基于AVR單片機(jī)的U盤MP3設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　隨著電子技術(shù)的發(fā)展，MP3播放器向著大容量，小型化發(fā)展。但播放器與存儲(chǔ)器一體化的設(shè)計(jì)使得MP3難以擴(kuò)充容量以容納更多的歌曲。將播放器與存儲(chǔ)器分離是MP3目前發(fā)展的另一方向。本文介紹了一種利用AVR控制以HOST USB方式讀取U盤的音樂(lè)文件并將其解碼的播放的解決方案。本方案同時(shí)具備讀取音樂(lè)標(biāo)簽，U盤電子書，貪吃蛇游戲等功能，具有商業(yè)價(jià)值。

　　1　系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介

　　本設(shè)計(jì)主要完成對(duì)存儲(chǔ)在U盤中的音樂(lè)及文本等信息的讀取操作，能夠完成U盤內(nèi)MP3音樂(lè)數(shù)據(jù)的播放及標(biāo)簽信息的顯示，實(shí)現(xiàn)播放器與存儲(chǔ)器分離，并在此基礎(chǔ)上完成電子書，貪吃蛇游戲等功能。

　　2　系統(tǒng)芯片選擇

　　本設(shè)計(jì)MCU選擇ATMEL公司的ATmega64作為主控芯片。ATmega64是高性能、低功耗的8位AVR微處理器，具有先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)。64K字節(jié)系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，2K字節(jié)EEPROM，4K字節(jié)片內(nèi)SRAM，64個(gè)引腳，53個(gè)可編程I/O口，具有可工作于主機(jī)/從機(jī)模式的SPI串行接口音頻解碼芯片選擇芬蘭VLSI公司生產(chǎn)的VS1003。VS1003是一款具有MP3/WMA/MIDI音頻解碼及ADPCM編碼功能的芯片，它包含一個(gè)高性能，低功耗的DSP內(nèi)核VS_DSP，工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，為用戶應(yīng)用提供5KB的指令RAM和0.5KB的數(shù)據(jù)RAM。一個(gè)串行的控制和數(shù)據(jù)接口，4個(gè)通用I/O口，一個(gè)UART，一個(gè)高質(zhì)量可變采樣率的ADC和立體聲DAC，一個(gè)耳機(jī)放大器和地線緩沖器。

　　USB通信芯片選擇CH375，CH375是一個(gè)USB總線的通用接口芯片，支持USB-host主機(jī)方式和USB-DEVICE/SLAVE設(shè)備方式。在本地端，CH375具有8位數(shù)據(jù)總線和讀、寫、片選控制線以及終端輸出，可以方便地掛接到單片機(jī)等控制其的系統(tǒng)總線上。內(nèi)置控制傳輸?shù)膮f(xié)議處理器，簡(jiǎn)化常用的控制傳輸。支持低功耗模式。

　　3　系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

　　3.1　MP3解碼芯片與ATmega64的硬件連接

　　VS1003使用同步串行總線SPI通信，ATmega64內(nèi)部集成有SPI總線控制器，故將SCLK，MOSO，MOSI直接與MCU的SPI控制引腳相連接即可。另外將XCS，XRES，DREQ，XDCS分別于PB4~PB7相連接，即可完成對(duì)解碼芯片的控制。

　　3.2　CH375與ATmega64的硬件連接

　　本設(shè)計(jì)中，CH375工作在HOST模式下，八位雙向數(shù)據(jù)總線D0~D7分別于MCU的PD0~PD7相連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與命令的并行傳輸。A0，RD，WR，INT，CS分別于PC3~PC7相連接。這種連接可以很方便的將CH375掛接到各種MCU系統(tǒng)總線上。

