基于单片机的MP3播放器设计.doc
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1、基于单片机的MP3播放器设计 * 焦作大学机电工程系 毕业设计 中图分类号: 基于单片机的MP3播放器设计 专业名称:应用电子技术学生姓名:*导师姓名: 职 称: 焦作大学机电工程系2011年 12 月 中图分类号: 密级:UDC: 单位代码: 基于单片机的MP3播放器设计Based on SCM MP3 player design姓 名*学制3年专 业应用电子技术研究方向单片机导 师靳孝峰职称教授论文提交日期2011-12-1论文答辩日期2011-12-26 焦作大学机电工程系摘要随着电子技术的发展,MP3播放器是目前市场上流行的消费类数码产品之一,具有大容量、高音质、小巧便携等特点而倍受广
2、大消费者的青睐。随着嵌入式技术的发展,MP3播放器的体积越来越小,功能越来越强大。本设计主要研究MP3播放器的结构和工作原理。通过单片机的控制作用,用模块化的方法实现MP3播放器的功能。本文采用ETC公司的微控制器STC89C58RD+,结合解码芯片VS1003、USB接口芯片CH375、LCD等外围设备设计并实现了MP3播放器。主要功能有:播放VS1003支持的所有音频文件,包括MP3,WMA,WAV文件,且音质非常好,具有按键控制播放上一首下一首、音量增减等,可通过LCD显示歌曲名字和播放状态信息等功能。本设计需要考虑C语言的可行性,外围设备的兼容性等问题。关键词:单片机 MP3播放器 V
3、S1003 CH375 AbstractWith the development of electronic technology, the MP3 player is the market for consumer products one of digital fashion, with large capacity and high quality, small portable, etc. And highly consumers of all ages. Along with the development of the embedded technology, the volume
4、 of MP3 players more and more small, the function is more and more powerful. This design is the main research MP3 player of the structure and working principle. Through the single-chip microcomputer control function, with modular method of MP3 players function. In this paper the micro controller ETC
5、 company STC89C58RD +, combined with the decoder chip VS1003, USB interface chip CH375, LCD and peripheral design and realize the MP3 player. Main function: to play VS1003 support all of the audio files, including MP3, WMA, WAV files, and the sound quality is very good, has played a key control on a
6、, volume increase or decrease/next, and so on, can be through the LCD display name songs and playing state information etc. Function. This design need to consider the feasibility of the C language, peripheral equipment compatibility. Keywords: SCM MP3 player VS1003 CH375 目录引言1第1章 MP3播放器的基础知识21.1 MP3
