毕业设计(论文)-MP3的软硬件设计.doc
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1、 学科分类号 0712 本科生毕业论文设计题目(中文): MP3的软硬件实现 (英文):Hardware And Software Desiment for MP3学生姓名: 学号: 系别: 物 电 系专业: 电子信息科学与技术指导教师: 起止日期: 2008.11-2009.4 2009年 5 月 1 日怀化学院本科毕业论文(设计)诚信声明本人郑重声明:所呈交的本科毕业论文(设计),是本人在指导老师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果,成果不存在知识产权争议,除文中已经注明引用的内容外,本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以
2、明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本科毕业论文(设计)作者签名: 年 月 日目 录摘 要I关键词IAbstractIKey wordsI1 前言12 硬件设计32.1 主要芯片和主要理论介绍32.1.1 芯片总体描述32.1.2 典型应用32.1.3 引脚的描述32.1.4 核心芯片框图72.1.5 寄存器的描述82.1.6 波形分析102.1.7 外围设备112.2 其他外围芯片介绍142.2.1 存储芯片K9F5608142.2.2 CS4330音频DA芯片172.2.3 MAX856芯片提供的电源电路182.3 硬件电路板的设计203 U盘设计233.1 USB通
3、信的基本原理233.1.1 通用串行总线USB233.1.2 信号在USB总线上的传递243.1.3 USB通信的完全实现253.2 USB通信数据流模型263.2.1 总线的构成263.2.2 USB通信流263.2.3 传输类型273.2.4 数据的转换与分装283.3 USB Mass Storage、Bulk-Only与SCSI283.3.1 USB Mass Storage 协议283.3.2 Bulk-Only传输协议和SCSI命令集293.4 Flash存储与文件系统303.4.1 Flash存储器303.4.2 FAT16文件系统323.4.2 硬盘结构323.5 U盘设计流程
4、333.5.1 USB接口333.5.2 固件编程333.5.3 调试343.6 USB设备的C语言设计343.6.1 U盘固件程序结构框架343.6.2 接口芯片初始化编程363.6.3 设备配置阶段程序设计373.6.4 批量传输阶段的程序设计383.6.5 SCSI命令集处理38参考文献40致 谢41附录A 42附录B 67 附录C .69Mp3的软硬件实现摘 要 设计利用的是音乐播放器的专用单片机芯片ATMEL公司AT89S51SND1A芯片作为核心芯片,采用三星公司K9F5608作为存储芯片,CS4330做为数模转换芯片,采用尽可能简单的方式实现MP3播放器的设计,同时侧重了USB通
5、信的一些内容,和软件设计的内容,使得本设计内容丰富了不少。USB产品是现阶段最为流行的接口,已经在多种消费类产品的联机方面取得了垄断性的地位,同时使得各方面得到优化,但是在该毕业设计时,成为最核心的问题,也就是设计的第二个功能:U盘功能。本设计已经通过各方面的测试,同时便于更深入的学习,设计留下了扩展的空间。关键词单片机; U盘; MP3;USB 通讯 Hardware And Software Desiment for Music Player AbstractThis disignment is rely on the core CMOS chip AT89S51SND1A which i
6、s empolder for the music player by ATMEL Corporation.And memory CMOS chip K9F5608 by SAMSUNG.K9F5608 for DAC CMOS chip.Adopt the briefest project to realize the designment. At the same time,emphasize particularly on USB communications and software designment, so as to enrich the entire designment.Th
7、e USB interface is monopolizing the consume electron market,so it is the difficulty and emphases for the designment.At the same time ,its increases the function as U-disk.This designment was tested in kinds of aspects,at the same time ,its leave over some enlarge function for studying.Key wordsSingl
