基于单片机的MP3音乐播放器设计论文.doc
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1、 毕业论文 基于单片机的 MP3播放器设计指导老师 姓 名 学 号 系 别 专 业 申请学位 V基于单片机的MP3音乐播放器设计 摘要:本文在具体分析了STC12C5A60S2单片机的技术特点与MP3音乐播放系统功能需求的基础上,提出了一种利用单片机实现简易MP3播放器的方法,同时给出了具体软硬件设计的方法。本系统利用STC12C5A60S2单片机作为CPU进行总体控制,单片机通过FAT32文件系统读取SD卡的数据,并传输给MP3音频解码芯片VS1003进行音频数据解码,实现歌曲播放功能。通过控制按键,实现对歌曲的选择及音量调节。播放的同时,液晶屏上显示歌曲相关信息。相关的硬件脱机实验结果表明
2、本系统达到了既定的设计目标。关键词:单片机;音频解码;FAT32DesignofMP3MusicPlayerBasedonVS1003Abstract:Based on the detailed analysis of the technical characteristics of STC12C5A60S2 and the needs of MP3 music player system function,a control method of simple MP3 player controlled by single-chip is proposed in this paper, an
3、d the hardware and the software design are also given.The STC12C5A60S2 single-chip is used as the whole control core .The single-chip can read SD card data through the FAT32 file system. And then , the data is sent to VS1003 of special MP3 audio decoder to decode the data.Then the music playing func
4、tion can be achieved ,you can choose songs and the volume by controlling the button, the relevant information will be displayed on the LCD screen while songs are being played.The relevant hardware offline experiment results indicate that this system has achieved the established design goal. Keywords
5、 :Single chip microcomputer ; Audio decoding ; FAT32目 录序 言1第1章 系统方案21.1 课题研究背景及意义21.2 课题研究现状21.3 课题要求31.4 方案选择31.4.1 硬件选择31.4.2 软件选择5第2章 硬件电路设计62.1 硬件系统总体设计62.2 各硬件模块设计62.2.1 微控制器设计62.2.2 存储模块102.2.3 音频解码模块112.2.4 显示模块152.2.5 按键电路17第3章 系统软件设计183.1 软件功能概述183.2 主程序设计183.3 各子程序模块设计193.3.1 12864液晶显示程序设计
6、193.3.2 SD卡程序设计213.3.3 FAT32文件系统233.3.4 VS1003音频解码程序设计24第4章 系统软硬件调试284.1 硬件调试284.1.1 上电前调试284.1.2 上电后调试284.2 软硬件连调28结 束 语30致 谢31参 考 文 献32附 录33附录一 硬件原理图33附录二 源程序清单34附录三 实物图39附录四 元件清单40附录五 中英文文献41图 表 清 单图2-1 系统硬件总体框图 6图2-2 STC12C5A60S2芯片引脚图7图2-3 STC12C5A60S2单片机最小系统10图2-4 SD卡接口电路10图2-5 VS1003芯片引脚图12图2-
