基于单片机的MP3播放器论文

目录摘要2第一章概述21.1 背景与意义21.2 开展现状41.3 单片机的开展51.4 研究目标5第2章模块特性简介62.1 SpCE061A单片机简介62.2 芯片特性简介72.3 SPCE06lA精简开发板82.4 SPR模组简介92.4.1 根本特性与参数指标92.4.2 主要功能92.5 液晶160292.6 借口信号说明10第3章音乐播放系统硬件设计103.1 系统的硬件框图103.2硬件连接图11第4章系统软件设计114.1 凌阳音频压缩算法114.1.1 音频的概述124.1.2 凌阳音频简介124.2 键控放音程序简介124.3 方案实现134.3.1 初始化函数144.3.2 均衡器的实现154.3.3 中断的使用15结语16致谢16参考文献17摘要随着微电子技术的飞速开展,单片机以其运算速度快，体积小巧，价格廉价扩展性强等突出优点被广泛应用于家用电器。计算机外设通讯，工业控制自动化生产，智能化设备以及仪器仪表等领域,成为当今电子行业当中不可或缺的一个组成局部。随着全球半导体产业与技术的飞速开展,集成块的集成度和功能都取得了很大的进步,但随着性能的提升价格却越来越低,使得MP3播放器大面积普及。本设计就是基于SPCE061A单片机SPR4O96真组7晶1602以及无线发射模块去实现一个简单的MP3播放器，其功能包括：多首音乐的播放，音乐在播放过程中的开场，暂停，停顿，上一首，下一首以及音量的控制功能。在音乐播放时可以在液晶1602上显示均衡效果关键词：SPCE061A;SPR409液晶1602;MP3第一章概述1.1背景与意义MP3的全名是MPEGAudioLayer-3,是一种声音文件的压缩格式。音频数据压缩方法是通过研究人耳和大脑听觉神经对音频失真的敏感度，在编码时先分析声音文件的波形，利用滤波器找出噪音电平(NoiseLevel)，然后滤去人耳不敏感的信号，通过矩阵量化的方式将余下的数据每一位打散排列，最后编码形成MPEG的文件。而音质听起来与CD相差不大。MP3的好处在于大幅降低数字声音文件的容量，而不会破坏原来的音质。在抽样分辨率为l6bit，抽样频率44.1kHz，声音模式为立体声，存储l秒钟CD音质的Wave文件，须要1411.2kbit的存储容量，存储介质的负担相当大。最近，受到iPod市场大卖的鼓励，国内许多业者也想开发MP3播放机(MP3player方可是苦于目前可用且廉价的MP3系统级单芯片(SoC仪在不多，且又在本钱不断要求降价的压力之下，业者想要以廉价的技术方案来获得高额的利润，实属不易。本文以技术的观点来介绍SPCE061A单片机，假设不考虑体积大小、耗电量、额外的复杂功能、生产本钱，它是能以单一的技术整合方案，来实现一台可用的(workable)MP3播放机。MP3已经成为了当今音乐播放领域的主流产品,消费者已经广泛承受MP3格式音乐播放器作为传统音频设备的替代品,其中有诸多原因促成此局面。越来越低廉的价格,越来越广泛的音乐获取途径,越来越多的设备支持以及更为出色的兼容性都是MP3播放器市场开展的动力随着科技的进步，计算机技术施展的舞台也越来越宽广,特别是小型化的单片机,己经被用于电子行业的各个领域当中,而世界各大生产厂商也不断的开发自己的新产品。XX凌阳科技公司推出的一种16位单片机SPCE061A便是其中之一,本设计就是以该单片机为核心硬件。单片机已经出现了20多年了,它的应用X围也越来越广泛,不再仅限于控制领域,它还可以用来作为数据处理，SPCE061A就是专门为此而设计的。该单片机具有全双工异步通讯的串行接口,可用来组成分布式控制系统以实现多台设备之间的通讯。同时还具备红外通讯接口,可实现近距离的红外控制以及数据传输。该单片机还提供了模数数模转换接口,当需要对各种数据进展采集。本方案当中所设计的简易的音乐盒播放器是采用SPCEO61A单片机。