基于51單片機(jī)(ch375)的MP3播放器

1、基于 51 單片機(jī)的 MP3 音樂(lè)播放器設(shè)計(jì)1 1 系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介本設(shè)計(jì)主要完成 U 盤的識(shí)別和數(shù)據(jù)的讀取，并將 U 盤中讀取的 MP3 文件 解碼播放出流暢的音樂(lè)，完成 MP3 播放器的存儲(chǔ)與解碼的分離。系統(tǒng)功能主 要包括讀取 U 盤數(shù)據(jù)和 MP3 解碼播放 2 部分。實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能需要 USB 接口 芯 片、MP3解碼芯片、主控制器和其他外圍電路?？悸噪y易程度和實(shí)際實(shí)現(xiàn)程度，這里的 MP3 只提供從 u 盤的根目錄讀取 MP3 格式的文件（不包括 wma ，wmv ，midi 格式），而且 u 盤的文件格式必須為 F AT32 。再者，考略到單片機(jī)的運(yùn)行速度較慢，如果文件的采樣頻率額過(guò)高，可

2、能會(huì)造成播放斷斷續(xù)續(xù)，因此讀取的 MP3 文件的采樣頻率事先轉(zhuǎn)化為頻率 64k ps ，這樣可以獲得較好的音質(zhì)。2. 主要芯片的選取2.1單片機(jī)的選取由于解碼和播放有很高的速度要求，且需要單片機(jī)有較大的 ROM和RAM，這 里我們選取了 STC12C5A60S2 。 STC12C5A60S2 是新一代 51 單片機(jī)， 是傳統(tǒng) 51 單片機(jī)的升級(jí)換代產(chǎn)品，可實(shí)現(xiàn)“ 1 個(gè)時(shí)鐘/機(jī)器周期”，在同等晶振下運(yùn)行 速度可以達(dá)到傳統(tǒng)單片機(jī)的 12 倍。在這里，我們采用 22.1184M.2.2USB 總線接口芯片的選取通過(guò)比較部分參數(shù)， 我們選擇南京沁恒電子生產(chǎn)的一款 USB 通用接口芯片 CH375 。

3、 CH375 是一個(gè) USB 總線的通用接口芯片， CH375 芯片支持 HOST 主 機(jī)方式和DEVICE設(shè)備方式，在本地端，CH375具有8位數(shù)據(jù)總線和讀、寫、 片選控制線以及終端輸出， 可以方便地掛接到單片機(jī)等控制器的系統(tǒng)總線上。 最 重要的是， 該芯片內(nèi)置固件處理海量存儲(chǔ)設(shè)備的專用通訊協(xié)議， 可以使我們的編 程難度大大減小。內(nèi)部集成了 PLL 倍頻器、主從 USB 接口、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、被動(dòng) 并行接口、異步串行接口、命令解釋器、控制傳輸?shù)膮f(xié)議 處理器、通用的固件程2.3音頻解碼芯片的選取音頻解碼芯片選擇芬蘭 VLSI公司生產(chǎn)的VSI003 VSI003具有MP3/wMA /MIDI解碼和A

4、DPCM編碼功能，他內(nèi)部包含一個(gè)高性能、低功耗的DSP處理 核（VSD 一 SP），為用戶應(yīng)用提供5KB的指令RAM和0.5kb的數(shù)據(jù)RAM。串行 的控制和數(shù)據(jù)接口，4個(gè)常規(guī)用途的I/O 口，一個(gè)UART，也有一個(gè)高品質(zhì)柯便 采樣率的ADC和立體聲DAC，還有一二耳機(jī)放大器和地線緩沖器。3. 模塊實(shí)物圖在實(shí)際作品中，由于USB總線接口芯片CH375和音頻解碼芯片VS1003都是 貼片元件，考略到焊接難易程度、開版的繁瑣程序和設(shè)備的缺乏，所以均采用現(xiàn) 成的模塊，即CH375模塊和VS1003模塊。CH375模塊VS1003模塊4. 原理圖F面的電路圖我們不給出模塊的內(nèi)部原理圖，只引出所需要的引腳

5、: RPtC1C222. U64N%、1,vsl003*1S*ND SCK1930PF. :a:VCC5D132WK .10 11 12 H1415 伯17JlE2627Mch375ftD5DCD7ACCINTURRD引腳說(shuō)明:（1）MP3模塊（5V供電）VS_SO P16VS_XDCS P05VS_SCK P17V S_XRSTP10（2）Ch375模塊（5V供電）D7-D0POCS P21 AO P20GND 電源地VS_SI P15VS_DREQ P11VS_XCS P06GND 電源地RD P37 WR P36 INT P32備注：由于 proteus 沒有 STC12C5A60S2

