基于51單片機(jī)的音樂播放器的軟件畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）學(xué)院： 電子與電氣工程學(xué)院專 業(yè)：自動(dòng)化 *理工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于51單片機(jī)的音樂播放器的軟件設(shè)計(jì)Software Design of Music Player Based on 51 MCU總計(jì)： 33 頁表 格： 3 個(gè)插 圖： 15幅21 / 25* 理 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）基于51單片機(jī)的音樂播放器的軟件設(shè)計(jì)Software Design of Music Player Based on 51 MCU學(xué) 院： 電子與電氣工程學(xué)院專 業(yè)： 自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名：* 學(xué) 號(hào)：* 指 導(dǎo) 教 師（職稱）：*評 閱 教 師：完 成 日

2、 期：*理工學(xué)院Nanyang Institute of Technology目 錄1 引言11.1 設(shè)計(jì)背景11.2 設(shè)計(jì)意義11.3 理論分析與方案論證11.3.1 理論分析11.3.2 設(shè)計(jì)方案論證22 系統(tǒng)硬件原理與概述32.1 STC12C5A60S2處理器介紹32.2 系統(tǒng)硬件電路綜述32.2.1 硬件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案32.2.2 USB總線的通用接口芯片CH375電路42.2.3 LCD12864顯示電路52.2.4 按鍵控制電路52.2.5 音頻解碼芯片VS1003電路53 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)63.1 軟件開發(fā)平臺(tái)63.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)73.2.1 軟件總體分析73.2.2 CH3

3、75軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)103.2.3 CH375模塊的U盤數(shù)據(jù)讀取程序設(shè)計(jì)113.2.4 VS1003模塊的MP3文件播放程序設(shè)計(jì)133.3 系統(tǒng)流程圖144 系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果與分析15結(jié)束語18參考文獻(xiàn)19附錄20致331 引言1.1 設(shè)計(jì)背景隨著電子技術(shù)的發(fā)展,MP3播放器向大容量、高音質(zhì)、小巧便攜不斷發(fā)展。雖然播放器與存儲(chǔ)器的一體化設(shè)計(jì)，使MP3播放器便于攜帶,但與此同時(shí)他也帶來了很多新的問題,比如存儲(chǔ)容量固定。如果想裝下更多的歌曲只能去購買新的產(chǎn)品,造成了巨大的浪費(fèi);另一方面,一體化又限制了MP3播放器在其他領(lǐng)域的應(yīng)用,比如車載MP3等不方便移動(dòng)的播放器。于是將存儲(chǔ)器與播放器分離成為MP3的另一

4、發(fā)展方向。本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心控制器，設(shè)計(jì)一個(gè)音樂播放器，主要完成U盤存儲(chǔ)的音頻文件數(shù)據(jù)提取與播放任務(wù)。該播放器類似于個(gè)人計(jì)算機(jī)的音樂播放軟件，可識(shí)別、提取U盤所存儲(chǔ)的MP3、WMA或MIDI格式的文件并可自行完成音頻解碼數(shù)據(jù)處理，最后送揚(yáng)聲器或耳機(jī)進(jìn)行播放。通過自定義鍵盤設(shè)定，當(dāng)有鍵按下時(shí)，能控制歌曲的播放或音量，并通過LCD來顯示播放音樂的歌曲名,同時(shí)USB-HOST的開發(fā)也為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的移動(dòng)存儲(chǔ)提供了價(jià)格低廉的解決方案。本文將從軟硬件方面介紹如何用單片機(jī)控制USB-HOST讀取U盤中的文件并將其解碼播放。1.2設(shè)計(jì)意義基于單片機(jī)的音樂播放器可應(yīng)用于MP3，MP4，擴(kuò)音器等很多方面，并可

5、作為很多系統(tǒng)的輔助功能，傳統(tǒng)的音樂播放器是利用定時(shí)器可以產(chǎn)生各種固定頻率的方波信號(hào)，可以產(chǎn)生包括“Do”、“Re”、“Me”等音階在的各種頻率聲音。將各個(gè)音階連接在一起，便可組成一支曲子或者是演奏一段旋律，不能播放真正的MP3文件。基于這個(gè)思想本文設(shè)計(jì)了一款特殊的“音樂播放器”，該播放器可實(shí)現(xiàn)MP3文件的完整播放，可以選擇音量調(diào)節(jié)，曲目的切換等功能。為了體現(xiàn)音樂播放過程中的效果，增加了LCD屏，可以實(shí)現(xiàn)歌曲名的顯示。本設(shè)計(jì)以STC12C5A60S2芯片作為主控制器，芬蘭VLSI公司的VS1003作為音頻解碼芯片，沁恒公司的CH375作為USB設(shè)備接口芯片，以U盤作為媒體存儲(chǔ)介質(zhì)，LCD1286