SPR4O96模组7晶1602以及无线发射模块共同实现的，可以实现音乐的多功能自由播放SPCE061A是一款具有较高处理速度的单片机,被专门用来制作语音产品,该单片机具有16位微控制器。1.2 开展现状目前的MP3有两种主要的开展思路。其一,就是将声音与图像相结合,目前市场上的各种带有视频播放功能的MP3便是其典型代表央二,就是符合产品本质诉求，回归音质主线。虽然MP3格式的音乐本身，音质无法和CD等为介质的音乐相比,但是从播放设备着手,还有提升的空间。综上所述,结合目前国内市场行情,近年来视频MP3/MP4播放机的开展路线具体如下:(l)主流屏幕尺寸将在2.5-3英寸之间(2)解码方案多样化,完全硬解码代替软解码(3)价格不变的前提下存储容量增长(4)加强电池的容量,在功能更多的前提下,依然保持较好的续航能力(5)在体积不变甚至更小的情况下,集成更多的功能,比方导航定位摄像等功能(6)随着宽屏电影技术的开展,宽屏设计将成为一种设计方向之一(7)超薄纤小的机身设计，现如今轻便已经成为电子产品的重要标签,我们所设计的产品应该朝着轻量化的方向不断努力(8)对各种音频，视频格式的完美支持,现在人们对音频和视频的要求越来越高,因此在播放的时候需要解码设备能够对更多种类的数据进展流畅的解码。1.3 单片机的开展单片机从出现开展到现在,已经经历了近20年的开展时间。在不断的应用实践中，单片机技术的开展主要表达在微处理器(MPU)技术及超大规模集成电路技术的开展上,在其广泛的应用领域中,表现出其性能特点主要有:(1)单片机具有较好的耐久性。我们一般可以买到的单片机产品,根本上都可以在正常环境中稳定可靠地工作十年甚至更久,此外与其他微处理器相比拟单片机也具有更长的长寿命半导体技术的飞速开展,使MPU快速的更新换代,以386、486、586为代表的MPU,在较短的时间内就被淘汰出局，而传统的单片机如68HC05、8051等在市场中的份额仍然较大,产量也在上升。(2)各种类型的单片机同时开展。这是单片机技术开展的另一个动向，长期以来,8位单片机是目前市场上应用最多的一类单片机，但是随着移动通信网络技术多媒体技术等高科技产品进入家庭,32位单片机得到了更大的应用空间。(3)单片机处理器的速度迅速提高。MPU开展过程中表现出来的速度越来越快是以时钟频率越来越高为标志的，而单片机处理速度方面,为提高单片机抗干扰能力,降低噪声,降低时钟频率同时不牺牲运算速度,这类单片机将得到更大的应用。1.4 研究目标本设计的主要研究任务是利用SPCE061A单片机制作音乐播放器，要求具有下述功能:(l)具备多首歌曲连续播放的能力(2)具备随时开场、暂停和停顿音乐的播放功能,并能切换上一首、下一首(3)可以在液晶1602上显示均衡效果。第2章模块特性简介2.1 SpCE061AWt机简介SPCE061A是凌阳公司推出的一款以件。nSPTM为内核的16位单片机该款单片机的语音录放系统使用起来比拟方便,较其他单片机是一大优势。其工作主频最高可以到达49.152MHz内部包括ZKB的SRAM和32KB的FLASH存储空间,以及32位可编程的多功能FO端口。该芯片具有8路10位ADC,其中一路为音频转换通道,具有内置自动增益电路，这为实现语音录入提供了方便的硬件条件，两路10位DAC,只需要外接功放即可完成语音的播放。凌阳16位单片机的指令系统,与一般单片机的开发指令系统类似,学习和使用起来都比拟方便,同时凌阳单片机的集成开发环境也更为人性化。在此环境中,支持标准C语言,可以实现C语言与凌阳汇编语言的互相调用。凌阳单片机提供了自身单片机下的语音录放的库函数,掌握了库函数的使用,就能较容易的完成语音录放,这些都简化的了单片机系统的软件开发。凌阳单片机的开发环境为IDE集成开发环境，该环境具有程序的编辑、编译、调试以及在线仿真等功能,具有友好的交互界面、下拉菜单、快捷键和快速命令列表等,使开发者的编程调试工作更加方便且高效。其软件仿真功能可以模拟硬件的各项功能来调试程序。