 c5 12 d1 led gnd 1 in 3 out 2 u2 cyt117 104 c1 3v3+5v 4k7 r1 1 2 3 j1 下下下下 gnd 100uf c6 +5v gnd ud+ ud- 100uf c2 104 c3 gnd 1 in 3 out 2 u1 cyt117 gnd pdi pdi 3.3 r7 a 6 b 5 c 4 a 1 b 2 c 3 s1 下下下下 1 2 p1

34、6 header 2 9 u下下下 下下下下下下 sd下下下 下下下下 圖 3-1 主控系統(tǒng)模塊設(shè)計電路圖 以下將介紹本模塊的主要電路及芯片。 3.1.13.1.1 供電電源電路供電電源電路 本電路是直接利用外部電源適配器進行接電，這樣得到的電流和電壓都比較穩(wěn)定， 然后利用 asm1117 線性穩(wěn)壓芯片，將電源電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的，少紋波的 5v、3.3v 電壓， 為了能控制整個電路的電源供電，在適當處添加了一個六角開關(guān)，目的是截取適配器 供電。當然本電路供電方式不唯一，在沒有電源適配器的條件下也可以使用下載器供 電，簡單又實用。供電電源電路如圖 3-2 所示 100uf c4 104 c5 12

35、 d1 led gnd 1 in 3 out 2 u2 cyt117-3.3v 104 c1 3v3+5v 4k7 r1 1 2 3 j1 下下下下 gnd 100uf c6 100uf c2 104 c3 gnd 1 in 3 out 2 u1 cyt117-5v gnd a 6 b 5 c 4 a 1 b 2 c 3 s1 下下下下 圖 3-2 供電電源電路 3.1.23.1.2 mcumcu 微控制器微控制器 atmega128 的引腳圖如 3-3 圖所示。它為 64 腳的貼片式芯片，本設(shè)計利用它為核 心控制元件，只有它能正常工作后才能使其他的元件進入正常工作狀態(tài)。因此，下面 對該芯片進

36、行必要的說明。 圖 3-3 圖 atmega128 的引腳 atmega128 芯片是一種高性能、低功耗 8 位的 avr 微處理器，片內(nèi)具有 128k 字節(jié) 的系統(tǒng)可編程 flash，可解決卡機問題，能及時處理傳送的數(shù)據(jù)。具有 4k 字節(jié)的 eeprom，可以對一些操作數(shù)據(jù)進行存儲，方便斷電重啟后，能對上一次的數(shù)據(jù)進行再 現(xiàn)。具有獨立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器，可解決一些程序跑飛的情況。有 53 個可編程 i/o 口，可方便外掛其他器件,具有可工作于從機/主機模式的 spi 串行接口。 本設(shè)計主要用到 spi 模式，需對 spi 管腳及其寄存器加以重視。串行外設(shè)接口 spi 允許 atm

37、ega128 和外設(shè)之間進行高速的同步數(shù)據(jù)傳輸，接口管腳為 pb1(sck)、 pb2(mosi)、pb3(miso)。spi 串口方式特點有:全雙工，3 線同步數(shù)據(jù)傳輸;主機或從機 操作 lsb 首先發(fā)送或 msb 首先發(fā)送;具有傳輸結(jié)束中斷寫碰撞標志檢測;可以從閑置模 式喚醒;可作為主機時具有雙速模式（ck/2） 。 以上是本設(shè)計需要重視的主芯片特點。 3.1.33.1.3 功能按鍵電路功能按鍵電路 功能按鍵電路在系統(tǒng)中起到手動切換播放模式及聲音大小的調(diào)整?？紤]到本設(shè)計 中需要的按鍵操作并不多，單片機的 i/o 口完全可以滿足，所以選擇了獨立式鍵盤設(shè) 計，如圖 3-4 所示 ，按鍵以低電平

