帶U盤(pán)功能的MP3播放器設(shè)計(jì)方案

3.1.1 主電路設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)的主芯片采用美國(guó)ATMEL公司的AT89C51SND1C，該芯片是一個(gè)2.5～3.3 V低電壓、80 mW低功耗、運(yùn)算速度高、功能完善、高度集成并且低成本的單芯片數(shù)字(MPEG1，2，2.53)音頻解碼器。其特點(diǎn)如下：1)基于8位C51MCU核(最大時(shí)鐘頻率20 MHz);2)內(nèi)部集成了單獨(dú)的MP3解碼器，而且支持48，44.1，32，24，22.05，16 kHz采樣頻率，支持左右聲道獨(dú)立的音量控制(軟件使用31級(jí))、重低音、中音、高音均衡控制(31級(jí))、重低環(huán)繞聲效果、輔助數(shù)據(jù)輸出、“CRC錯(cuò)誤”和“MPEG幀同步”指示;3)有44通用I/O口的嵌入式C51 Nand Flash，SSF-DC，I2S，SPI和IDE多種擴(kuò)展功能接口容易適應(yīng)多種應(yīng)用場(chǎng)合Flash/CD/HDD播放器等;4)具有適應(yīng)市場(chǎng)上不同的D/A轉(zhuǎn)換器的可編程的音頻輸出接口，兼容PCM格式和I2S格式;5)內(nèi)置2 304 B RAM;6)64KB Flash程序空間和4 KB引導(dǎo)閃存(AT89C51SND1)，在系統(tǒng)編程：通過(guò)USB，UART接口進(jìn)行在系統(tǒng)編程;7)USB1.1控制器，“Full speed”數(shù)據(jù)傳輸;8)內(nèi)置鎖相環(huán)，提供MP3音頻時(shí)鐘和USB時(shí)鐘;9)兼容MultiMedia Card(MMC)卡接口、Atmel Data Flash SPI接口、IDE/ATAPI(硬盤(pán))接口;10)通道10位A/D轉(zhuǎn)換器，8 kHz(8位真有效值)，包括電池電壓監(jiān)視和軟監(jiān)控的錄音;11)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器、硬件看門(mén)狗、帶有波特率發(fā)生器的標(biāo)準(zhǔn)通用異步串口、主從I2C控制器、主從SPI控制器;12)電源管理模塊。包括上電復(fù)位、軟件可編程MCU時(shí)鐘和空閑、掉電模式。

　　AT89C51SND1C內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化后實(shí)際就是64K80C51+MP3解碼器+USB，使用該芯片設(shè)計(jì)MP3播放系統(tǒng)具有很多優(yōu)點(diǎn)，如支持在系統(tǒng)編程不需要昂貴的仿真器，系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本降低;內(nèi)置2 304 B的RAM，方便用戶(hù)增加復(fù)雜的功能。此外，由于該芯片內(nèi)部集成了大量的接口，所以只需要很少的外圍器件如DC-DC，音頻D/A轉(zhuǎn)換器和存儲(chǔ)器就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的要求，這樣可以做到系統(tǒng)空間很小，這一點(diǎn)正好適應(yīng)現(xiàn)代系統(tǒng)設(shè)計(jì)的纖小而功能全面的要求。

　　3.1.2 存儲(chǔ)部分

　　采用三星公司的Nand Flash K9F1208作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用來(lái)存儲(chǔ)本系統(tǒng)所需播放的音樂(lè)文件。主芯片AT89C51SND1C和Flash存儲(chǔ)器間的通信跟讀取一般的存儲(chǔ)器RAM、EEPROM等基本上是一致，不同的就是多了CLE和ALE這2個(gè)引腳，這是由Flash本身的特點(diǎn)所決定的。主芯片通過(guò)讀取R/B這個(gè)引腳來(lái)判斷Flash讀寫(xiě)是否完成的，如果正在讀寫(xiě)那么這個(gè)引腳就為低電平表示正忙，如果讀寫(xiě)完成，該引腳電平變高，處于READY(準(zhǔn)備)狀態(tài)，等待下次操作。ALE和CLE這兩個(gè)信號(hào)均為上升沿有效。WP引腳為寫(xiě)保護(hù)，用來(lái)保護(hù)當(dāng)電源由于切換等造成不穩(wěn)定的情況下丟失數(shù)據(jù)的情況。