6、，所以用 89c52 單片機(jī)替代，個(gè)別引 腳有略微區(qū)別，到時(shí)以實(shí)際的為準(zhǔn)5. 連接與控制51 USB 接口芯片 CH375 與 MCU 的連接與控制CH375 可以方便地掛接到 MCU 系統(tǒng)總線上， MCU 通過(guò) CH375 按照相應(yīng) 的 USB 協(xié)議可以很方便地與其他 USB 設(shè)備進(jìn)行通信。本設(shè)計(jì)中 CH375 工作在 USBHOST模式下，將8位并行數(shù)據(jù)線 DOD7與STC12C5A60S2 的P0 口相 連實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與命令的并行傳輸，RD , WR和CS分別為讀選通、寫選通和片選，低電平有效； INT 中斷請(qǐng)求為低電平有效；地址輸入線 AO 為高電平時(shí)選擇命令 端口，可以向 CH375 寫

7、人命令；當(dāng) AO 引腳為低電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)端口，可以向 CH375 讀寫數(shù)據(jù)。當(dāng)CH375工作在主機(jī)方式時(shí) MCU通過(guò)RD，WR，片選CS、中斷INT和地址 線AO的綜合控制，完成與CF1375的通訊，通過(guò)USB接口實(shí)現(xiàn)從U盤讀寫數(shù) 據(jù)的功能。INT引腳和MCU的外部中斷輸入引腳相連，當(dāng)有 U盤插入時(shí)1NT 變?yōu)榈碗娖接|發(fā)外部中斷，當(dāng) CS， RD 和 AO 都為低電平時(shí)， CH375 中的數(shù)據(jù) 可以通過(guò)D7DO輸出；當(dāng)CS，wR和AO都為低電平時(shí)，D7DO上的數(shù)據(jù) 被寫入CH375芯片中；當(dāng)CS和wR都為低電平AO為高電平時(shí)，D7 一 DO中 的數(shù)據(jù)可作為命令碼寫入 CH375 芯片中。52

8、MP3 解碼芯片與 MCU 的連接與控制VSl003 通過(guò)同步串行總線 SPI 與 STC12C5A60S2 進(jìn)行命令和數(shù)據(jù)的傳 輸。由于 STC12C5A60S2 內(nèi)部集成有 SPI 總線模塊，只要正確寫 SPI 相關(guān)寄 存器就能輕松控制 SPL 這種硬件 SPI 總線減小了軟件設(shè)計(jì)的困難。 VSl003 的 SPI 接口具有 2 種工作模式：新模式和兼容模式。設(shè)置寄存器 SM_SDI 。 NEW 為1使VSI003處于新模式，此時(shí)設(shè)置SMSDISFIARED為O ,控制信號(hào)和數(shù)據(jù) 信號(hào)的傳送將分別采用 xCS 和 xDCS 作為同步信號(hào)。系統(tǒng)啟動(dòng)后，由 MCU 控制將存儲(chǔ)于 U 盤中歌曲的

9、碼流信息送入到 VSI003 芯片中，通過(guò) VSI003 芯片解碼以及其內(nèi)含的高質(zhì)量的立體聲 DAC 和耳機(jī)驅(qū)動(dòng) 電路，實(shí)現(xiàn) MP3 歌曲的播放功能。6. 軟件編程61 U 盤文件管理系統(tǒng)U 盤采用的文件系統(tǒng)一般都為 FAT 文件系統(tǒng)他將存儲(chǔ)空間分為 5 部分：主 引導(dǎo)扇區(qū)(MBR)、DOS引導(dǎo)區(qū)(DBR)、文件分配表(FAT)、文件目錄表(FDT)和 數(shù)據(jù)。 Ctt375 提供了 U 盤文件級(jí)子程序庫(kù)，單片機(jī)可以直接調(diào)用子程序讀寫 U 盤中的文件數(shù)據(jù)。在這里，為了降低難度，我們這里只對(duì) FAT32 系統(tǒng)格式的 U 盤進(jìn)行讀取。 因此，我們?cè)跁?huì)事先將 U 盤格式化為 FAT32 格式。讀取時(shí)，