38、有效。在硬件方面注意手動消抖，在軟件方面，也 應考慮按鍵消抖情況。 如圖 3-4 所示，共有五個按鍵，分別實現(xiàn)歌曲的播放、暫停、上下曲切換、聲音 加減功能。 k1 k2 k3 k4 k5 r9 10k +5v r10 10k r11 10k r12 10k r13 10k s3 sw-pb s4 sw-pb s5 sw-pb s6 sw-pb s7 sw-pb gnd 圖 3-4 功能按鍵 3.23.2 vs1003vs1003 音頻解碼模塊音頻解碼模塊 vs1003b 是芬蘭 vlsi 公司生產(chǎn)一種 vsxx 系列的芯片，是一種單芯片 mp3/wma 音 頻解碼器。它擁有一個高性能，低功耗

39、dsp 處理器核 vs_dsp4,5kb 的指令 ram 和 0.5kb 的數(shù)據(jù) ram。串行控制和數(shù)據(jù)接口，4 個常規(guī)的 i/o 口，一個 uart，一個高品 質(zhì)可變采樣率的 adc 和立體聲 dac、一個耳機放大器和地線緩沖器。vs1003b 解碼模塊 對單片機從 sd 卡或者 u 盤中讀取的數(shù)據(jù)流進行解析，并轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出，同時能 實現(xiàn)高低音控制和立體聲數(shù)模轉(zhuǎn)換，可直接驅(qū)動耳機。本設(shè)計需將系統(tǒng) 5v 電源通過 asm1117-3.3、asm1117-2.5 轉(zhuǎn)化成 vs1003 所需的 3.3v、2.5v 電壓，并通過 3.3uh 的 電感進行數(shù)字電壓、模擬電壓、以及 io 口電壓進

40、行區(qū)分，單獨供電，降低對解碼信號 的影響。 vs1003b 封裝圖如 3-5 所示。 圖 3-5 vs1003 封裝圖 該芯片的主要管腳介紹: 1 腳 micp:同向差分話筒輸入;2 腳 micn：同向差分話筒 輸出;3 腳 xreset:復位;8 腳 dreq：數(shù)據(jù)請求;13 腳 xdcs:命令片選; 23 腳 xcs：命令 片選;28 腳 sclk：串行時鐘; 29 腳 si:串行輸入;30 腳 so：串行輸出;42 腳 gbuf:公共 地緩沖器;44 腳 rcap：基準濾波電容。 3.2.13.2.1 vs1003vs1003 解碼模塊電路圖解碼模塊電路圖 圖 3-6 vs1003 解碼

41、模塊電路圖 3.33.3 sdsd 卡模塊電路及非正常播放的的解決辦法卡模塊電路及非正常播放的的解決辦法 對于本模塊電路設(shè)計，首要應該考慮電源電壓和電流的要求，防止電壓電流超過 sd 卡承受范圍，進行燒卡，系統(tǒng)中供電電壓一般為 3.3v。驅(qū)動 sd 卡的模式分為 sd 總 線模式和 spi 總線模式。采用四根數(shù)據(jù)線并行傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸速率高的模式為 sd 卡總線模式，這種總線的傳輸協(xié)議并不簡單，而且很多單片機都沒有提供這樣的總線 接口，而且若用軟件來模擬 sd 卡總線卻又相當?shù)姆爆?，并且還會降低 sd 卡的數(shù)據(jù)傳 輸速率；如果用 spi 總線模式去驅(qū)動 sd 卡，那么就只需用到一根數(shù)據(jù)傳輸線

42、，此時數(shù) 據(jù)傳輸速率雖較低，可在很多單片機上都具有 spi 總線接口，若用軟件來模擬也十分 的容易，其總線模式的傳輸協(xié)議十分簡單，易于實現(xiàn)。因此，本模塊設(shè)計根據(jù)協(xié)議的 簡單性和實際需要則采用了 spi 總線模式。 spi 總線模式的數(shù)據(jù)傳輸則以字節(jié)為單位進行，每個字節(jié)則為 8 位，每個命令或 者數(shù)據(jù)模塊都需以字節(jié)來對齊。單片機對 sd 卡的讀操作主要由主機控制，主機必須先 拉低 sd 卡的片選信號 cs，選中 sd 卡器件，然后再由主機向 sd 卡發(fā)送各種命令，sd 卡對主機發(fā)送的任何命令進行響應，根據(jù)命令的不同執(zhí)行不同的響應格式；在執(zhí)行寫 操作時，sd 卡還要對主機發(fā)送的每個數(shù)據(jù)模塊進行響應

