隨著人們對(duì)便攜式音樂播放器要求的提高，MP3播放器以其較小的體積和較好的音質(zhì)贏得了廣大音樂愛好者的青睞。MP3播放器是一種新興的數(shù)字音樂播放器，播放MP3、WMA等格式的文件。通過用MPEG-1 Layer 3編碼技術(shù)，可以得到大約12：1壓縮的有損音樂信號(hào)。盡管MP3音樂是有損的，它在壓縮過程中對(duì)功率譜較弱的信號(hào)有所丟失，但它同CD原聲區(qū)別不大，不影響一般音樂愛好者對(duì)音樂的欣賞。MP3大大縮小了聲音文件的長(zhǎng)度，使音樂的存儲(chǔ)和傳輸更方便。起初，MP3文件只能由電腦來播放，隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，促進(jìn)了MP3播放器的產(chǎn)生，隨著人們對(duì)MP3產(chǎn)品進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)和更高層次的需求，MP3發(fā)生了一系列的變化，其更加小巧精致，更人機(jī)化和情趣化，個(gè)性區(qū)分也越來越強(qiáng)。還出現(xiàn)了功能的融人和產(chǎn)品的整合，總之，MP3播放器正朝著功能強(qiáng)大、外觀豐富、價(jià)格便宜的方向發(fā)展。本設(shè)計(jì)以C51內(nèi)核單片機(jī)為，設(shè)計(jì)了MP3播放器。

　　1 MP3硬件設(shè)計(jì)

　　在該硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，采用Atme 1公司生產(chǎn)的AT89C51SNDlC作為主控MCU。AT89C5lSNDlC是ATMEL公司專門針對(duì)MP3的需求而設(shè)計(jì)的一款多媒體8位微處理器，使用通用的C51內(nèi)核，片上集成了多種外設(shè)，為MP3產(chǎn)品提供了一套方便的解決方案。該芯片對(duì)電路的高度集成大大降低了系統(tǒng)的耗電和發(fā)熱，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和速度，抗干擾能力也顯著增強(qiáng)。AT89C51SNDlC具有如下外設(shè)的集成，大大簡(jiǎn)化了電路的設(shè)計(jì)：a.MP3硬件解碼器；b.可編程音頻輸出接口DAC；c.8位MCU C51：d.USBl.1控制器；e.內(nèi)建鎖相環(huán)PLL；f.多媒體卡接口適配器；g.SPI接口適配器；h.IDE／ATAPI接口；i.兩路10位ADC，8kHz；j.44個(gè)通用I／0；k.兩個(gè)16位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器；1.硬件看門狗定時(shí)器；m.標(biāo)準(zhǔn)全工UART；n.兩線主被動(dòng)模式控制器；o.SPI主被動(dòng)模式控制器；p.電源管理模塊。

　　整個(gè)播放器的結(jié)構(gòu)框圖如圖l所示。PC機(jī)通過USB接口實(shí)現(xiàn)對(duì)U盤的MP3歌曲、文檔等數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)。系統(tǒng)啟動(dòng)后，由MCU控制將儲(chǔ)存于Flasht辛歌曲的碼流信息送入MP3解碼芯片中解碼，并產(chǎn)生解碼輸出。在系統(tǒng)的DAC模塊通過CS4340芯片把解碼輸出轉(zhuǎn)換為模擬音頻聲音后， 經(jīng)功放電路音頻放大并驅(qū)動(dòng)耳機(jī)，實(shí)現(xiàn)MP3歌曲的播放。系統(tǒng)硬件包括主控MCU、解碼器、Flash存儲(chǔ)系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、按鍵和D／A轉(zhuǎn)換器等幾部分。

　　1.1 解碼部分

　　這是MP3播放器的部件， 本設(shè)計(jì)采用硬件解碼技術(shù)。在本系統(tǒng)中筆者采用AT89C51SNDlC芯片。該芯片是一塊自帶MPEG I／II—Layer硬件解碼器和Human Interface的51內(nèi)核單片機(jī)。它可支持對(duì)8～320kbps基本數(shù)據(jù)流的解碼，支持的取樣頻率范圍為16～48kHz，非常適合于MPEG的音頻解碼， 并帶有數(shù)字語音錄音的MPEG播放模塊， 具有很高的性價(jià)比。解碼后的信號(hào)是可以直接輸出到DAC的立體聲、單聲道或雙聲道的數(shù)字信號(hào)，SP—CA751A與DAC的接口是可編程的。只要通過通用的串行I／0口和控制接口就能對(duì)MPEG比特流進(jìn)行I／0和回放控制，系統(tǒng)控制器能很輕易地對(duì)MPEG音頻信號(hào)進(jìn)行解碼。通過一個(gè)通用的可編程I2S接口，就能把一解碼的音頻PCM數(shù)據(jù)輸出到外部的DAC中，因此，大多數(shù)常用的音頻DAC都能和本芯片兼容，本設(shè)計(jì)采用的是CS4340芯片。

　　1.2 存儲(chǔ)部分

　　現(xiàn)采用1GB的FLASH存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器能夠存儲(chǔ)19小時(shí)128kbps（達(dá)到CD音質(zhì)）的音樂，該系統(tǒng)采用了SAMSUNG公司的1GB FLASH存儲(chǔ)芯片K9F5608UOB。

　　1.3 接口部分

　　一般通過PC的USB接口進(jìn)行MP3文件的，傳輸速率為12Mbps。由于Atmel公司生產(chǎn)的AT89C5lSNDlC芯片僅支持USBl.1技術(shù)規(guī)范，因此接口速度稍慢。但對(duì)于MP3播放來說，可以滿足需要。