6、4液晶屏作為顯示屏，來完成音樂播放器的功能。該設(shè)計(jì)具有四按鍵操作界面，界面顯示友好，支持MP3、WMA和MID音樂格式，該系統(tǒng)支持FAT32文件系統(tǒng)，支持大容量U盤。1.3 理論分析與方案論證1.3.1理論分析針對本MP3音樂播放系統(tǒng),要選擇合適的控制芯片與外部芯片來實(shí)現(xiàn),下面介紹一下芯片的選用。（1）MP3 解碼本設(shè)計(jì)是利用STC12C5A60S2單片機(jī)控制來實(shí)現(xiàn)歌曲播放功能的，但對單片機(jī)本身來說不能進(jìn)行音頻解碼（速度與資源都不符合要求），所以只能利用外部解碼芯片來實(shí)現(xiàn)歌曲播放功能。MP3解碼芯片常見的有VS100X 系列和 STA01X系列，VS系列自帶DAC輸出功能，而且能解碼的音頻格式

7、也比較多；而STA系列需要外加DAC，使用起來多有不便，而且只能解碼MP3一種格式的音樂文件。經(jīng)過比較，選用VS1003作為解碼芯片，該芯片支持 MP3、WMA、WAV、MIDI、等格式的解碼，自帶DAC輸出；同時(shí)，還可以調(diào)節(jié)音量、高低音等，更重要的是它還具有MIC功能，如需要，還可以實(shí)現(xiàn)錄音功能。因此，選用此芯片作為解碼芯片。（2）USB設(shè)備接口芯片選用沁恒公司的CH375，CH375是一個(gè)USB總線的通用接口芯片，支持HOST主機(jī)方式和SLAVE設(shè)備方式。在本地端，CH375具有8位數(shù)據(jù)總線和讀、寫、片選控制線以與中斷輸出，可以方便地掛接到單片機(jī)/DSP/MCU等控制器的系統(tǒng)總線上。在US

8、B主機(jī)方式下，CH375還提供了串行通信方式，通過串行輸入、串行輸出和中斷輸出與單片機(jī)/DSP/MCU等相連接。CH375的USB主機(jī)方式支持各種常用的USB全速設(shè)備，外部單片機(jī)/DSP/MCU可以通過CH375按照相應(yīng)的USB協(xié)議與USB設(shè)備通信。（3）液晶顯示采用普通單色LCD來實(shí)現(xiàn)，這里考慮到音樂播放顯示的功能，同時(shí)兼顧成本，故選用LCD12864來實(shí)現(xiàn)。該液晶屏本身帶有字庫功能所以，系統(tǒng)不需要有外部字庫文件，可實(shí)現(xiàn)曲目的漢字顯示。（4）存儲(chǔ)媒介，MP3播放器需要大容量的存儲(chǔ)器來存放歌曲，可以選擇 Flash芯片存儲(chǔ)、SD卡、U盤等。如果選用Flash，則整個(gè)系統(tǒng)要求較多的I/O端口來讀

9、取，更重要的一點(diǎn)是，這樣做的后果就是整個(gè)系統(tǒng)的容量就被固定了，擴(kuò)容存在困難。而U盤和SD卡都是不錯(cuò)的選擇，并且U盤和SD卡均容易購買到，并且價(jià)格較為低廉，所以，存儲(chǔ)部分選用U盤讀取來實(shí)現(xiàn)。1.3.2 設(shè)計(jì)方案論證通過以上的理論分析，對本設(shè)計(jì)的所有的主要芯片有了初步的了解。本MP3播放系統(tǒng)以STC12C5A60S2為控制核心，不僅要管理USB總線的通用接口芯片CH375、MP3解碼芯片VS1003、LCD12864液晶顯示屏和按鍵的處理，同時(shí)還要管理USB存儲(chǔ)設(shè)備中的文件系統(tǒng)，查找文件等等。存儲(chǔ)器里的媒體文件首先被讀取到MCU的RAM中，然后又被送到解碼芯片中，解碼后的音頻數(shù)據(jù)被還原成模擬音頻，

10、再由揚(yáng)聲器傳出。由于STC12C5A60S2本身不支持USB接口功能，所以MCU無法直接與電腦完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?，存?chǔ)設(shè)備需要通過自身的接口與電腦相接。其它芯片是通過普通I/O端口連接的。2系統(tǒng)硬件原理與概述2.1STC12C5A60S2處理器介紹STC12C5A60S2/AD系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，有8路高速10位的A/D轉(zhuǎn)換(250K/S)，STC12C5A60S2引腳序列如圖1所示。圖1 STC12C5A60S