43、。通過執(zhí)行命令和作出相對應 的命令響應，完成單片機對 sd 卡的讀寫操作。 3.3.13.3.1 調(diào)試中一些調(diào)試中一些 sdsd 卡不能正常播放的解決辦法卡不能正常播放的解決辦法 如果在軟件方面只編寫了 fat16 文件系統(tǒng)，則不支持大于 2g 的盤，由此帶來了兩 個問題。 若大于 2g 的盤，格式化的時候只能選擇 fat32，fat16 的盤是不能正常播放的。 若小于 2g 的盤，請先使用軟件 usboot 把 sd 卡工作模式更改為 fdd 模式，更改后即可 正常播放。 3.3.23.3.2 sdsd 卡讀寫模塊圖（如圖卡讀寫模塊圖（如圖 3-73-7 所示）所示） cd/dat3 1 c

44、md 2 vss1 3 vdd 4 clk 5 vss2 6 data0 7 data1 8 wp 10 data2 9 11 12 *1 sd 10k r2 10k r3 10k r4 10k r5 3v3gnd sd_cs mosi gnd sck gnd miso dat dat 1 2 p16 sd下下下下下 9 圖：3-7 sd 卡讀寫模塊圖 3.43.4 u u 盤通信讀寫模塊盤通信讀寫模塊 本模塊設(shè)計是利用 ch375 芯片對外部的 u 盤內(nèi)數(shù)據(jù)進行驅(qū)動讀取。ch375 是一個 usb 總線的通用接口芯片，支持 usb-host 主機方式和 usb-device/slave 設(shè)備

45、方式4。 ch375 是一個 28 腳的貼片式芯片，它具有串并行通信方式，可以通過讀控制線、寫控 制線、片選控制線、中斷輸出線及 8 位數(shù)據(jù)總線，可非常方便地與單片機等控制器總 線相連，實現(xiàn)并行傳輸。當然還可以選擇串行通信，通過串行輸入線、輸出線和中斷 輸出線與單片機等實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。ch375 本身還內(nèi)置了大量專用通信協(xié)議的固件，外部 單片機可以直接通過調(diào)用其固件實現(xiàn)對常用的 usb 儲存設(shè)備以扇區(qū)為單位的讀寫操作。 在本設(shè)計過程中用 asm1117-3.3 芯片降壓到所需的 3.3v 電壓，并且還在并行串行的方 式上預留了接口，即通過此接口可以選擇串行和并行接口方式。(注意：ch375 運用

46、的 是 12m 晶振，22pf 瓷片電容組成的振蕩電路) 3.4.13.4.1 u u 盤通信電路圖（如圖盤通信電路圖（如圖 3-83-8 所示）所示） int# 1 rst 2 wr# 3 rd# 4 txd 5 rxd 6 nc 7 a0 8 v3 9 ud+ 10 ud- 11 gnd 12 xi 13 xo 14 d0 15 d1 16 d2 17 d3 18 d4 19 d5 20 d6 21 d7 22 gnd 23 act# 24 rst 25 rst# 26 cs# 27 vcc 28 *2 ch375a usb vcc 1 data- 2 data+ 3 gnd 4 *3 u

47、sb x1 12m c10 22pf c11 22pf ch375int# ch375rsti ch375wr# ch375rd# ch375a0 d0 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d2 usb-led r6 1k ch375cs# c7 0.47u 3v3 3v3 3v3 1 2 3 p3 p/s_txd gnd c9 0.01uf gnd gnd ud+ ud- c8 104 +5v gnd ud+ ud- 3.3 r7 圖：3-8 u 盤讀寫模塊圖 3.4.23.4.2 u u 盤工作原理盤工作原理 當 ch375 工作方式在主機方式時，單片機通過 rd、wr、片選 cs、