7、概述21.2 MP3格式的特点21.3 MP3的功能31.4 MP3播放器的工作原理41.5 MP3播放器的内部结构4第2章 MP3播放器的硬件系统设计621 单片机读取MP3数据模块6211 单片机控制器6212 USB接口芯片CH3756213 工作原理922 音频解码模块10221 音频解码芯片VS100310222 工作原理1323 键盘及显示模块132.3.1 Nokia5110 LCD概述132.3.2 Nokia5110 LCD管脚分配142.2.3Nokia5110 LCD 原理图1524 电源模块15第3章 软件系统设计16第4章 结语17参考文献18附录 软件源程序19附录
8、 原理图49致谢50 引言便携式MP3播放器作为一种集音频播放、数据存储为一身的数码产品,其功能结构为电子设计人员所津津乐道。MP3是MPEG一1音频 III(1ayerIII)的简称。MPEG一1音频(ISOIECll 1723)是目前普遍运用 的音频压缩规则,其中层III的算法最为复杂,但压缩比最大,效果也最好,在低码率的条件下基本能达到CD的音质效果。MP3 规则用尽可能低的码流实现CD音质的声音而不会产生数据损失。如果对于一段声音不执行 压缩的话,那么每存储一秒钟的立体声CD音质音乐必须用 14Mbit,这是个十分大的开销。通过运用MPEG音频规则的压缩技能,我们可以把存储空间压缩到原
9、来的112而不会降低声音的音质。即使运用 124的压缩因子,仍然比单纯降低采样率的音质要好。低数据量和高播放品质的优点使其成为音乐存储、数字广播、网上音乐传输的主要方式。人们不仅可以运用计算机软件,还可以通过数字随身听来赏析音乐。本设计以STC89C58RD+单片机为核心,设计了MP3播放器。 第1章 MP3播放器的基础知识1.1 MP3概述MP3的全称是Moving Picture Experts Group Audio Layer III。就是采用国际标准MPEG中的第三层音频压缩模式,对声音信号进行压缩的一种格式,中文也称“电脑网络音乐”。是当今较流行的一种数字音频编码和有损压缩格式。M
10、PEG中的第三层音频压缩模式比第一层和第二层编码要复杂,但音质要比第一层和第二层高,甚至可与CD音质相比。CD唱片采样率频率为44.1MHz, 16Bits,数据量为1.4Mbps,而相应的MP3数据量仅为32kbps320kbps,是原始数据量的1/41/40。也就是说传统的一张CD现在可以存放440倍的音乐,但是在人耳听起来, 感受到的音乐效果却没有什么不同。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本身是一种压缩与解压缩的计算方式,用来处理高比率的声音信息。它所生成的声音文件音质接近CD,而文件大小却只有CD的十二分之一。
11、若一张光盘能存储约15-20首的 CD格式音乐,若存成MP3格式,则可储存几百首,这就是它的魅力。MP3出现的最初目标是为了减少文件大小,以便于资料在网络上传输,并且保持和原来相近的播放品质。MP3播放器的压缩率可以达到1/41/40,但在人耳听起来,却并没有什么失真,因为它将超出人耳听力范围的声音从数字音频中去掉,而不改变最主要的声音。此外,MP3播放器也可以上传、下载其他任何格式的电脑文件,MP3播放器具有移动存储功能。MP3播放器其实就是一个功能特定的小型电脑。在MP3播放器小小的机身里,拥有MP3播放器存储器(存储卡)、MP3播放器显示器(LCD显示屏)、MP3播放器中央处理器MCU(
12、微控制器)或MP3播放器解码DSP(数字信号处理器) 等。1.2 MP3格式的特点(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,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
13、如便携式媒体播放器(指MP3播放器)DVD和CD播放器。1.3 MP3的功能MP3的功能越来越多,它与PDA、手机一样,都向多功能方面发展,尽可能吸收其它产品的功能,以便增加产品卖点。购买时要按需入手,别盲目性地追求多功能,功能越多价格越贵,而且买回来之后,你会发现有许多是跟本用不上的。可移动硬盘:电脑直接把MP3识别为一个移动存储器,可存放音乐以外的各种文件 。固件升级:解决发布产品后的己知软件、硬件故障,增加新功能 。文件夹浏览:按文件夹方式存储不同的歌曲,并且以此为单位播放,无须所有MP3都放于同一目录下面,提高管理易用性。 多国语言:主要支持中文简体、中文繁体、韩文、日文、英文,某些机
14、型甚至有26国语言。 A-B复读:反复读某一段的内容,便于学习外语 。文字阅读:通常只有屏幕大的MP3有此功能,可以当电子书看,某些产品还支持PDA的文本格式。如果固件容量足够,还可以下载各种不同的中外文字体。自动卷轴功能也很有用,自动向上或者向下翻页时背景灯长亮,既省去了自己翻页的麻烦,也完全弥补了小显示屏的缺点。甚至能边看书边听MP3,如同功能简化的PDA。 TTS(text-to-speech,文本语音朗读),把文本直接用MP3发声转换为文字,机器声没有语气和节奏变换,听起来会觉得很奇怪,但很适合不想看书的懒人 。字典:英汉字典,用作翻译之用,注意,MP3控制键有限,输入英文单词并不容易