　　3.3　彩屏與ATmega64的硬件連接

　　彩屏與MCU實(shí)現(xiàn)并口數(shù)據(jù)命令傳輸，將其16位數(shù)據(jù)命令口與MCU的PA0~PA7以及PE0~PE7相連接，另外將彩屏的片選CS，數(shù)據(jù)命令選通RS，寫選通WR，讀選通RD，及復(fù)位RST分別于MCU的PG0~PG4相連接。

　　系統(tǒng)啟動(dòng)后，在ATmega64的控制下，首先將數(shù)據(jù)從U盤中取出，如果是音頻數(shù)據(jù)，則直接送入VS1003進(jìn)行解碼，VS1003將接收到的數(shù)據(jù)解碼后轉(zhuǎn)換為模擬音頻后，通過(guò)功率放大器輸出。若收到的是文本數(shù)據(jù)，則進(jìn)行字符格式轉(zhuǎn)換，并在液晶屏上顯示出來(lái)。

　　4　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)主要分為VS1003的驅(qū)動(dòng)程序，CH375的驅(qū)動(dòng)程序，彩屏的驅(qū)動(dòng)程序以及整體的整合。(分別為：vs1003.cch375.c TFT_ili9320.c mp3_play.c )

　　4.1　FAT文件系統(tǒng)管理

　　一個(gè)FAT文件系統(tǒng)包括四個(gè)不同的部分。保留扇區(qū)，F(xiàn)AT區(qū)，根目錄區(qū)，數(shù)據(jù)區(qū)。其中保留區(qū)中的第一個(gè)分區(qū)必須是BPB，也稱作“引導(dǎo)扇區(qū)”，因?yàn)樗袑?duì)文件系統(tǒng)進(jìn)行識(shí)別的關(guān)鍵信息，計(jì)算機(jī)將以此信息識(shí)別存儲(chǔ)器文件格式，因此十分重要。

　　FAT區(qū)包含有兩份文件分配表，這是出于系統(tǒng)冗余考慮，盡管它很少使用，即使是磁盤修復(fù)工具也很少使用它。它是分區(qū)信息的映射表，指示簇是如何存儲(chǔ)的。根目錄區(qū)是在根目錄中存儲(chǔ)文件和目錄信息的目錄表。在FAT32下它可以存在分區(qū)中的任何位置，但是在早期的版本中它永遠(yuǎn)緊隨FAT區(qū)域之后。數(shù)據(jù)區(qū)是實(shí)際的文件和目錄數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的區(qū)域，它占據(jù)了分區(qū)的絕大部分。

　　4.2　U盤的讀取

　　由于CH375內(nèi)置控制傳輸?shù)膮f(xié)議處理器，因此讀取U盤可以通過(guò)控制CH375的寄存器來(lái)進(jìn)行U盤的讀取。CH375以C語(yǔ)言子程序庫(kù)提供了USB存儲(chǔ)設(shè)備的文件級(jí)接口，這些應(yīng)用層接口API包含了常用的文件級(jí)操作，可以移植并嵌入到常用的單片機(jī)程序中。CH375的U盤文件級(jí)子程序庫(kù)具有以下特性：支持常用文件系統(tǒng)，支持多級(jí)子目錄，可以支持小寫字母或者長(zhǎng)文件名，支持文件打開(kāi)、新建、刪除、讀寫以及搜索等。CH375的文件級(jí)子程序庫(kù)需要大約600Byte的隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM作為緩沖區(qū)。文件級(jí)子程序庫(kù)的所有API在調(diào)用后都有操作狀態(tài)返回，但不一定有應(yīng)答數(shù)據(jù)。主要子程序如下：

　　(1)初始化CH375芯片： CH375Init; ( 2 )打開(kāi)文件：CH375Fileopen;(3)枚舉或者搜索文件：CH375FileEnumer;(4)關(guān)閉文件： CH375FileClose; (5)以扇區(qū)為單位從文件讀數(shù)據(jù)：CH375FileReadX; ( 6 )以扇區(qū)為單位向文件寫數(shù)據(jù)：CH375FilewriteX。