48、中斷 int#和地 線 a0 進行控制，實現(xiàn)與 ch375 通訊。當有 u 盤插入時 ch375 產(chǎn)生中斷來告訴單片機, 單片機每次得到 ch375 的中斷后,都要用“獲取狀態(tài)碼”來取消這個中斷，讓 int#恢復 到高電平，為下次中斷做準備。要是 u 盤連接錯誤，那么就會返回狀態(tài)碼，若獲取狀 態(tài)碼 get_status，那么表示 u 盤已經(jīng)連接成功。接下來就是磁盤的初始化 disk_init, 同樣也是等待中斷，獲取狀態(tài)碼，若獲取 usb_int_succe，則成功，否則返回狀態(tài)碼， 此時初始化 u 盤成功，返回標志 0。 當 cs、rd 和 a0 都為低電平時 ch375 的數(shù)據(jù)可以通過 d

49、0d7 輸出；當 cs、wr 和 a0 都為低電平時，d0d7 上的數(shù)據(jù)被寫入 ch375 芯片中；當 cs 和 wr 都為低電平，a0 為高電平時，d0d7 中的數(shù)據(jù)可以作為命令碼寫入 ch375 中，這樣就實現(xiàn)了 ch375 對 u 盤的讀寫5。其過程為：在 ch375 對 u 盤進行讀寫扇區(qū)時，首先送入磁盤讀取命令 dist_read,然后送入 32 位的扇區(qū)地址，從低字節(jié)開始送入，接著送入要讀取的扇區(qū)數(shù)， 當我們只讀取一個扇區(qū)時，我們就只送一個入一個 1，往下是等待中斷讀取狀態(tài)，送入 讀數(shù)據(jù)命令再讀數(shù)據(jù)（注：數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)是后面數(shù)據(jù)的長度，緊接著的才是真正 的數(shù)據(jù)） ，寫入繼續(xù)讀數(shù)據(jù)

50、命令，等待中斷獲取狀態(tài) usb_int_success,最后讀取扇區(qū)成 功。補充：ch375 的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)僅為 64 個字節(jié)，讀取一個扇區(qū)（512 字節(jié)）要讀 8 次， 每讀完一次要從 ch375 中送入繼續(xù)讀取的命令，等待 ch375 的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)更新為下面 的 64 個字節(jié)后，再次等待中斷，讀取狀態(tài)。寫入 8 次以后，512 個字節(jié)被寫入到了 ch375 中，最后一次繼續(xù)寫命令 disk_wr_go,獲得的狀態(tài)碼不再是 usb_int_disk_write。 3.4.33.4.3 u u 盤模塊部分容易造成影響的一些問題盤模塊部分容易造成影響的一些問題 在 pcb 設(shè)計中，應注意一些細節(jié)以

51、防對設(shè)計造成不必要的影響。例如注意振蕩電 路晶體的外殼接地，這樣可以降低電磁輻射，減少外來干擾，并且振蕩電路的電容應 盡量靠近 ch375，pcb 的走線應該盡量短，最好可以在周邊環(huán)繞接地或者敷銅。對于 usb 數(shù)據(jù)線 d+和 d-的 pcb 應該平行布線，長度保持差不多6。 3.53.5 諾基亞諾基亞 51105110 液晶模塊液晶模塊 本設(shè)計采用諾基亞 5110 液晶顯示，它不僅兼容了諾基亞 3310 液晶，而且在操作 上也非常的簡單。它原本就是一個 lcd 點陣屏，可以顯示 4 行漢字，與主機通過串口 模式相接。當然可以用主機的 spi 模式，也可以簡單地模擬 spi 模式，這對于很多單