　　1.4 電源管理

　　便攜式MP3的體積小，可以使用兩節(jié)7號(hào)電池（3VDC）供電，同時(shí)也可以通過USB接口取電，因此采用低電壓以及進(jìn)行有效的功率管理是非常必要的。

　　2 MP3軟件設(shè)計(jì)

　　硬件是設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，軟件是設(shè)計(jì)的靈魂。MP3程序由兩大部分組成：MP3播放功能模塊和USB通訊功能模塊。此外，為了調(diào)試方便，還有調(diào)試功能模塊。此模塊在系統(tǒng)軟件調(diào)試中使用，當(dāng)MP3系統(tǒng)正常工作時(shí)去除。

　　MP3播放功能模塊的工作分為兩個(gè)部分：

　　部分是循環(huán)播放MP3歌曲，該功能需要首先做一些初始化工作，MP3解碼器一旦開始工作，就會(huì)一直向CPU請(qǐng)求數(shù)據(jù)，直至歌曲結(jié)束，只有通過鍵盤操作才會(huì)使該功能提前結(jié)束。因?yàn)镸P3文件的數(shù)據(jù)量較大，在flash存儲(chǔ)器內(nèi)是以頁為單位進(jìn)行存儲(chǔ)的，所以MP3的播放程序初始化就是要把該文件的首地址和頁數(shù)先讀出到CPU中，然后CPU可以根據(jù)如上數(shù)據(jù)進(jìn)行取數(shù)據(jù)工作。

　　第二部分則一直在等待中斷發(fā)生，該程序是與鍵盤結(jié)合起來的，主要用于使用者對(duì)播放過程的控制。鍵盤操作對(duì)MP3播放過程的控制還包括后退、躍進(jìn)、跳到下一首、音量控制等。因?yàn)檎麄€(gè)播放過程的鍵盤控制功能比較單一，沒有鍵的復(fù)合操作，所以程序都很容易實(shí)現(xiàn)。當(dāng)MP3播放器插入到USB接口時(shí)，系統(tǒng)執(zhí)行USB通訊功能模塊，該模塊主要用于對(duì)flash存儲(chǔ)器內(nèi)的文件數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。固件程序是該模塊開發(fā)的主要工作，由于AT89C5lSNDlC沒有外部中斷引腳，USB中斷沒有中斷向量地址入口，因此該固件程序的框架采用查詢工作方式。

　　3 FAT文件格式

　　因?yàn)樵撓到y(tǒng)還要具有U盤的功能，所以存儲(chǔ)器中的文件還要能夠讓計(jì)算機(jī)讀寫和識(shí)別，也就是所有的文件還要嚴(yán)格滿足計(jì)算機(jī)文件系統(tǒng)格式的要求。在所有計(jì)算機(jī)文件系統(tǒng)中，F(xiàn)AT是比較常用的一種。

　　一個(gè)FAT文件系統(tǒng)卷由4個(gè)部分組成：保留區(qū)、FAT區(qū)、根目錄區(qū)、文件和目錄數(shù)據(jù)區(qū)。其中保留區(qū)中的個(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)存放的是文件分配表。操作系統(tǒng)的存儲(chǔ)空間是按簇來分配的，簇是操作系統(tǒng)分配的存儲(chǔ)單元，每個(gè)簇在FAT表中占據(jù)一個(gè)16位的位置，稱為一個(gè)表項(xiàng)。同一個(gè)文件的數(shù)據(jù)并不一定存放在存儲(chǔ)區(qū)的一個(gè)連續(xù)的區(qū)域內(nèi)，往往會(huì)分成若干段，像一條鏈子一樣的存放，這種存儲(chǔ)方式稱為文件的鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)。為了實(shí)現(xiàn)文件的鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)，必須準(zhǔn)確地記錄哪些簇已經(jīng)被占用，還必須為每一個(gè)已經(jīng)占用的簇指明后繼內(nèi)容的下一個(gè)簇的簇號(hào)，對(duì)于一個(gè)文件的一個(gè)簇，則要指明本簇沒有后繼簇，這些就是由FAT表來存儲(chǔ)的。

　　根目錄區(qū)存放的是目錄項(xiàng)，每個(gè)目錄項(xiàng)為32個(gè)字節(jié)，記錄一個(gè)文件或目錄的信息。目錄項(xiàng)所占的空間與目錄項(xiàng)的個(gè)數(shù)有關(guān)。

　　文件和目錄數(shù)據(jù)區(qū)是真正存放文件數(shù)據(jù)的位置，所有數(shù)據(jù)都是按照以上信息分配存儲(chǔ)的。

　　4 結(jié)束語

　　本文提出基于C51內(nèi)核單片機(jī)的MP3播放器的設(shè)計(jì)方法，此MP3播放器系統(tǒng)既有播放歌曲的功能又有U盤功能。兩種功能的轉(zhuǎn)換用USB接口檢測(cè)電路來控制。當(dāng)MP3播放器上的USB設(shè)備插入PC機(jī)上的USB接口進(jìn)行文件時(shí)執(zhí)行U盤功能，否則程序運(yùn)行執(zhí)行MP3功能。此設(shè)計(jì)低功耗，易擴(kuò)展，性價(jià)比高，與同類產(chǎn)品相比，有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力和實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn):

[1]. CS4340 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/CS4340_233083.html.