7、6 VS1003芯片外围连接图15图2-7 12864液晶显示模块15图2-8 按键电路17图3-1 主程序流程图 19图3-2 12864液晶显示器初始化程序20图3-3 12864液晶显示程序20图3-4 SD卡初始化流程图21图3-5 读SD卡流程图22图3-6 写SD卡流程图22图3-7 VS1003程序流程图25表2-1 SD卡引脚定义11表2-2 VS1003引脚定义功能表13表2-3 12864模块外部接口16序 言随着科技的日益发展,计算机、信息、电子、通信等技术得到迅速发展,促使了社会生产力的提高,也使人们对生产方式和生活方式产生了日新月异的变化。同时人们生活水平的提高及对音
8、乐的喜爱,对音乐播放器的品质、功能、品种等提出了越来越多的要求,表现在对控制系统性能、可靠性等方面的要求越来越高。MP3作为高质量音乐压缩标准,给音频产业带来了具大的冲击。MP3技术使音乐数据压缩比率大,回放质量高。如CD格式的音乐数据压缩成MP3格式,音效相差无己,但大小至少可压缩12倍。由于MP3音乐的较小数据量和近乎完美的播放效果使其在网络上传输得以实现。近几年,随着MP3播放器技术的发展,在其选型、设计、开发、附加功能和适用领域等方面做了很大的努力,现在MP3播放器具有轻薄、小巧,同时具有大容量、超长时间播放、功能多样化等优点。在如今MP3播放器竞争激烈的市场,人们对MP3的需求也越来
9、越大,在购买时会考虑到价格、性能等方面。因此在本次设计中,根据市场需求进行设计,实现在听歌的过程中,需要暂停、切换歌曲,或者查看歌曲名等功能;内存中的歌曲是固定的,客户可以根据自己的需求去下载更新。该设计系统以单片机为控制单元,以最低的成本满足MP3文件控制和显示的功能。为了方便更换歌曲,以SD卡作为存储器,最大支持2GB的SD卡,能储存大约500首歌曲。供电采用5V直流电源供电,相当的便捷。另外在耳机模块设有两种孔状的接口,可以根据耳机的粗细选择。本设计方案采用STC12C5A60S2单片机,芬兰VLSI公司的VS1003音频解码芯片和12864液晶显示屏制作一个简易的MP3音乐播放器系统。
10、第1章 系统方案1.1 课题研究背景及意义随着社会经济的发展,MP3播放器以其小巧的外形、良好的接近CD的音质、前卫的功能,越来越受到大众的喜爱,也成为了业界的一个热门话题。由于MP3是数字化的音乐,而且不仅可以上传下载MP3格式的文件,也可以是其他格式的电脑文件,这样的MP3随身听还可以当作一个小的移动存储设备来使用。结合其特点及实际播放功能,本次设计出一个简单的MP3播放系统。 开发MP3播放器不止是为了在电脑上播放,同时更多的是能让MP3播放器能够直接走入我们的生活,将用数字音乐产品来取代,这是一种技术革新的体现。更多的数字音乐产品将不断推出,而产品的类型也将更加丰富,从可以播放MP3的
11、VCD机,到手表式的MP3播放器,再到支持MP3播放器的手机,数字音乐将深入我们的各个角落1。因此MP3播放器的意义不仅在于可以方便地聆听MP3数字音乐,更在于它促使MP3走向网络而直接进入人们的生活,它或许将改变我们欣赏音乐的方式。本设计的意义在于通过本次设计将所学到的单片机理论知识应用于生产实践,增强自己的实践能力。本次设计控制简单,利用12864液晶显示屏显示歌曲,由按键控制歌曲播放及音量。在实现功能的过程中,对用到的各种硬件模块和系统实现所需的软件有了更深的了解和认识。1.2 课题研究现状 随着计算机技术,微电子技术和数字信号处理技术的迅速发展,各种消费类电子产品朝着集成化和小型化发展
12、特别是随着网络多媒体技术的普及、数字音频技术的快速发展,以MP3为代表的消费类电子产品广泛的应用在我们的生活中,数字音频技术得到了长久发展。MP3全称是动态影像专家压缩标准音频层面3,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。它是在1991年由位于德国埃尔郎根的研究组织Fraunhofer-Gesellschaft的一组工程师发明和标准化的。MP3就是一种音频压缩技术,由于这种压缩方式的全称叫MPEG Audio Layer3,所以人们把它简称为MP3。MP3是利用MPEG Audio L
13、ayer3的技术,将音乐以1:10甚至1:12的压缩率,压缩成容量较小的file1。能够在音质丢失很小的情况把文件压缩到更小的程度。而且还非常好的保持了原来的音质。1.3 课题要求本系统是根据VS1003音频解码模块所设计的MP3音乐播放器,音频文件存储在SD卡上,通过文件系统读取SD扇区,由STC12C5A60S2单片机读取数据并送到VS1003音频解码器模块输出。根据设计目的,需达到以下要求: 1、播放指定目录的MP3歌曲; 2、通过按键可以随意切换上下曲、音量加减、暂停和播放; 3、液晶屏显示SD卡的信息。1.4 方案选择 1.4.1 硬件选择 1、单片机的选择方案一:MUC微处理器控制