52、 片機來說都是可以做到的。它的傳輸速率是 1602 液晶的四倍，在價格上也比較便宜， 來源也很多。對本設(shè)計的需求已經(jīng)遠遠可以滿足。 設(shè)計中模塊接口如圖 3-9 所示。 +5v sckmosi d/c#cs# rst#leden gnd 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 5110 圖 3-9 諾基亞 5110 液晶接口圖 第四章第四章 軟件設(shè)計軟件設(shè)計 4.14.1 開發(fā)工具介紹開發(fā)工具介紹 本設(shè)計除了硬件方面的重要性，同時也應該注重軟件。一個單片機的使用不僅僅 只有硬件，同時也應該有軟件的支持，硬軟結(jié)合才能發(fā)揮其更加強大的作用，在寫匯 編程序 cpu 可執(zhí)行的機器碼可分為手工匯編和

53、機器匯編這兩種方法。利用匯編軟件變 為機器碼的方式是機器匯編，在單片機的匯編軟件歷史上出現(xiàn)較早的有 a51，但隨著技 術(shù)的發(fā)展，單片機開發(fā)技術(shù)也越來越成熟，匯編方式也從匯編語言變成了高級語言， icc avr 這款 avr 系列單片機軟件已經(jīng)成為了目前最流行的開發(fā)軟件。imagecraft 的 icc avr 是一個應用到了 ansi 標準的 c 語言來開發(fā)微控制器（mcu）程序的工具。 iccavr 是一個綜合了編輯器和工程構(gòu)建同體的軟件。在 iccavr 編輯器的狀態(tài)窗 口中可以很清楚地把編譯出現(xiàn)的錯誤顯示出來，當用鼠標單擊編譯出現(xiàn)的錯誤時，光 標就會自動跳轉(zhuǎn)到編輯窗口中引起錯誤的那一行，

54、這樣就省去了煩雜的查錯工作7。 在編譯程序通過時，還可以直接產(chǎn)生被大多數(shù)編程器所支持 intel.hex 格式文件，用 于下載程序到芯片中。對于 iccavr 軟件，在編寫程序的時候要注意各個中斷函數(shù)的書 寫，還要注意管腳的使用，對包含的頭文件也應該具有一定的了解。 4.24.2 主程序流程圖主程序流程圖 主程序主要完成系統(tǒng)的初始化、對 sd 卡或者 u 盤數(shù)據(jù)的識別和讀取，音頻的解碼， 還有液晶的顯示、按鍵的操作等，其主程序流程圖如圖 4-1 所示。 開始 y n y 各模塊初始化 讀 u/sd 卡主引導 解析文件系統(tǒng) 從 u/sd 卡讀取文件 名 調(diào)用 unicode 字 庫并顯示 解析文

55、件名 計算 mp3 數(shù)據(jù)流首簇 地址 讀取 1 扇區(qū)的 mp3 數(shù) 據(jù)流 mp3 數(shù)據(jù)流寫入 vs1003 芯片 讀完 1 簇？ 計算下一簇 地址 文件是否結(jié)束 結(jié)束 圖 4-1 主程序流程圖 各模塊初始化后，單片機識別 u/sd 卡，再根據(jù) u/sd 卡的主引導，通過 fat 文件 系統(tǒng)解析文件名，并調(diào)用 unicode 字庫把文件名顯示在諾基亞 5110 液晶上，然后單片 機計算簇所在的地址，把讀到的文件數(shù)據(jù)流送入到 vs1003 中進行解碼，當讀完一簇后， 則計算下一次地址，如此便實現(xiàn)文件的鏈接。 4.34.3 sdsd 卡的讀流程圖卡的讀流程圖 開始 端口初始化 設(shè)置 spi 為低速模

56、式 cs 置為低電平 sd 卡復位，cmd0 cmd1，初始化 spi 高速模式 發(fā)送 cmd8，保留 rec=0 x01? 結(jié)束 cmd58，讀 ocr 寄存 器 至少延時 74 個時鐘周期 cmd59，關(guān) crc cmd16，設(shè)置扇區(qū) 大小 y n 圖 4-2 sd 讀流程圖 sd 卡讀流程中，設(shè)置 spi 低速模式，把 cs 設(shè)為低電平，即選擇 sd 操作，然后發(fā) 送至少 74 個時鐘周期，發(fā)送 cmd0 指令，讓 sd 卡復位，然后延時稍許，如果檢測到 0x01 則發(fā)送 cmd1 初始化成功，否則不成功，在初始化成功后再發(fā)送 8 個脈沖，讀取 ocr 寄存器把時鐘送入 spi 高速，再