如图1所示为SPCE061Ali片机的内部构造框图。IChENICE_S(.K1CE_SDAV卬XJ/RXOKLASHICE串次输入输出接I*石舁步通讯攘1QB(X5CK)32竹脚近河稀T输出端口次相耳振荡器CPU时髀 凄时时钟16位敝 控制第 -nSP7通迤lOPADC单 通道AU5A8任电，十机测/ 氐电用更位Watchdog.lOBXRXD)HlORlXTXa现16位定时器 ，计数器时恭中新撑制IOA15-0取通道lOpDACHC_INAUDEALD2OB 15-0图1SPCE061A单片机的内部构造框图2.2 芯片特性简介SPCE061A性能简介：16位unSP微处理器；(2)工作电压(CPU)VDD为3.03.6V,(I/O)VDDH为3.0-5.5V;(3)CPU时钟:0.32-49.152MHz;(4)内置2K字SRAM;(5)内置32K字FLASH;(6)可编程音频处理；(7)晶体振荡器;(8)系统处于备用状态下(时钟处于停顿状态),耗电仅为2uA/3.6v;(9)2个16位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值);(10)2个10位DAC(数/模*$换)输出通道；(11)32位通用可编程输入/输出通;(12)14个中断源可来自定时器,时基、2个外部时钟源输入和键唤醒;(13)具备触键唤醒的功能;(14渡用凌阳音频编码SACM5480可以播放压缩的语音资源；(15)锁相环PLL振荡器提供系统时钟信号;(16)32768Hz实时时钟，(17)7通道10位电压模/数转换器(ADC)和单通道声音模/数转换器；(18)声音模/数转换器输入通道内置麦克风放大器，并具有自动增益控制(AGC)功能;(19)具备串行设备接口;(20)具备低电压复位功能和低电压检测功能;(21)内置在线仿真电路接口;(22)ft有WatchDog功能。2. 3SPCE061A精简开发板SPCE061A精简开发板(简称61板)，是以凌阳16位单片机SPCE061A为核心的精简开发-仿真-实验板,可作为单片机工程初期研发使用。61板除了具备单片机最小系统电路外,还包括有电源电路!音频电路(含MIC输入局部和DAC音频输出局部)。复位电路等，采用电池供电，方便随身携带。61板上有调试器接口(Probe接口)以及下载线(EZ-Probe)接口，分别可接凌阳科技的在线调试器，简易下载线，可方便地在板上实现程序的下载在线仿真调试.。61板上的主要功能模块如下:SPCEO61A单片机最小系统外围电路模块；(2)电源输入模块;(3)音频电路(包含MIC输入!DAC音频功放输出)模块;(4)按键模块;(5)I/0端口接口模块;(6)调试!下载接口模块。2.4 SPR模组简介2.4.1 根本特性与参数指标产品型号:SPRMODULEVl.0SPR模组工作电压33VSPR模组外形尺寸：50X50mm2.4.2 主要功能凌阳科技公司针对存储器芯片SPR4O96/SPR1024开发了简易烧写器。该烧写器配合PC机Reswhter具，通过EZ-probe下载线，完成对SpR4096/102的储器芯片的擦除、写入、校验。并且在SPR模组上留有与SPCEO61A单片机的接口，可以实现SPR模组与SPCE061A单片机组成的系统。2.5 液晶1602技术参数显示容量:32个字符,每个字符为5X7点阵,分2行,每行16列芯片工作电压45-5.5V工作电流:2mA(5.0V)模块最正确工作电压:5.0V2.6 借口信号说明表1液晶1602接口说明接口编号引脚说明接口编号引脚说明1VSS电源地9D2DATAIO2VDD电源止极10D3DATAIO3VL偏压信号11D4DATAIO4RS数据|命令12D5DATAIO5RW读写选择13D6DATAIO6EP使能信号14D7DATAIO7D0DATAIO15BLA背光源止极8D1DATAIO16BLK背光源负极第3章音乐播放系统硬件设计3.1系统的硬件框图系统以SPCE061A为核心，可以划分为键盘(61板上自带的按键)输入，液晶LCD1602用户界面提示与均衡器效果！