基于MCS-51单片机的MP3播放器设计
作者：董 凯
来源：《科技视界》 2014年第3期
董 凯
（曲阜师范大学 计算机科学学院，山东 日照 276826）
【摘 要】随着人们对便携式音乐播放器要求的提高，MP3播放器以其较小的体积和较好的音质赢得了广大音乐爱好者的青睐。本设计采用了ATMEL公司研发的以51内核单片机为核心的AT89C51SND1C芯片，结合A/D、D/A转换电路、音频解码、数据存储、功率放大、液晶显示等电路，最终实现了MP3播放器最基本的播放控制、音量控制、音效控制和显示功能。
【关键词】MP3播放器；AT89C51SND1C；USB通信
0 引言
起初.mp3文件只能由电脑来播放，随着互联网的发展，促进了MP3播放器的产生。随着人们对MP3产
品进一步的认识和更高层次的需求，MP3发生了一系列的变化，其更加小巧精致，更人机化和情趣化，个性区分也越来越强，应用场合也越来越广。它不仅具有音频播放功能，同时还具有嵌入式信息处理功能，通常被应用于汽车导航、移动电话、PDA等等，因此对MP3播放器的研究还是具有很高的市场价值的。
1 MP3播放器设计方案
1.1 MP3播放器工作原理
一个完整的MP3播放器要分为几个部分：中央处理器、解码器、存储设备、主机通讯端口、音频DAC和功放、显示界面和按键控制。
美丽的交换 其中，中央处理器和解码器是整个MP3播放器系统的核心部分。这样的中央处理器通常称为MCU（单片微处理器），即我们所说的单片机。它运行MP3播放器的整个控制程序，也称为firmware（固件程序），从而控制MP3播放器各个部件的工作。解码器是一块解码芯片，它可以直接完成各种格式MP3数据流的解码操作，从而输出PCM格式的数字音频信号。
漂洋过海来看你 中国好声音 存储设备是MP3播放器系统必不可少的组成部分。通常采用半导体存储器（Flash Memory）或者硬盘作为存储设备。它通过接收主机通讯端口传来的数据（通常以文件形式），播放的时候MCU读取存储器中的数据并送入解码器进行解码。
主机通讯端口是MP3播放器和PC机进行数据交换的途径。PC机通过该通讯端口可以对MP3播放器存储器内的数据（以文件形式存放）进行复制、剪切、删除等操作。这样，MP3播放器就成了主机的一个移动设备，实现了USB通信的功能。
音频DAC和功放是在解码器已解码出数字音频信号后，通过D/A转换将数字音频信号转化为模拟音频信号，并进行信号的功率放大以驱动耳机工作，输出好听的音乐。
显示界面和按键控制结合起来则是构成了MP3播放器人机交互
的界面，体现了产品的人性化。
1.2 设计方案选择
以Atmel公司生产的AT89C51SND1C芯片作为MP3播放器的主控芯片（MCU）、64M的Flash存储器K9F1208作为存储单元、USB接口、音频DA芯片PCM1770（内含耳机放大器）、电源升压芯片MAX856和稳压芯片AS1117、液晶显示屏LCD12232、操作按键共同构成的一个支持USB下载的功能完整的MP3播放器系统。
2 MP3播放器系统硬件设计
2.1 以AT89C51SND1C为核心的主电路设计
AT89C51SND1C是Atmel公司专门针对MP3设计需求研发的一款多媒体8位微处理器，使用通用的C51内核，集成了CPU和硬件解码器，为MP3设计提供了一套方便的解决方案。该芯片对电路的高度集成大大降低了系统的耗电和发热，提高了系统的稳定性和速度，抗干扰能力也显著增强。AT89C51SND1C具有丰富的外设集成，可简化电路的设计。
一吻天荒电视剧 2.2 USB接口电路设计
AT89C51SND1C芯片的USBDP、USBDN两个引脚通过图1的电路接到USB设备插口上。USB_INS定义的是IO端口P3.4，用于检测USB电缆上的5V电压，判断是否插入USB电缆，以决定系统是执行U盘功能还是MP3播放功能。
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2.3 Flash存储系统设计
Flash芯片选用的是Samsung公司生产的Flash存储器K9F1208。可实现程序自动擦写、页程序、块擦除、智能的读/写和擦除操作，内部有命令寄存器。
Flash芯片接口引脚：FALE(P2.2)、nFCE（P2.3）、FCLE（P2.1）、FR/nB（P2.0）。除此之外还有读写控制nWR、nRD以及8跟数据线AD0-AD7接到Flash芯片。电路如图2所示。程序中通过控制这几个IO端口来实现Flash芯片所需的命令、地址等时序。
2.4 音频D/A转换电路设计
音频转换芯片采用的是TI公司生产的PCM1770音频DAC芯片，低电压、低功耗，主要应用于便携式播放器、手机、PDA、自动选曲机等。
解码器解码出的数字音频信号送入立体声音频DA芯片PCM1770中，转换为模拟信号，输出的模拟信号可以直接驱动耳机。
2.5 LCD显示系统设计
范玮琪好听的歌推荐 LCD液晶显示模块采用LCD12232，5V电压供电，可以显示图形和文本，配上汉字字库，即可显示播放歌曲的名字，电路设计如图3所示。
3 MP3播放器系统软件设计
基于MP3播放器系统功能的构成，软件部分的设计可以分为主控程序、MP3播放程序、U盘程序这三个主要结构。而提供支持的则有文件系统和Flash读写程序，还有用于交互的LCD显示程序、键盘控制程序。
主控程序的功能是通过检测USB_INS（P3.4）的电平来决定系统是执行MP3播放功能还是U盘功能。这种检测只在上电复位时进行，所以播放过程中是无法进入U盘的。当USB_INS检测为高电平时，初始化USB部件，使能USB端点，循环执行U盘功能；当USB_INS检测为低电平时，初始化MP3部件，获取MP3歌曲播放列表信息，循环执行MP3播放功能。主控程序设计的流程图见图4。
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【参考文献】
［１］博创科技.MP3播放器与U盘设计[M].北京：清华大学出版社，2004.
［２］金建设.单片机系统及应用[M].北京：北京邮电大学出版社，2009.
［３］王振营，李满，杨君.Protel DXP 2004电路设计与制版实用教程[M].北京：中国铁道出版社，2006.
［４］晁阳.单片机MCS-51原理及应用开发教程[M].北京：清华大学出版社，2007.
［责任编辑：刘帅]
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