57、關(guān)掉校驗，再發(fā)送 cmd16 就可以讀取扇區(qū)的大小。 4.44.4 sdsd 卡文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析卡文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析 sd 卡內(nèi)的數(shù)據(jù)要在操作系統(tǒng)下被識別，則需要在 sd 卡上創(chuàng)建操作系統(tǒng)所能識別 的 fat16/fat32 文件系統(tǒng)。fat16/fat32 文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大致可分為分區(qū)引導記錄、文 件分配表、文件目錄表和數(shù)據(jù)區(qū) 4 大部分8。 在分區(qū)引導記錄中又可分為 bios 參數(shù)記錄塊 bpb（bips parameter block） 、磁 盤標志記錄表、分區(qū)引導記錄代碼區(qū)和結(jié)束標志 55aa 這四塊內(nèi)容。而在 bpb 表中其起 始點是在扇區(qū)字節(jié)位移 0bh 處，這段總共占了 25

58、字節(jié)。緊跟在分區(qū)引導記錄后的是 fat（文件分配表）區(qū)，在一些文件系統(tǒng)中存在這樣兩份完全相同的文件分配表 fat1 和 fat2，如 fat16/fat32 文件系統(tǒng)就具有這樣相同的兩個文件分配表，并且每一份 fat 表所占用空間的大小都可從 bpb 表中查詢得到。簇是一種文件存儲在磁盤上的最小 單位，為了防止一個文件的數(shù)據(jù)并不能完整放在磁盤的一個連續(xù)區(qū)域內(nèi)的情況發(fā)生， 因此一般將磁盤分為若干簇。在文件的鏈式存儲中通過 fat 表記錄文件存儲中簇與簇 之間的連接信息，這樣就可以快速地查找文件儲存的地址。在 fat16 文件系統(tǒng)中 1 個 簇就占有 2 個字節(jié)，f8fh 就是它的起始字節(jié)，fff

59、fh 則是它的終止字節(jié)，如果是顯示 0000 則意味著這區(qū)未被使用，通過這些明顯的標志，則可以快速了解儲存區(qū)的活動情 況。隨在 fat 表后的就是文件目錄表 fdt，它在大小上固定占了 32 個扇區(qū)，但一個扇 區(qū)又可容納 16 個登記項，一個登記項又具有 32 字節(jié)的長度，具有如此的特征，使其 在存儲文件目錄上更具有條理性。接著就是占了磁盤空間大部分的數(shù)據(jù)區(qū) data，它主 要用來存放文件數(shù)據(jù)。 4.54.5 sdsd 卡文件系統(tǒng)的實現(xiàn)卡文件系統(tǒng)的實現(xiàn) 要實現(xiàn)對文件的管理，那么單片機通過對 sd 卡的讀寫中就可按照 fat16/fat32 文 件系統(tǒng)的格式對 sd 卡上的數(shù)據(jù)進行操作，這樣便可

60、以在 sd 卡上實現(xiàn)文件的創(chuàng)建、文 件的讀寫和文件的刪除等操作。 4.5.14.5.1 在在 sdsd 卡上創(chuàng)建文件卡上創(chuàng)建文件( (或目錄或目錄) ) 在文件目錄表 fdt 中申請登記項的過程為 sd 卡上創(chuàng)建文件(或目錄)的過程,而在 登記項中則包括有文件名、文件長度和起始簇號等信息。文件名的大小一般占用 8 個 字節(jié)，而長的文件名則需要用數(shù)組來存放。在需要知道文件的狀態(tài)時，則可根據(jù)文件 名的首字節(jié)來判斷該文件的狀態(tài)，若出現(xiàn) 00h 則表示該目錄項未被使用，若出現(xiàn) e5h 則表示該文件(或目錄)已被刪除。但在創(chuàng)建目錄時，應將屬性值設(shè)置為 10h(表示子目 錄)，文件長度為 09。 4.5.