11、2引腳序列2.2系統(tǒng)硬件電路綜述2.2.1硬件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)的音樂播放器，有四個(gè)按鍵控制按鈕：下一曲，上一曲，音量加，音量減。通過對按鈕的控制來實(shí)現(xiàn)對單片機(jī)要求播放的音樂，并通過放大電路和音頻設(shè)備輸出聲音。同時(shí)通過LCD顯示屏來顯示所播放的曲目。必要時(shí)可調(diào)節(jié)音量的大小。硬件系統(tǒng)總體方框圖如圖2所示。圖2硬件系統(tǒng)總體方框圖2.2.2USB總線的通用接口芯片CH375電路CH375芯片是一個(gè)支持USB-HOST主機(jī)方式和USB-DEVICE/SLAVE設(shè)備方式的USB總線通用接口芯片。CH375具有8位數(shù)據(jù)總線和讀、寫、片選控制線以與中斷輸出，可以方便地掛接到單片機(jī)/DSP/MCU/MPU

12、等控制器的系統(tǒng)總線上。在USB 主機(jī)方式下，CH375還提供了串行通訊方式，通過串行輸入、串行輸出和中斷輸出與單片機(jī)/DSP/MCU/MPU等相連接。接線圖如圖3所示。圖3 USB總線的通用接口芯片CH375電路接線圖CH375的USB主機(jī)方式支持常用的USB全速設(shè)備,外部單片機(jī)可以通過CH375按照相應(yīng)USB協(xié)議與USB設(shè)備通訊。CH375置了處理Mass-Storage海量存儲(chǔ)設(shè)備的專用通訊協(xié)議的固件外部單片機(jī)可以直接以扇區(qū)為基本單位讀寫常用的USB存儲(chǔ)設(shè)備（包括USB硬盤/USB閃存盤/U 盤）。主機(jī)端點(diǎn)輸入和輸出緩沖區(qū)各64字節(jié)，支持12Mbps全速USB設(shè)備和1.5Mbps低速設(shè)備。

13、可自動(dòng)檢測USB設(shè)備的連接和斷開，提供設(shè)備連接和斷開的事件通知。通過U 盤文件級子程序庫實(shí)現(xiàn)單片機(jī)讀寫USB存儲(chǔ)設(shè)備中的文件。并行接口包含8位數(shù)據(jù)總線，4線控制：讀選通、寫選通、片選輸入、中斷輸出。2.2.3 LCD12864顯示電路顯示電路主要是LCD12864電路，它與1602顯示屏接線一樣，唯一的區(qū)別在于1602顯示屏是字符型，只能顯示數(shù)字與字符,不可以顯示漢字。12864顯示屏是點(diǎn)陣型，可根據(jù)需求任意顯示字符、數(shù)字、漢字、圖形。其接線圖如圖4所示。圖4 LCD12864顯示電路接線圖2.2.4按鍵控制電路按鍵控制電路，其按鍵一與P1.0相連、按鍵二與P1.1相連、按鍵三與P1.2相連、

14、按鍵四與P1.3相連。當(dāng)按鍵按下時(shí)接口接低電平，從而實(shí)現(xiàn)對音樂曲目的選擇控制。按鍵一接通實(shí)現(xiàn)上一曲更換，按鍵二接通實(shí)現(xiàn)下一曲更換，按鍵三接通實(shí)現(xiàn)音量增大操作，按鍵四接通實(shí)現(xiàn)音量減小操作，接線如圖5所示。圖5 按鍵控制電路接線圖2.2.5音頻解碼芯片VS1003電路VS1003芯片是一個(gè)MP3/WMA/MIDI音頻解碼器和ADPCM編碼器。它包含一個(gè)高性能，自主產(chǎn)權(quán)的低功耗DSP處理器VS_DSP4,工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，為用戶應(yīng)用提供5KB的指令RAM和0.5KB的數(shù)據(jù)RAM。4個(gè)常規(guī)用途的I/O端口，一個(gè)UART，一個(gè)高品質(zhì)可變采樣率的ADC和立體聲DAC，還有一個(gè)耳機(jī)放大器和地線緩沖器。VS10

15、03通過一個(gè)串行接口來接收輸入的比特流，它可以作為一個(gè)系統(tǒng)的從機(jī)。輸入的比特流被解碼，然后通過一個(gè)數(shù)字音量控制器到達(dá)一個(gè)18位過采樣多位-DAC。通過串行總線控制解碼器。VS1003電路接線如圖6所示。圖6 VS1003電路接線圖3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 軟件開發(fā)平臺(tái)Keil是德國Keil公司（現(xiàn)已并入ARM公司）開發(fā)的微控制器軟件開發(fā)平臺(tái)，是目前ARM核單片機(jī)開發(fā)的主流工具。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器在的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些功能組合在一起。uVision當(dāng)前最高版本是uVision4,它的界面和常用的微軟VC