SPR4O%K源存储与61板语音播放等局部如图2所示，61板作为整个系统的核心控制，并且负责语音的输出。SPR模组作为语音资源的存储介质，这些语音资源是通过专用的ResW月ter工具烧写到SPR4096K片中的。61板上自带的键盘与液晶1602实现用户控制音乐播放器的控制与显示作用，在播放音乐时，液晶1602还可以显示音乐的均衡器效果。tie；tit 盘SPCfWtA图2硬件框图3. 2硬件连接图IOWO1。修1I0A8-I0AH1OA0IODI51OA)IOBUIOA2KJBI3：,IW-D7-T EP.液RLM2K- M一 RS图3模块间连接图第4章系统软件设计4.1 凌阳音频压缩算法4.1.1 音频的概述音频包括波形声音！语音和音乐三种，其频率X围是20Hz20kHz，波形声音主要指的是自然界中所有的声音,是声音数字化的根底。但是波形声音表示不出语言，语音学的内涵。语音是对讲话声音的一次抽象,是语言的载体,是一种特定的信息系统,是社会交际工具的符号。音乐与语音相比更规X一些,是符号化了的声音，但音乐不能对所有的声音进展符号化。4.1.2 凌阳音频简介SPCE061A处理音频借助与内置的专用MIC输入通道和专用音频输出DAC。语音处理速度较快,因此非常适合语音播放！语音录制等语音处理工作。对于单片机来说,未经处理的音频资源数据量很大,导致数据存储和传输带来了比拟大的困难,因此需要通过音频压缩编码,来完成音频处理。在语音处理方面，SPCE061A应用于语音产品时，凌阳公司提供了多种音频编解码算法及其API函数库,该函数库将为编码、解码、存储及D/A做成相应的模块，每个模块都提供了较多的适宜的应用程序接口API,用户只需了解每个模块所实现的功能及其参数的内容即可使用,完成音频的处理。4.2 键控放音程序简介首先介绍一下程序模块,程序模块中的文件大致分为两类:一类是程序,另一类那么是程序接口。接口一般是针对高一级的程序模块而言，通过接口,高一级的程序模块可以调用本级程序模块中的子程序或函数,或者使用本级模块中定义的全局变量。这样做无疑会大大增加软件的可维护性，程序既可以用C语言编写。随着对语音编程越来越熟悉，对语音的控制也越来越熟练，因此在系统设计过程中，为了实现较好的人机交互界面通常都会增加按键来控制语音的播放、停顿、暂停、恢复以及音量的大小的操作，按键操作通过接口文件Key.inc来实现，其中定义了供系统级调用的与键扫描相关的一些子程序，如：键扫描初始化子程序。键扫描子程序，键扫描防抖动处理子程序以及获得键码子程序等等。模块中的Key.asm文件中那么是上述接口中定义的各子程序的程序实体，以及定义出程序中所需要的全局或局部变量，具体构造见图4。图4键盘程序构造4.3 方案实现整个软件系统完成的功能在程序中分为如下文件实现main.c文件:整个工程的主文件，负责调用相关函数完成相关功能。speech.或件该文件主要是放音函数，负责从SPR4O96中取出数据播放.。key.asm文件:此文件中包含有与键盘操作有关的函数，包括键盘初始化扫描键盘与得到键盘程序，函数声明在key.h与key.inc文件中，分别供c语言与汇编语言调用。LCD1602Driver.asm此文件中包含LCD1602的初始化操作、读写命令、读写数据操作，spr4096_driver.asm文件:与SPR4o%S储器相关白操作函数，包括初始化，读、写、擦除操作等。函数声明在spr4096user.ht件中，供C语言调用。fiq.asm文件:所有与中断有关的操作函数都在这个文件，在FIQ-TlmerA中断中调用语音播放效劳函数完成,在IRQ6-TMBI中断中调用8Hz中断实现均衡器显示,在IRQ6JMBZ中断中调用128Hz中断完成键盘扫描作用。