8、echip; U Disc; MP3; USB communicationII1 前言MP3全称是动态影像专家压缩标准音频层面3(Moving Picture Experts Group Audio Layer III)。是当今较流行的一种数字音频编码和有损压缩格式,它设计用来大幅度地降低音频数据量,而对于大多数用户来说重放的音质与最初的不压缩音频相比没有明显的下降。 MP3格式有如下几个特点:1.MP3是一个数据压缩格式。2.它丢弃掉脉冲编码调制(PCM)音频数据中对人类听觉不重要的数据(类似于JPEG是一个有损图像压缩),从而达到了小得多的文件大小。3.MP3音频可以按照不同的位速进行压缩
9、,提供了在数据大小和声音质量之间进行权衡的一个范围。MP3格式使用了混合的转换机制将时域信号转换成频域信号。4.32波段多相积分滤波器(PQF)。5.36或者12 tap 改良离散余弦滤波器(MDCT);每个子波段大小可以在0.1和2.31之间独立选择。6.MP3不仅有广泛的用户端软件支持,也有很多的硬件支持比如便携式媒体播放器(指MP3播放器)DVD和CD播放器。当代科技日新月异,MP3作为时下最为流行的嵌入式产品在技术上面已经没有多大的上升空间,只有在外形、稳定性、附加功能和质量方面各个厂家有着各自的个性化设计,但是作为USB的一个最为普通的产品,却要经历USB通信的方方面面,同时本毕业设
10、计要求对单片机有着比较全面的了解,对芯片的英文资料阅读能力有着很高的要求,同时,这也是单片机向嵌入式升级的一个很好的锻炼。本次设计的重点在于三个方面:控制器的使用和编程、以存储芯片为主的外围芯片的使用,USB通信的编程,硬件的设计与调试。控制器的使用和编程需要对单片机有着比较好的了解,本控制器嵌入了USB控制芯片,对硬件的设计进行了不少的简化,硬件编程基于C语言,因为本设计采用的是较为基础的设计方案,控制器与外围芯片的连接方面可以参考芯片资料,同时把P1P5引脚扩展出来,可以在以后的设计中方便的对硬件进行升级。外围芯片的使用主要参考其英文资料,使得设计进度上有一定得难度,但是在进行使用的时候,
11、资料里面推荐的典型应用电路图对设计起了不少的参考,使得设计难度大幅度减少。存储芯片在论文中做了比较详细的介绍,是最重要和最难使用的外围器件之一。USB通信是本设计的最难点,其内容包括U盘的设计和各种固件的编写,在设计中占有最大的比重,也是此设计最重要的一环,同时也是后面的调试环节中最重要的一环。在此设计中,参考了大量的有关USB的资料包括USB1.0规范和驱动开发网,以及网友提供了各种解决方案以及疑难点的解答,同时采用时下较为流行的软件对后来的软件调试起了很大的作用。硬件设计过程,是理论加实践的过程,本设计是我进行的最为复杂的设计,在很多的方面欠考虑使得毕业设计PCB生成过程中经过了多次的修改
12、最终定型,同时本设计采用的是ATMEL公司提供的高集成芯片和samsung公司的存储芯片,此两种芯片体积下,加工难度大,使得此设计只能进行双面板的设计,在学校实验室的条件下无法完成,必须送外面进行加工,使得毕业设计的难度相对增加了不少。通过本毕业设计,增加了对英文资料的理解,更加深入的了解了单片机及其应用,同时也是对嵌入式应用的一个过渡,增加了自己不少的信心,难者不会,会者不难,所谓的困难,只是一个过程。同时相信,对学工科的而言,严谨乃成功之母,这也是我最大的收获之一。2 硬件设计2.1 主要芯片和主要理论介绍2.1.1 芯片总体描述AT89X51SND1是一款带有51内核,支配数据流和MP3
13、播放器控制的高集成优越MP3解码芯片。包含64K的flash存储器和支持通过4K嵌入存储器在线编程。为人机交互提供所有的特征:如定时计数,键盘接口,串并接口,模数转换输入,I2S输出,和其他外部存储器接口。2.1.2 典型应用MP3播放器,照相机,手机,个人数据辅助系统汽车多媒体MP3家庭音频/多媒体MP32.1.3 引脚的描述本报告中“#”表示低电平有效,以下不再说明。图2.1 AT89C51SND1A 引脚图表2.1 输入输出口的描述引脚名称类型描述备用功能P0I/O八位双向口,高阻抗输入,为了消除寄生电流,不用的脚接地或接电源。AD7:0P1I/O八位双向口,含内部上拉电阻。KIN3:0
14、,SCL,SDAP2I/O八位双向口,含内部上拉电阻。A15:8P3I/O八位双向口,含内部上拉电阻。RXD,TXD,INT0,INT1,TO,T1,WR#,RD#P4I/O八位双向口,含内部上拉电阻。MISO,MOSI,SCK,SS#P5(P5.0-P5.3)I/O八位双向口,含内部上拉电阻。-表2.2 时钟信号的描述信号名称类型描述备用功能X1I输入到芯片晶振放大放大器。如果使用内部晶振,此脚连接电阻,如果接外部晶振,则从此处输入。X1是内部定时器的时钟源。-X2O输出到芯片晶振放大放大器。如果使用内部晶振,此脚连接电阻,如果接外部晶振,则此脚不连接。-FILTI相同步低通滤波器输入-表2