16、+的界面相似，界面友好，易學(xué)易用，在調(diào)試程序、軟件仿真方面也有很強(qiáng)大的功能。本設(shè)計(jì)使用的是uVision2版本。uVision2是一款集編輯、編譯和項(xiàng)目管理于一身的基于窗口的軟件開發(fā)環(huán)境。uVision2集成了C語言編譯器、宏編譯、/定位、以與HEX文件產(chǎn)生器1。本質(zhì)是一個(gè)典型的調(diào)試窗口，主要包括以下幾個(gè)窗口，如圖7所示。圖7 Keil uVision2開發(fā)環(huán)境3.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用模塊化的編程思想，把整個(gè)軟件系統(tǒng)化為多個(gè)功能模塊，主程序通過調(diào)用各個(gè)子程序來完成各個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)。下面具體介紹各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)。3.2.1軟件總體分析從整體上看，該系統(tǒng)軟件分為三個(gè)大的部分：（1）VS1003

17、解碼。VS1003解碼即VS1003譯碼程序。主要完成數(shù)字信號(hào)的采集、信號(hào)濾波等功能。利用模塊化編程思想分別來實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的功能，減少程序之間的耦合性，提高程序之間的聚性。通過調(diào)用各個(gè)子程序來完成系統(tǒng)的功能。該部分總體開發(fā)思路是，VSl003通過同步串行總線SPI與STC12C5A60S2進(jìn)行命令和數(shù)據(jù)的傳輸。只要正確寫SPI相關(guān)寄存器就能輕松實(shí)現(xiàn)控制。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_SDINEW為1”使VSl003處于新模式，此時(shí)設(shè)置SM_SDISHARE為0，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

18、制將存儲(chǔ)于U盤中歌曲的碼流信息送入到VSl003芯片中，通過VSl003芯片解碼以與其含的高質(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2。（2）USB總線的通用接口芯片CH375。CH375芯片掛接到MCU系統(tǒng)總線上，MCU通過CH375按照相應(yīng)的USB協(xié)議與其它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D0D7與STC12C5A60S2的P0口相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與命令的并行傳輸，CH375工作在主機(jī)方式MCU通過RD，WR，片選CS、中斷INT和地址線AO的綜合控制，完成與CH375的通訊，通過USB接口實(shí)現(xiàn)從U盤讀寫數(shù)據(jù)的功能。INT引腳

19、和MCU的外部中斷輸入引腳相連，當(dāng)有U盤插入時(shí)INT變?yōu)榈碗娖接|發(fā)外部中斷，當(dāng)RD為高電平，且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)RD為高電平，且CS和WR都為低電平，AO為高電平時(shí)，D7DO中的數(shù)據(jù)可作為命令碼寫入CH375芯片中；當(dāng)WR為高電平，且CS，RD和AO都為低電平時(shí)，CH375中的數(shù)據(jù)可以通過D7DO輸出3。（3）LCD12864液晶顯示a）LCD12864引腳功能說明如表1所示。表1 LCD12864引腳功能說明管腳號(hào)管腳名稱電平管腳功能描述1VSS0V電源地2VCC+5V電源正3V0-對比度（亮度）調(diào)整4RS(CS）H/LRS=“H”,DB

20、7DB0為顯示數(shù)據(jù)RS=“L”,DB7DB0為顯示指令數(shù)據(jù)5R/W(SID)H/LR/W=“H”,E=“H”,數(shù)據(jù)DB7DB0被讀R/W=“L”,E=“HL”, DB7DB0的數(shù)據(jù)被寫到IR或DR6E(SCLK)H/L使能信號(hào)7DB0H/L數(shù)據(jù)線8DB1H/L數(shù)據(jù)線9DB2H/L數(shù)據(jù)線10DB3H/L數(shù)據(jù)線11DB4H/L數(shù)據(jù)線12DB5H/L數(shù)據(jù)線13DB6H/L數(shù)據(jù)線14DB7H/L數(shù)據(jù)線15PSBH/LH：8位或4位并口方式，L：串口方式16NC-空腳17/RESETH/L復(fù)位端，低電平有效18VOUT-LCD驅(qū)動(dòng)電壓輸出端19AVDD背光源正端（+5V）20KVSS背光源負(fù)端b）LCD

21、12864控制器接口信號(hào)說明：管腳RS、R/W為主要功能選擇端口，RS端口高低電平用于12864識(shí)別端口信號(hào)是指令數(shù)據(jù)（L）還是顯示數(shù)據(jù)（H），R/W端口高低電平用于控制12864讀（H）寫（L）狀態(tài)。RS，R/W的配合選擇決定控制界面的4種模式如表2所示。表2 LCD12864控制界面模式RSR/W功能說明LLMCU寫指令到指令暫存器（IR）LH讀出忙標(biāo)志（BF）與地址記數(shù)器（AC）的狀態(tài)HLMCU寫入數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)暫存器（DR）HHMCU從數(shù)據(jù)暫存器（DR）中讀出數(shù)據(jù)c）LCD12864使能E信號(hào)E作為12864的外加時(shí)鐘，控制12864與外部的連接。當(dāng)E信號(hào)HL時(shí)12864讀取DB端口的數(shù)據(jù)