在语音处理方面采用了凌阳科技的Sacmv26e.li圜数库完成语音播放功能，只需要调用几条函数就可以播放语音。下面具体介绍函数：在主函数中完成SPR4O%的初始化，键盘、液晶LCD1602的初始化,并进展停顿状态的界面显示,然后进入循环根据键盘的值执行相关的操作。4.3.1 初始化函数系统要对键盘，SPR4069液晶1602进展初始化，如图5和图6:开立 觉值制始ft隹1小麻用的在始化弁格图5液晶初始化图6停顿状态界面初始化4.3.2 均衡器的实现这个均衡器只是一个显示效果，它没有改变声音输出，而是根据语音解码后送到DAC的数据来显示，在TimerA中断中取出数据，这个数据是要送到DAC输出的也就是表示了声音的强弱，将这个数据以oxf00,0xe000,xd000,0xe000分成16段，如果这个数大于0xf000就在液晶上显示16块黑色的局部，如果这个数大于oxeOOO而小于0xf000就显示巧块黑色的局部，依次类推。在8Hz中断中不断的修改这个显示就得到了均衡器的效果。4.3.3 中断的使用本次设计使用了TimerA中断与8Hz时基中断128Hz时基中断.在TimerA中采用8KHz中断实现语音的输出。用128Hz中断扫描键盘，用8Hz中断实现均衡器的显示效果。结语经过一段时间的研究与设计,我完成了简易数字音乐播放器的制作。实现了音乐播放的开场、暂停、停顿、上一首、下一首的控制功能。而且在音乐播放时可以在液晶1602上显示均衡效果,并具有友好的用户界面。通过本次的毕业设计使得我对所学专业有了更深一步的认识,尤其是在动手能力方面有了很大的提高。同时让我意识到自己还有很多方面的缺乏,硬件和软件两方面的知识都很欠缺,对所学过的知识掌握的并不是很结实。在论文的完成的过程中,我复习了所学的课程,自学了凌阳单片机,当然还有很多以前在课堂上学不到的知识,可谓收益颇丰,对我以后的工作和学习都有极大的帮助。凌阳公司的SPCEO61A的构造特点及其相关的开发平台,为我们开发带语音特色的产品方案带来了很大的方便，本系统仅是SPCE061A的一个根本应用，表达了SPCE061A多种资源对产品开发的极大支持，同时表达了其语音特色。在程序中我发现SPCE061A的时基是非常方便的资源,使得完成时间计数与设置的功能大大简化。另外,大局部程序代码使用C编写,大大加快了开发进程与后期的可维护性提升。本设计主要是实现了语音播放方面的功能,如果在此根底上加以改良还可以增加音量控制和录音的功能。还可以增加USB接口，以实现语音资源的更新。致谢通过这次毕业设计，使我感到高科技、新知识的力量。首先，我要感谢我的指导教师XXX教师。XX教师在我们的入门阶段给予了很多指导并在理论上给了我们很多帮助是我们这个课题能愉快并顺利完成的坚实根底，尤其感谢XX教师每个星期都抽出他珍贵的时间与我们共同讨论交流，激起了我们的学习热情，使我们受益匪浅！同样要感谢计算机系的所有教师及校领导对我们精神上的熏陶以及给予的帮助。四年大学生活即将完毕，回忆学习和生活上的点点滴滴，我感觉到是纺织造就了我，给我提供了舒适的学习环境，感谢我的母校！还有帮助过我的教师和同学们，最后我感谢我的父母和家人二十多年来对我精神和物质上的鼓励和支持。参考文献1何立XX编.单片机应用技术选编（8）M.:航空航天大学，2005.2罗亚非编著.凌阳16位单片机应用根底M.:航空航天大学，2003.3严蔚敏，吴伟民.数据构造M.:清华大学，1996.4薛钧义,X彦斌，虞鹤松，樊波.凌阳十六位单片机原理及应用M.,航空航天大学，2003.5李群芳，黄建.单片机微型计算机与接口技术M.，电子工业，2001.6Dreamtech研究组5嵌入式系统编程源代码解析M.,电子工业2002.7陈卫卫.C/C+程序设计教程M.,希望电子,2002.8李学海编著.16位语音型单片机SPCE061A实用教程根底篇M.:人民邮电,2007.9薛钧义,X彦斌,虞鹤松，樊波.凌阳十六位单片机原理及应用M.:航空航天,2003.