15、 。自动录音功能:通过SAD(Sound Activity Detector,声音激活侦察器),可设定无声时间长短,只有当有声音时才会录音,不但节省内存空间,更在回放时节省时间。 远程录音:使用AGC(Auto Gain Control,自动增益控制),可调节灵敏度和录音质量(低,重,高),适用远距离外部录音,如:会议 。FM:收听电台,许多产品都能预设若干个频道,无须每次调节 。FM录音:把电台内容转存为MP3,某些产品还有FM录音!可以输入星期几,几时几分开始对多少赫兹的频道进行录音,这对于喜欢的广播节目或者外语学习节目不会因为忙碌而错过,可录制下来慢慢听。 EQ设置:即为音效的设置。几乎
16、每款产品都会有几种已经预置的音效设置,如普通、摇滚、爵士、流行、古典。有的MP3还支持自定义音效设置,用户可以根据自己的喜好来定制。但无液晶屏显示的产品,这些EQ设置几乎就不存在了,仅有本身固化的一种音效模式。这样对于一些特别忠爱个性音乐效果的朋友就显得有些残忍了。 直录:把外部音源(CD/MD随身听、家庭音响、电脑)编码压缩为音乐文件,直接存在MP3上。由于MP3机内置的编码芯片性能较差,音质比不上电脑压缩的音乐文件。 时钟:时间设置可以输入月日,时分,又能作为手表用了 。定时关机:可设定时间在0180分之间定时关机,当然也可以设定060分之间的无操作自动关机,最方便晚上睡觉前听歌。 图片浏
17、览器:不仅可以浏览拍摄下来的照片,更可以欣赏电脑下载的图片。因为MP3的屏幕小,分辨率相对较高看图片会觉得份外精美,但大多数屏幕都有比例限制,比例不对则会出现变形而无法正常显示现象。 数码相机:如同手机初期的摄像头那样,采用10 - 30万像素1/5.5 CMOS镜头,CMOS主要缺点就是亮度感应慢,所以在光线充足的环境下拍摄出来的效果才比较好。CMOS的最大优点就是体积小,最适合装在MP3随身听上。摄像头本身也有多种功能,能进行数码变焦,多种效果拍摄等。1.4 MP3播放器的工作原理MP3播放器是利用数字信号处理器DSP(Digital Sign Processer)来完成处理传输和解码MP
18、3文件的任务的。DSP掌管随身听的数据传输,设备接口控制,文件解码回放等活动。DSP能够在非常短的时间里完成多种处理任务,而且此过程所消耗的能量极少(这也是它适合于便携式播放器的一个显著特点)。首先将MP3歌曲文件从内存中取出并读取存储器上的信号到解码芯片对信号进行解码通过数模转换器将解出来的数字信号转换成模拟信号再把转换后的模拟音频放大低通滤波后到耳机输出口,输出后就是我们所听到的音乐了。1.5 MP3播放器的内部结构MP3播放器由液晶显示屏(现在出现了一种毛绒摄像头,是没有显示屏的)、微处理器、数码信号处理器(DSP)芯片、输入输出控制器、放大器和一些按钮组成。微处理器是播放器的“大脑”,
19、用来接受用户选择的播放控制,并将当前播放的歌曲信息显示在液晶显示屏上,然后向数据信号处理芯片发出指令,使其准确地处理音频信号。数码信号处理器先用解压算法将MP3文件解压,接着用数模转换器将数码信息转换成波形信息,然后由放大器将信号放大并送到音频端口,最后我们就可以通过接在音频端口的耳机听到动听的音乐了。 第2章 MP3播放器的硬件系统设计MP3播放器的硬件系统包括读取MP3数据模块,音频解码模块键盘及显示模块,电源模块等组成。系统工作原理框图如图1所示。系统启动后,单片机通过USB接口芯片CH375,从U盘中获取MP3格式文件的数据,并存入片内RAM进行缓冲,然后单片机定时将数据从缓冲区送到M
20、P3音频解码芯片VS1003,实现解码并输出音频信号到耳机或者有源音响输出。用户可以通过键盘实现“启动”、“上一曲”、“下一曲”、“音量控制”及“停止”等功能,并将播放状态信息通过LCD显示。系统框图如图1所示。21 单片机读取MP3数据模块 数据读取模块包括单片机控制器,USB串行数据转换成8位并行数据CH375芯片和MP3格式数据存储U盘3部分。211 单片机控制器采用宏晶公司的STC89C58RD+单片机,该单片机最高可工作于33 MHz时钟,具有32 KB的FLASH,1 KB的内部RAM,引脚与指令系统均与51单片机兼容。本设计中,单片机工作在30 MHz的系统时钟下,能满足系统对数
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