22、。將它視為一個(gè)開關(guān)，當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)寫入時(shí)先調(diào)節(jié)RS選擇信號(hào)種類，然后將R/W拉低設(shè)為寫狀態(tài)，把數(shù)據(jù)傳到管腳后將E由LHL把數(shù)據(jù)讀入寄存器。如表3所示。表3 LCD12864使能信號(hào)E狀態(tài)執(zhí)行動(dòng)作結(jié)果高>低I/O緩沖>DR配合W進(jìn)行寫數(shù)據(jù)或指令高DR>I/O緩沖配合R進(jìn)行讀數(shù)據(jù)或指令低/低>高無動(dòng)作 （4）LCD12864串行連接數(shù)據(jù)傳輸串口模式工作過程：a）串行數(shù)據(jù)傳送共分三個(gè)字節(jié)完成。第一字節(jié) 串口控制格式 11111ABC A為數(shù)據(jù)傳送方向控制。其中，H表示數(shù)據(jù)從LCD到MCU，L表示數(shù)據(jù)從MCU到LCD。B為數(shù)據(jù)類型選擇。其中，H表示數(shù)據(jù)是顯示數(shù)據(jù)，L表示數(shù)

23、據(jù)是控制指令。C固定為0 第二字節(jié)(并行)8位數(shù)據(jù)的高4位格式DDDD0000 第三字節(jié)(并行)8位數(shù)據(jù)的低4位格式0000DDDD串口模式下只用兩根線（E和SCLK）來完成數(shù)據(jù)傳輸。ST7920是12864的控制器，如果使用多個(gè)ST7920時(shí)，CS被配合使用，CS為高電平有效。SCLK有獨(dú)立的操作時(shí)序，當(dāng)多個(gè)連續(xù)的指令被送入時(shí)，指令執(zhí)行時(shí)間需要被考慮，需要等待上一個(gè)指令執(zhí)行完畢才送入下一個(gè)指令，因?yàn)镾T7920部沒有傳送/接收緩沖區(qū)。b）一個(gè)完整的串行傳輸周期有以下部分組成。首先送入啟動(dòng)字節(jié)，送入5個(gè)連續(xù)的“1”來啟動(dòng)一個(gè)周期，此時(shí)傳輸周期被重置，并且串行傳輸數(shù)據(jù)被同步，緊接的兩個(gè)為指定傳輸

24、方向（R/W讀還是寫）和（RS確定是命令寄存器還是數(shù)據(jù)寄存器），最后的第八位是一個(gè)“0”，送完啟動(dòng)字節(jié)以后，可以送入指令或是顯示數(shù)據(jù)，指令或代碼是以字節(jié)為單位的，每個(gè)字節(jié)的容（指令或數(shù)據(jù)）在被送入時(shí)分為兩個(gè)字節(jié)來處理，高四位放在第一個(gè)字節(jié)的高四位,低四位放在第二個(gè)字節(jié)的高四位。無關(guān)的都補(bǔ)“0”。如圖8所示4。圖8 LCD12864串行方式數(shù)據(jù)傳輸3.2.2CH375軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件是搭載在硬件上運(yùn)行的，硬件的資源多少在一定程度上決定了軟件的設(shè)計(jì)方法和復(fù)雜程度。由于早期的單片機(jī)硬件資源少RAM資源有限，所以工程師在編程的時(shí)候?qū)AM的應(yīng)用要十分小心，因此造成這類的設(shè)計(jì)開發(fā)工程師更加偏向于直接用匯

25、編語言來控制硬件的工作。隨著科學(xué)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)復(fù)雜度的提高和EDA技術(shù)的發(fā)展，各種高級的EDA工具不斷推出，比如Keil、IAR、ADS等工具，這些工具不僅極大的方便了工程師的開發(fā)，同時(shí)也為用C語言這種高級語言來編寫程序提供了有利的條件。但是這種開發(fā)方式隨著系統(tǒng)復(fù)雜度的增高也變的愈加吃力了，因?yàn)閷﹂_發(fā)人員要熟悉芯片的部資源，能夠進(jìn)行寄存器配置，這樣就對工程師的要求比較高。但是這些問題可以通過移植操作系統(tǒng)來解決，操作系統(tǒng)的優(yōu)勢就是屏蔽了具體的硬件細(xì)節(jié)，可以讓開發(fā)人員把更多的精力放在應(yīng)用程序上。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮移植操作系統(tǒng)。但是對于具體的應(yīng)用存在一些不足之處：首先，操作系統(tǒng)在對數(shù)據(jù)區(qū)的開銷以