15、.3 定时器的描述信号名称类型描述备用功能INT0#I外部中断0P3.2INT1#I外部中断1P3.3T0I定时计数器0P3.4T1I定时计数器1P3.5表2.4 音频接口信号描述信号名称类型描述备用功能DCLKODAC数据时钟-DOUTODAC 音频数据-DSELODAC信道选择-SCLKODAC系统时钟-表2.5 USB控制信号描述信号名称类型描述备用功能D+I/OUSB正数据端口。为了全速运行,此脚建议连接一个1.5K的外部上拉电阻。-D-I/OUSB负数据端口。-表2.6 多媒体接口信号描述信号名称类型描述备用功能 MCLKOMMC时钟输出-MCMDI/OMMC命令出入-MDATI/O
16、MMC数据出入-表2.7 通用异步通信信号描述信号名称类型描述备用功能RXDI/O串口接收P3.0TXDO串口发送P3.1表2.8 串行外部接口SPI信号描述信号名称类型描述备用功能SCLI/O双总线时钟P1.6SDAI/O双总线数据P1.7表2.9 A/D转换信号描述信号名称类型描述备用功能 AIN1:0IA/D转换模拟输入-AREFPI模拟参考正电压-AREFNI模拟参考负电压-表2.10 键盘接口信号描述表信号名称类型描述备用功能 KIN3:0I键盘输入行P1.3:0表2.11 ISP接口描述信号名称类型描述备用功能 A15:8I/O高八位外部地址P2.7:0AD7:0I/O低八位/数据
17、P0.7:0ALEO锁存ISP#I/OISP使能输入RD#O读信号P3.7WR#O写信号P3.6表2.12 系统信号描述信号名称类型描述备用功能RSTI复位输入- TST#I测试输入-表2.13 电源信号描述信号名称类型描述备用功能 VDDPWR电路板供电-VSSGND电路板接地-AVDDPWR模拟供电AVSSGND模拟接地PVDDPWRPLL供电-PVSSGNDPLL接地UVDDPWRUSB供电UVSSGNDUSB接地-2.1.4 核心芯片框图图2.2 AT89C51SND1A芯片框图2.1.5 寄存器的描述AT89S51SND1A的寄存器可以分为一下几类,分别加以说明。1)C51的内核寄存
18、器:ACC,B,PSW, PS,DPL,DPH,在这里不做重点介绍。2)系统管理寄存器:PCON,AUXR0(辅助寄存器0),AUXR1(辅助寄存器1),NVERS(译码号)。3)PLL和系统时钟寄存器:CKCON(时钟控制),PLLCON(PLL控制),PLLNDIV(PLL的N分隔),PLLRDIV(PLL的R分隔)。4)中断寄存器:IEN0(中断使能控制0),IEN1(中断使能控制1),IPH0(中断优先级控制0高),IPH1(中断优先级控制1高),IPL0(中断优先级控制0低),IPL0(中断优先级控制0低)。5)端口寄存器:P1, P2, P3, P4, P5。6)FLASH存储器控
19、制寄存器:FCON。7)定时器寄存器:TCON,TMOD,TL0,TH0,TH1,TL1,WDTRET(看门狗定时复位),WDTPRG(看门狗定时器程序)。8)MP3解码寄存器:MP3CON(MP3控制寄存器),MP3STA0(MP3状态寄存器0),MP3TA1(MP3状态寄存器1),MP3DAT(MP3数据寄存器),MP3ANC(MP3辅助数据寄存器),MP3VOL(MP3右音频控制寄存器),MP3VOR(MP3左音频控制寄存器),MP3BAS(MP3低音控制寄存器),MP3MED(MP3中音控制寄存器),MP3BAS(MP3低音控制寄存器),MP3TRE(MP3高音控制寄存器),MP3CL
20、K(MP3时钟分配寄存器)。9)音频接口寄存器:AUDDON0(AUD控制寄存器0), AUDCON1(控制寄存器1), AUDSTA(AUD状态寄存器), AUDDAT(AUD数据寄存器), AUDCLK(AUD时钟分配寄存器)。10)USB控制器寄存器:USBCON(USB全局控制寄存器),USBADDR(USB地址寄存器),USBINT(USB全局中断寄存器),USBIEN(USB全局中断使能寄存器),UEPNUM(USB终端数字控制寄存器),UEPCONX(USB终端X控制寄存器),UEPSTAX(USB终端状态寄存器),UEPRET(USB终端复位寄存器),UEPINT(USB终端中
21、断寄存器),UEPIEN(USB终端中断使能寄存器),UEPDATX(USB终端X数据寄存器),UBYCTX(USB终端X比特计数寄存器),UFNUML(USB结构号码低寄存器),UFNUMH(USB结构号码高寄存器),USBCLK(USB时钟分配寄存器)。11)MMC控制器寄存器:MMCON0(控制器0寄存器),MMCON1(控制器1寄存器),MMCON2(控制器2寄存器),MMSTA(控制和状态寄存器),MMINT(中断寄存器),MMMSK(中断屏蔽寄存器),MMCMD(命令寄存器),MMDAT(数据寄存器),MMCLK(时钟分配寄存器)。12)IDE接口接口寄存器:DAT16H(高定制数
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