14、的种类很多,有ATMEL公司生产的AT89XX系列单片机,其中AT89S52为8位的单片机,它是一种低损耗、高性能的CMOS微处理器,片内有8K字节的存储空间,128字节RAM、4个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器,寻址范围64K2。方案二:ATMEL公司生产的AVR单片机,它也有很多的特点,比如:体积小、集成度高、可靠性好、易于扩展、高速度、低功耗、功能强;是一款RISC精简指令高速8位单片机。但是其市场价格较高,且已经在MCU市场夹缝中生存,现在已有停产的趋势。方案三:宏晶科技公司生产的STC12C5A60S2单片机,它是一款增强型单片机。是一款高性能的微处理器,片内有6
15、0K字节的存储空间、1280字节SRAM、2个16位定时/计数器,兼容普通51单片机,没有定时器2,单有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器,工作频率是普通51单片机的10倍左右。综合所述,在本设计中,考虑到程序生成的HEX文件较大,并且需要较快的执行速度,选择宏晶科技公司生产的STC12C5A60S2单片机作为微处理控制器。 2、存储设备方案的选择方案一:CF卡是目前市场上历史悠久的存储卡之一,存储容量大,成本低,兼容性好,这些都是CF卡的优点,缺点则是体积比较大。方案二:Infineon和SanDisk公司共同推出的一种全新的小巧的存储卡产品MMC卡,但是它适用于对尺寸和电池续航能力要
16、求很高的手机以及其他手持便携设备。方案三:SD开中文翻译为安全数码卡,是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备,它被广泛的用于便携式装置上,例如数码相机、个人数码助理(PDA)和多媒体播放器等。SD卡大小犹如一张邮票,重量只有2克,但是却有高记忆容量、快速数据传输、极大的灵活性以及很好的安全。综合上述,在本设计中,考虑到SD卡比较常用,而且有较成熟的读取方法,所以选择SD卡作为本系统的存储设备。 3、音频解码器的选择方案一:使用STC12C2052AD单片机读取WAV格式音乐,利用PWM功能,把收到的数据合成声波,传输给外部音响播放。方案二:使用专门的数字音频解码芯片VS1003对MP3文件
17、进行硬件解码,VS1003可以解码多种音频文件格式,而且支持较高比特率的音乐,音质好3。综合上述,方案一只能进行软件解码,播放格式局限,而方案二支持硬件解码,音质好,集成度高,编程较为简单等优点,所以选择VS1003作为解码芯片。 1.4.2 软件选择 Keil uVision IDE是一个标准的Windows应用程序,集成了C51编译器、A51汇编器、L51连接器、实时操作系统、项目管理器及调试器等,可以完成编辑、编译、链接、调试及仿真等整个开发流程,可以用IDE编译C或汇编源文件。 uVision采用dScope51作调试器,该调试器支持MON51及系统模拟两种方式,高度功能强大。dSco
18、pe51是一个源级调试器和模拟器,可以调试C51编译器、A51汇编器、PL/M-51编译器及ASM-51汇编器产生的程序。根据Keil uVision IDE优点,本次设计选择Keil uVision4编辑。第2章 硬件电路设计2.1 硬件系统总体设计硬件系统由微控制器、解码模块、液晶显示模块、按键控制模块和存储模块组成。其系统硬件总框图如图2-1所示。在该硬件系统设计中,采用宏晶公司生产的STC12C5A60S2做为主控MCU。单片机通过SD卡存储器实现对硬盘的管理和对MP3歌曲、文档等数据信息的存储。接通电源后,单片机读取SD卡内信息并送入VS1003芯片中,通过VS1003芯片解码,实现
19、歌曲播放;在按键的控制下,通过LCD12864中菜单选项的选择,对歌曲及音量控制等功能。图2-1 系统硬件总体框图2.2 各硬件模块设计 2.2.1 微控制器设计单片机是微型计算机的一个重要分支。它使计算机从海量数值计算进入智能控制领域,并由此开创了工业控制的新局面。从此,计算机技术在两个重要的领域通用计算机领域和微控制器领域比翼齐飞,并逐渐融入人们的日常生活。将运算器、控制器、存储器和各种输入/输出接口等计算机的主要部件集成在一块芯片上,就能得到一个单芯片的微型计算机。它虽然只是一个芯片,但在组成和功能上已经具有了计算机系统的特点,因此称之为单片微型计算机(Single-Chip Micro
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