26、與一些變量的存儲(chǔ)方面浪費(fèi)了很多的RAM資源，有限的RAM資源就無法有效的分配。其次，CH375方便的庫文件開發(fā)方式本身就屏蔽了硬件的細(xì)節(jié)，處于以上考慮在本次開發(fā)中沒用移植操作系統(tǒng)，而采用庫文件的方式來開發(fā)設(shè)計(jì)。由于CH375固件庫是一個(gè)固件包，它不僅包括了程序、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和覆蓋所有外設(shè)特性的宏單元。還包括設(shè)備驅(qū)動(dòng)的描述，該固件庫可以使得用戶在沒有深入學(xué)習(xí)外圍模塊規(guī)格手冊的情況下，也能夠在用戶應(yīng)用程序中涉與到的任何設(shè)備中直接使用。因此，使用該固件庫可以節(jié)省設(shè)計(jì)者的許多時(shí)間，可使開發(fā)人員把更多的精力花費(fèi)在編程方面，加快了開發(fā)周期，減少了在應(yīng)用開發(fā)中的綜合開銷。這是CH375軟件開發(fā)十分顯著的優(yōu)點(diǎn)。3

27、.2.3CH375模塊的U盤數(shù)據(jù)讀取程序設(shè)計(jì)U盤數(shù)據(jù)的讀取是MP3播放的重要環(huán)節(jié)，對后面的MP3解碼進(jìn)一步處理至關(guān)重要。CH375置了USB通信協(xié)議，單片機(jī)可以直接調(diào)用API庫讀寫U盤中的文件數(shù)據(jù)。CH375用于低功耗模式，工作時(shí)需要外部為它提供12MHz的時(shí)鐘信號(hào)。原理如圖9所示5。圖9 U盤數(shù)據(jù)讀取原理圖將8位并行數(shù)據(jù)線D0D7與單片機(jī)的P0口相連實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與命令的并行傳輸，RD，WR，CS，INT和A0五根控制線分別連接至單片機(jī)的的對應(yīng)引腳，CH375的TXD引腳通過1K的下拉電阻接地，使CH375工作于USB主機(jī)并行接口方式。單片機(jī)通過RD，WR，片選CS、中斷INT和地址線AO的綜合控

28、制，完成與CH375的通訊，通過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)INT變?yōu)榈碗娖接|發(fā)外部中斷，當(dāng)RD為高電平，且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)RD為高電平，且CS和WR都為低電平，AO為高電平時(shí)，D7DO中的數(shù)據(jù)可作為命令碼寫入CH375芯片中；當(dāng)WR為高電平，且CS，RD和AO都為低電平時(shí)，CH375中的數(shù)據(jù)可以通過D7DO輸出。子程序庫對U 盤文件的讀寫方式分為兩種：扇區(qū)模式和字節(jié)模式。本設(shè)計(jì)采用的是字節(jié)模式。字節(jié)模式下，以字節(jié)為基本單位對U 盤文件進(jìn)行讀寫，讀寫速度較慢，但是不需要額外的

29、文件數(shù)據(jù)緩沖區(qū)（實(shí)際是與磁盤數(shù)據(jù)緩沖區(qū)合用），適用于RAM少、數(shù)據(jù)量小或者數(shù)據(jù)零碎、不經(jīng)常讀寫數(shù)據(jù)的單片機(jī)系統(tǒng)。如果頻繁地向U盤寫入零碎的數(shù)據(jù)，可能會(huì)縮短U盤中閃存的使用壽命（因?yàn)殚W存只能進(jìn)行有限次擦寫）。查看子程序庫的全局變量“CH375DiskStatus（磁盤與文件狀態(tài)）”可以獲取當(dāng)前的文件模式。DISK_OPEN_FILE則代表扇區(qū)模式，DISK_OPEN_FILE_B則代表字節(jié)模式。當(dāng)執(zhí)行一次以字節(jié)為單位的操作命令后將自動(dòng)進(jìn)入字節(jié)模式（只有關(guān)閉文件后再重新打開才能恢復(fù)扇區(qū)模式），支持以字節(jié)為單位的操作子程序CH375ByteRead 和CH375ByteWrite 與CH375Byt

30、eLocate6。對于已打開的同一個(gè)文件，不能混用兩種模式的操作子程序。下面是單片機(jī)針對U盤的以字節(jié)為單位進(jìn)行讀寫操作的流程，如圖10所示。在流程中涉與到的參數(shù)如下：在mCmdParam.Open.mPathName的命令中提供文件名，包括完整的路徑名；在mCmdParam.ByteOffset.ByteLocate的命令中指定讀寫起始位置地址；在mCmdParam.mByteCount.mCmdParam.ByteRead的命令中指定讀取字節(jié)數(shù)6,7；在mCmdParam.Enumer.mPathName的命令中指定需要查詢的文件名中的全部或者部分字符。圖10 U盤數(shù)據(jù)讀取流程圖3.2.4V