　　3.1.3 接口部分

　　AT89C51SND1C內(nèi)嵌了USB1.1控制器，這樣便于與外部PC機(jī)的連接。AT89C51SND1C有特定的引腳來(lái)檢驗(yàn)USB接口是否接入U(xiǎn)SB主機(jī)設(shè)備，當(dāng)電平由低變高，表示已接入U(xiǎn)SB主機(jī)，系統(tǒng)進(jìn)入U(xiǎn)盤(pán)功能。該控制器支持全速數(shù)據(jù)傳輸，所需的48 MHz的參考時(shí)鐘是由PLL鎖相環(huán)提供給控制器的?？刂破鲀?nèi)部通過(guò)數(shù)字鎖相環(huán)DPLL生成控制器內(nèi)部所需的12 MHz的時(shí)鐘。如圖3所示，USB接口電路中除了根據(jù)USB協(xié)議的要求，要在D+、D-上串聯(lián)20 Ω電阻，并在D+上接一個(gè)1.5 KΩ的上拉電阻，還增加了一個(gè)USB插入的檢測(cè)電路以及USB工作指示燈。USB插入檢測(cè)電路由一個(gè)電阻分壓組成。當(dāng)USB插入PC上的USB接口時(shí)，USB_Insert信號(hào)會(huì)輸出高電平到P3.4，此引腳檢測(cè)到此信號(hào)后，便會(huì)執(zhí)行U盤(pán)功能;否則，程序運(yùn)行時(shí)會(huì)執(zhí)行MP3功能。P3.5輸入低電平時(shí)，VD1會(huì)點(diǎn)亮，這個(gè)二極管用于表示USB的數(shù)據(jù)交換狀態(tài)，當(dāng)USB的端點(diǎn)有數(shù)據(jù)交換時(shí)，此燈會(huì)閃爍。

　　3.1.4 D/A轉(zhuǎn)換部分

　　當(dāng)MP3或者WMA等格式的音樂(lè)文件經(jīng)過(guò)主芯片內(nèi)部解碼后為數(shù)字信號(hào)，而人耳所能識(shí)別的信號(hào)卻為模擬信號(hào)，系統(tǒng)利用CS4330進(jìn)行轉(zhuǎn)換。AT89C51SND1C從Flash中讀取數(shù)據(jù)之后，將MP3格式的音樂(lè)在其內(nèi)部進(jìn)行硬件解碼為二進(jìn)制數(shù)據(jù)，之后通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器CS4330來(lái)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成人耳可以接受的音樂(lè)。主芯片AT89C51SND1C內(nèi)部有一個(gè)音頻輸出接口，支持不同格式的音頻數(shù)據(jù)流格式，如PCM格式和I2S格式，該接口可以跟幾乎所有的通用音頻D/A轉(zhuǎn)換器相連。CS4330在改善音頻質(zhì)量，降低信噪比等方面都很好。同時(shí)AT89C51SND1C內(nèi)部集成了MP3硬件解碼器，系統(tǒng)不需要外接額外的解碼器。解碼后的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換后還原為模擬音頻信號(hào)。

　　3.1.5 控制部分

　　播控系統(tǒng)的設(shè)置通過(guò)按鍵來(lái)選擇，AT89C51SND1C提供4個(gè)按鍵輸入口，連接USB前，短接了DFU跳線(xiàn)，運(yùn)行Boot Loader，進(jìn)入到固件下載;接到USB前，按下了FORMAT，則格式化U盤(pán);連接到USB，不按任何鍵，則進(jìn)入U(xiǎn)盤(pán)功能。使用電池供電時(shí)，不按任何鍵，則進(jìn)入MP3模式。MP3鍵盤(pán)由4個(gè)鍵組成，分別為Play/Pause鍵、Preview鍵、Next鍵和Func鍵：Func，功能切換;Next，向后;Previous，向前;Pla-y/Pause，播放/暫停。用戶(hù)在使用播放器時(shí)可以方便地根據(jù)自己的喜好來(lái)選擇歌曲播放或暫停。操作狀態(tài)和設(shè)置信息通過(guò)LCD1602來(lái)顯示。LCD采用液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形。液晶顯示具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，正好適應(yīng)MP3播放器的需求。