基于AVR单片机MP3播放器的设计与实现

2015-10-15范小鸥

吉林建筑大学学报 2015年3期

范小鸥

(吉林建筑大学计算机科学与工程学院，长春 130118)

0 引言

目前，一个以微电子技术、计算机和通信技术为先导的，以信息技术和信息产业为中心的信息革命方兴未艾，在实现MP3播放的功能后，可以实现精密播放MP3文件的实时性、准确性、高效性成为嵌入式研究的热门课题．经过数年的发展，MP3播放器作为一种便携的音频、视频播放设备，早已受到广大消费者认可．另外，目前硬盘、闪存、主控芯片、液晶屏幕等主要部件的技术已经非常成熟，MP3产品的生产成本已经降到较低水平，许多厂商已经开始在操控体验、界面设计、网络功能、智能化等方面入手，实现产品升级．这既开拓了MP3播放器市场发展的思路，也有助于走出价格战的死胡同．近年来，国产MP3播放器品牌取得长足发展，凭借其性价比优势与国外强势品牌同场竞技．

1 系统总体方案

系统设计是以基于AVR单片机的MP3数字音频播放系统软件设计过程为主要内容，阐述其相关技术和具体实现流程，其中重点分析FAT32文件系统在AVR单片机上的移植．整个系统利用AVR单片机作为系统的中央控制器，采用VS1003解码芯片作为MP3解码芯片，SD卡作为系统存储器，通过AVR读取SD卡存储的音频数据，再送入VS1003芯片解码，TFT液晶屏幕作为显示设备，触摸面板作为系统的输入设备．

系统实现MP3播放器的功能，包括以下模块:中央处理器模块、电源供电模块、时钟模块、SD卡存储模块、音频解码模块、信息显示模块及触摸操作模块．

2 系统硬件设计

2．1 音频解码设计

在编辑音频与视频的工作中需要进行编码与解码工作．本系统是一款音乐播放器，所以编码的部分可以忽略，直接下载网上的MP3文件即可．本文需要对该格式文件进行解码，这就需要一款高处理能力的DSP处理芯片，在音频解码上采用VS1003芯片，该款芯片是由荷兰VLSI公司出品的一款单芯片的MP3/WMA/MIDI音频解码和ADPCM编码芯片［1］，其拥有一个高性能低功耗的DSP处理器核VS_DSP，5K的指令RAM，0．5K的数据RAM，串行的控制和数据输入接口，4个通用IO口，一个UART口;同时片内带有一个可变采样率的ADC、一个立体声DAC及音频耳机放大器．本文采用AVR的内部SPI接口与VS1003进行通信［2］．

2．2 数据存储设计

MP3需要播放各种不同类型的音乐，在播放器存储设备选型上需要存储容量大的设备．本系统采用金士顿SD卡(容量为4GB)实现歌曲存储，SD卡尺寸为24mm×32mm×2．1mm，其体积内结合了(SanDisk)快闪记忆卡控制与MLC(Multilevel Cell)技术和Toshiba(东芝)0．16u及0．13u的NAND技术，通过9针的接口界面与专门的驱动器相连接，不需要额外的电源来保持其上记忆的信息．SD卡支持两种总线方式:SD方式与SPI方式．其中SD方式采用6线制，而SPI方式采用4线制，采用单片机对SD卡进行读写时一般都采用SPI模式．该系统采用AVR内部SPI接口与SD存储卡进行通信．

2．3 液晶显示设计

本系统显示模块采用TFT3．2寸的触摸屏实现．TFT LCD采用的是240列320行的液晶显示器，其主控芯片为Solomon公司生产的SSD1289液晶驱动芯片［3-4］．SSD1289是集成RAM、电源电路、门驱动器、驱动源于一体的TFT LCD驱动控制器，其最大可驱动分辨率为240×320的26．2万色RGB非晶TFT面板，其包括172 800字节的图形显示数据区．

3 系统软件设计

系统软件主要负责驱动各个模块并使其正常工作，对于单片机应用系统而言，软件和硬件要协同使用．系统AVR控制器与外围模块通信采用SPI通信方式．

系统的SPI通信分为低速模式和高速模式．低速模式时，SCK的频率为单片机内部振荡器的频率．本文单片机内部频率8MHz，处于低速传输时SCK频率为62．5KHz．高速模式时，SCK的频率为单片机内部振荡器的频率/2，处于高速模式时SCK频率为4MHz．以下是系统中应用到的初始化函数，在单片机驱动各个模块时，需要调用这两个函数．

VS1003寄存器须按以下的顺序写入．首先将XCS片选拉低以选择芯片，再通过SI线发送8位的读操作码和8位的地址，随即发送16位的数据．当最后一位被移入且最后的时钟已发送时，必须将XCS拉高以完成操作．当发送完最后一位时，DREQ被拉低，再此期间完成寄存器的刷新．这个时间是可变的，取决于寄存器及寄存器的内容，如果这个时间的最大值比微控制器发送下一个SCI命令或SDI数据的时间长，就不允许在DREQ再次变高之前完成一次新的SCI/SDI操作．