31、S1003模塊的MP3文件播放程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)上電啟動(dòng)后，由單片機(jī)控制將存儲(chǔ)于U盤中歌曲的MP3數(shù)據(jù)格式流信息通過CH375的USB接口芯片送入到VSl003芯片中，通過VSl003芯片解碼與其含高質(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，在按鍵的控制下，可實(shí)現(xiàn)對歌曲的選擇、音量增減等功能。VSl003的所有數(shù)據(jù)和控制命令均通過SPI總線接口實(shí)現(xiàn)。要控制VS1003首先要實(shí)現(xiàn)的就是寫命令，它是控制實(shí)現(xiàn)成功的前提。關(guān)于通信接口部分，它是一種同步串行接口方式（SPI從機(jī)模式），它要求SCLK信號(hào)必須由外部電路產(chǎn)生，數(shù)據(jù)（SDATA）在SCLK的上升沿或下降沿時(shí)被寫入。寫命令的過程如下：（

32、1）等待DREQ為高（當(dāng)DREQ為低時(shí)，說明VS1003芯片還沒有就緒）（2）將XCS（命令片選）拉低（3）寫入0x02(寫操作命令)（4）寫入寄存器地址（5）分別寫入數(shù)據(jù)的高字節(jié)與低字節(jié)（6）將XCS置高初始化的過程如下：（1）硬件復(fù)位：接XRESET拉低（2）延時(shí)，將XDCS、XCS、XRESET置高（3）向MODE中寫入0X0804(軟件復(fù)位)（4）等待DREQ為高（5）設(shè)置VS1003的時(shí)鐘：SCI_CLOCKF=0x9800，3倍頻（SC_MULT為4 ，SC_ADD為3，SC_FREQ為0）（6）設(shè)置VS1003的采樣率：SPI_AUDATA=0xBB81，采樣率48k，立體聲（7

33、）設(shè)置重音：SPI_BASS=0x0055(SB_AMPLITUDE=5,SB_FREQLIMIT=5,低于50Hz時(shí)進(jìn)行5dB的增強(qiáng))（8）設(shè)置音量：SCI_VOL=0x2020(左右聲道一樣)（9）這一步容易忽視，向VS1003發(fā)送4個(gè)字節(jié)的無效數(shù)據(jù)，用以啟動(dòng)SPI發(fā)送對VS1003的初始化與測試都通過后，就可以給它發(fā)送MP3文件了。數(shù)據(jù)的寫入方法主要是看DREQ信號(hào)，在VS1003的FIFO能夠接受數(shù)據(jù)的時(shí)候輸出高電平。每次可以寫入32個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，因?yàn)閂S1003有32Byte的數(shù)據(jù)緩沖區(qū),而DREQ變低時(shí)，單片機(jī)就要停止數(shù)據(jù)的發(fā)送8。具體的寫數(shù)據(jù)的方法如下：（1）將XDCS拉低（2）

34、等待DREQ為高（3）通過SPI寫入數(shù)據(jù)（4）在文件沒有結(jié)束前不斷重復(fù)2與3操作（5）在所有的數(shù)據(jù)都發(fā)送完畢后，最后發(fā)送2048個(gè)無效字節(jié)，用以清除VS1003的數(shù)據(jù)緩沖區(qū) （6）將XDCS置高M(jìn)P3文件播放流程圖如圖11所示。一般一次讀一個(gè)扇區(qū)，然后將數(shù)據(jù)發(fā)往VS1003，由于VS1003有32Byte的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，一次可以發(fā)32個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，然后檢測DREQ電平，當(dāng)DREQ為高時(shí)送下一個(gè)32Byte的數(shù)據(jù)，直到發(fā)完為止。DREQ為高表明VS1003可以接受新的數(shù)據(jù)，如果不考慮DREQ的狀態(tài)，直接連續(xù)的給VS1003發(fā)的MP3數(shù)據(jù)的話將會(huì)出現(xiàn)音樂斷斷續(xù)續(xù)的情況。圖11 MP3文件播放流程圖3

35、.3 系統(tǒng)流程圖主程序?qū)崿F(xiàn)對單片機(jī)進(jìn)行初始化后，進(jìn)入歌曲識(shí)別子程序。確定歌曲曲目后，顯示屏進(jìn)行顯示。然后子程序?qū)σ魳凡シ盼募M(jìn)行循環(huán)判斷，得到按鍵的命令后再進(jìn)行按鍵播放。音樂播放的同時(shí)，顯示屏顯示歌曲名，單片機(jī)調(diào)用字節(jié)模式讀取U盤數(shù)據(jù)進(jìn)行音樂播放。在播放音樂的過程中，子程序循環(huán)判斷音樂是否播放結(jié)束。當(dāng)音樂文件播放結(jié)束時(shí)，判斷是否有按鍵按下,并執(zhí)行相應(yīng)的命令。系統(tǒng)流程圖如圖12所示。圖12 系統(tǒng)流程圖4 系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果與分析（1）USB轉(zhuǎn)TTL出現(xiàn)的問題：1）驅(qū)動(dòng)安裝調(diào)試因?yàn)閃indows 7系統(tǒng)出現(xiàn)系統(tǒng)不兼容軟件，本設(shè)計(jì)調(diào)試的系統(tǒng)是64位，所以驅(qū)動(dòng)很難找到，大部分驅(qū)動(dòng)支持Windows XP系統(tǒng)