10、如果不是 FAT32 會(huì)以響聲予以提示。62 讀取 U 盤數(shù)據(jù)應(yīng)用中的單片機(jī)讀寫 U 盤的程序可分成 2 大部分：應(yīng)用程序和固件程序。 應(yīng)用程序完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理任務(wù)、 外圍控制等功能； 固件程序處理底層的 USB 通訊協(xié)議、文件系統(tǒng)，數(shù)據(jù)在 USB 總線上的可靠傳輸和在 U 盤上的存取操作。 CH375 內(nèi)置了處理海量存儲(chǔ)設(shè)備的專用通信協(xié)議的固件，所以嵌入式系統(tǒng)的單 片機(jī)可以通過(guò) CH375 將 U 盤作為可移動(dòng)的大容量存儲(chǔ)器。 數(shù)據(jù)讀寫只需要幾條 指令，而不需要詳細(xì)了解 USB 通信協(xié)議。U盤文件的讀寫方式采取扇區(qū)模式以扇區(qū)(每個(gè)扇區(qū)通常是512字節(jié))為基 本單位進(jìn)行讀寫操作，從而將 US

11、B 存儲(chǔ)設(shè)備簡(jiǎn)化為一種外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，單片 機(jī)可以自由讀寫 USB 存儲(chǔ)設(shè)備中的數(shù)據(jù)，也可以自由定義其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。本文中 單片機(jī)與 U 盤的通訊采用查詢中斷響應(yīng)的方式進(jìn)行CH375 提供了已封裝好的庫(kù)函數(shù) CH375HF6 LIB ，包含大量宏定義方便了 編程。下面列舉一些CH375關(guān)鍵操作函數(shù)：CH375的初始化函數(shù)CH375Liblnit()； 查詢 U 盤是否準(zhǔn)備就緒函數(shù) CH375DiskReady() ；查詢磁盤信息函數(shù) CH375DiskQuery() ；打開指定名稱的文件或者目錄 CH375FileOpen() ； CH375FileCreate() 為新建文件并打開，如果文件已經(jīng)

12、存在則先刪除后再新建； CH375FileClose() 為關(guān)閉當(dāng)前文件； CH375FileReadX() 以扇區(qū)為單位從當(dāng)前文 件讀取數(shù)據(jù)， CH375FileWriteX() 以扇區(qū)為單位向當(dāng)前文件寫入數(shù)據(jù)。ft .Mr *r “ gIIEl U盒踐農(nóng)軟忡就理田6. 3 VSI003控制協(xié)議VSI003通過(guò)一個(gè)工作于從模式的SPI串行總線與主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)和控制信 息的交流，控制信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)的傳送分別采用 xCS和xDCS作為同步信號(hào)。 數(shù)據(jù)信號(hào)xDCS為低時(shí)通過(guò)串行接口傳送音頻數(shù)據(jù)，當(dāng)控制信號(hào)xCS為低時(shí)通過(guò)串行接口傳送控制命令，控制命令總是為16位，通過(guò)讀/寫不同的寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)VSI

13、003的控制。作為從機(jī)工作模式，VSI003通過(guò)一個(gè)信號(hào)線DREQ指 示是否允許主機(jī)傳送數(shù)據(jù)，當(dāng)DREQ為高時(shí)，VSI003至少可以接受32 kB的數(shù) 據(jù)或者控制命令。下面介紹新模式下且SM-SDISHARE設(shè)置為0時(shí)VSI003通信協(xié)議的實(shí) 現(xiàn)。圖4描述了傳送數(shù)據(jù)的工作時(shí)序，他以xDCS為同步信號(hào)，隨著時(shí)鐘信號(hào) 的變化，數(shù)據(jù)根據(jù)控制命令的設(shè)置依次從高位或低位送出。控制命令協(xié)議包括1個(gè)控制指令字節(jié)、1個(gè)地址字節(jié)和1個(gè)16位數(shù)據(jù)字，每次讀寫控制可以操作 1 個(gè)寄存器。讀命令和寫命令分別為 0x03和0x02，這2種控制命令的工作時(shí)序 分別如圖5，圖6所示。* 3r=g-Hi40 ftOODiVi DiHpiOqij* ,干且、*nrmnnjinjmmwmnnnjic廠V占Mb 丁令件舉占尿I111 VIJIV-MM*1彳_4 MtbOCDO 匸浮 ini innnnnnmmnfinnmmnr iT_/iX* *W#Tin卄幫羽 片圖QO、IV 1S(Aim 叩 nnnn首先完成對(duì) VSl003 和 SPI 總線的初始化，然后等待系統(tǒng)從 U 盤存儲(chǔ)介質(zhì) 中打開 MP3 文件（只讀取 U 盤根目錄下的 MP3 文件），從