36、，所以出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)安裝不成功或者安裝出現(xiàn)錯(cuò)誤的提示或者在設(shè)備管理器出現(xiàn)黃色的嘆號(hào)，都表明驅(qū)動(dòng)沒安裝成功。驅(qū)動(dòng)安裝調(diào)試如圖13所示。解決方法是要考慮兼容性問題，下載的驅(qū)動(dòng)應(yīng)當(dāng)手動(dòng)安裝，使用系統(tǒng)自動(dòng)配置會(huì)出現(xiàn)黃色嘆號(hào)。且安裝完畢，一定要重啟才能生效。圖13 驅(qū)動(dòng)安裝調(diào)試2）程序下載調(diào)試按照PL2303驅(qū)動(dòng)手冊下載程序不能成功，認(rèn)為是最小系統(tǒng)模塊燒了，進(jìn)入串口數(shù)據(jù)測試沒有發(fā)現(xiàn)問題，重新連線搭建系統(tǒng)，將STC-ISP單片機(jī)下載編程燒錄軟件下載按鈕下面的兩個(gè)方框打上對號(hào)，終于把程序下載進(jìn)了單片機(jī)。解釋一下打?qū)μ?hào)的作用。l 每次下載前重新調(diào)入已打開在緩沖區(qū)的文件，方便調(diào)試使用。就是在點(diǎn)擊下載時(shí)，程序自動(dòng)把已打

37、開在緩沖區(qū)的文件重新調(diào)入，這樣方便下載程序不用總要點(diǎn)打開文件來重新調(diào)入文件。 l 當(dāng)目標(biāo)代碼發(fā)生變化后自動(dòng)調(diào)入文件，并立刻發(fā)送下載命令。跟每次下載前重新調(diào)入已打開在緩沖區(qū)的文件，方便調(diào)試使用性質(zhì)一樣，但是不用點(diǎn)擊下載來調(diào)入文件，自動(dòng)調(diào)入并下載。（2）屏幕顯示調(diào)試程序下載成功后根據(jù)顯示的容來調(diào)試，在刪除漢字的時(shí)候按下刪除格一下，就變成亂碼，經(jīng)過查找資料之后，才懂得每行可以寫8個(gè)漢字或16個(gè)字符，如果寫的字符少于16個(gè)，那么用空格把未寫的地方填充滿16個(gè)字符就不會(huì)出現(xiàn)亂碼了。屏幕顯示調(diào)試如圖14和圖15所示。圖14 屏幕顯示調(diào)試前圖15 屏幕顯示調(diào)試后（3）搭建資源I/O端口分配簡化最初LCD12

38、864使用的是并行通信，線路復(fù)雜，占用I/O資源太多，I/O端口不夠使用，按鍵問題在并行通信時(shí)只剩下一個(gè)按鍵，只能實(shí)現(xiàn)下一曲功能，不能完成預(yù)定目標(biāo)。經(jīng)過分析將I/O資源分配簡化，把并行通信改為串行通信，簡化了線路，并且I/O端口分配也合理還留出了余量。結(jié)束語歷時(shí)十二周的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于結(jié)束了，我收獲了很多在課堂上無法學(xué)到的知識(shí)，不僅培養(yǎng)了我親身實(shí)踐動(dòng)手的能力，軟件的編程能力也得到了大幅度的提高，受益匪淺。同時(shí)檢驗(yàn)了我的理論知識(shí)，也完善了我的知識(shí)體系。在Keil和Protel軟件的基礎(chǔ)上，完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)用C語言進(jìn)行編程，在LCD顯示屏上顯示播放歌曲的名字，并通過按鍵對歌曲的音量和切換進(jìn)行控制的功能，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要完成了以下幾個(gè)方面的容：（1）熟悉了單片機(jī)STC12C5A60S2、解碼芯片VS1003、LCD128*64液晶顯示器的工作原理和使用方法。（2）U盤數(shù)據(jù)的讀取和MP3文件播放的設(shè)計(jì)做了分析，并根據(jù)設(shè)計(jì)功能的要求，確定了總體設(shè)計(jì)方案。（3）在總體設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，完成了音樂播放器的整體設(shè)計(jì)。（4）在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的缺陷，逐步優(yōu)化軟件設(shè)計(jì)，合理完成軟件的編寫。存在的問題：由于時(shí)間和自身知識(shí)掌握能力的關(guān)系，此次設(shè)計(jì)