基于单片机的音乐播放器的软件设计.docx

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基于单片机的音乐播放器的软件设计

毕业论文

基于单片机的音乐播放器的软件设计

摘要本课题完成了基于STC89S52RC单片机为核心的音乐播放器的设计。

经过对现有的多种方案的综合分析、比较，主要介绍了对U盘所存储的MP3、WMA格式经语音模块MP3-TF-16P的文件识别、提取以及音频解码程序实现的，通过与硬件调试表明所设计的音乐播放器可以通过按键选择歌曲以及控制音量，同时还可以通过LCD12894显示屏显示所播放的歌曲名。

声音的播放可以通过扬声器进行，基本实现了音乐播放器的功能，并且通过显示屏和按键实现时间的显示和调节。

关键词单片机；音乐播放器；U盘文件读取；音频解码

MusicplayersoftwaredesignbasedonMCU

Professional:

electronicinformationengineeringclass:

telecommunications101name:

FeiZhongPingInstructor:

YeGuowen

AbstractThepurposeofthisprojectcompletedbasedonSTC89S52RCsingle-chipmicrocomputerasthecoreofthedesignofthemusicplayer.Throughcomprehensiveanalysisandcomparisonoftheexistingscheme,mainlyintroducedtheUdiskMP3,WMAformatstoredbythevoicemoduleMP3-TF-16pfileidentification,extractionandaudiodecodingprocedures,throughthemusicplayerwithhardwaredebuggingshowsthatthedesignedcanchoosesongsandcontrolthevolumethroughthebutton,atthesametimealsocanbeplayedLCD12894screenshowsthesongname.Soundcanplaythroughthespeaker,basicallyachievedthefunctionofthemusicplayer,andthroughthedisplayandkeystorealizethetimedisplayandadjust.

KeywordsSinglechipmicrocomputer;musicplayer;udiskfilereading;audiodecoding

第一章音乐播放器的设计方案.................................................................................................2

1.2设计的任务....................................................................................................................................2

1.3理论分析和方案论证..............................................................................................................2

1.3.3存储介质的选择...................................................................................................................3

1.3.4单片机的选择.......................................................................................................................3

1.4系统的整体设计方案..................................................................................................................3

2.3单片机最小系统电路设计........................................................................................................5

2.4电源电路设计...............................................................................................................................6

2.5.2指令描述...............................................................................................................................9

2.5.3汉字模块提取.....................................................................................................................12

2.6按键控制电路.............................................................................................................................13

2.7音乐电路设计.............................................................................................................................14

2.7.1语音模块简介.....................................................................................................................14

2.7.2MP3-TF-16P模块引脚简介和管脚说明............................................................................15

2.8串口指令说明.............................................................................................................................15

2.9串口通讯协议和通讯格式......................................................................................................16

3.4语音模块串口流程...................................................................................................................21

3.5LCD12864显示程序设计.........................................................................................................21

3.5.1歌曲显示程序设计............................................................................................................21

3.5.2时间显示程序设计............................................................................................................23

3.6软件总体分析.............................................................................................................................24

第4章系统实物的制作和调试................................................................................................25

4.1实物制作.....................................................................................................................................25

4.2实物调试.....................................................................................................................................25

4.3结果分析.....................................................................................................................................26

第5章结束语....................................................................................................................................27

参考文献.................................................................................................................................................28

致谢............................................................................................................................................................29

附录一音乐播放器原理图.........................................................................................................30

附录二PCB图.....................................................................................................................................31

附录三基于单片机的音乐播放器设计与制作元器件清单....................................32

附录四源程序....................................................................................................................................33

引言

现今世界上单片机的应用是十分广泛的，然而应用在音乐播放器的系统上的例子更是不胜繁多，从音乐产生的开始，音乐就成了我们生活中不可或缺的一部分。

随着时间的发展，不同音乐播放器也孕育而生。

而基于单片机的音乐播放器的特点有功能多，价格廉、外部电路简单的优点，深受音乐爱好者和音乐芯片制造商的青睐。

在国内外，这种基于单片机的音乐播放器都非常流行。

随着电子技术的发展,MP3播放器向大容量、高音质、小巧便携不断发展。

虽然播放器与存储器的一体化设计，使MP3播放器便于携带,但与此同时他也带来了很多新的问题,比如存储容量固定。

如果想装下更多的歌曲只能去购买新的产品,造成了巨大的浪费;另一方面,一体化又限制了MP3播放器在其他领域的应用,比如车载MP3等不方便移动的播放器。

于是将存储器与播放器分离成为MP3的另一发展方向。

MP3播放器向大容量、高音质、小巧便携不断发展。

虽然播放器与存储器的一体化设计，使MP3播放器便于携带,但与此同时他也带来了很多新的问题,比如存储容量固定。

如果想装下更多的歌曲只能去购买新的产品,造成了巨大的浪费;另一方面,一体化又限制了MP3播放器在其他领域的应用,比如车载MP3等不方便移动的播放器。

于是将存储器与播放器分离成为MP3的另一发展方向。

目前中国音乐播放器行业已经具备了相当的规模，并在国际市场上已有一定的竞争力。

市场上的音乐播放器品牌繁多，定位不一，充分满足了各层次消费者的需求。

雅马哈、天龙、安桥、马兰仕、此类产品大多以生产专业音乐播放器为主。

赛比尔（CBL）山水、飞利浦、JVC等此类厂家都致力于迷你音乐播放器的开发和推广。

市场占有率极高，广为大众所接受。

索尼、松下、夏普等这些品牌技术精湛、设计一流，在市场上也占有一席之地。

而另外一些市场份额，则被国内的品牌步步高、金正、奇声、奥莱克等所占领。

可是，据最新的调查显示大型音响的市场发展，并不是很乐观，市场价格正处于下降的趋势。

而外形新颖、小巧轻便灵活的迷你音乐播放器却很受年轻人的青睐和欢迎。

虽然国内的大型音响设备状况不是很好，但是迷你音乐播放器确是个例外，市场发展前景不容小觑。

基于此，设计音乐播放器重点还是在于美观的外形和其吸引人的性能，迷你音乐播放器基本性能：

抗干扰、音质好，小体积却可以实现相对更大的功率，新型的迷你音乐播放器要有其他的附加功能，例如：

可以在音乐播放器上附带笔筒、花瓶、便携的手提带以及一些漂亮的小挂饰等等，这些都是可实现的，不但容易实现，造价也不高。

第一章音乐播放器的设计方案

1.1设计背景和意义

本设计以单片机为核心控制器，设计一个音乐播放器，主要完成U盘存储的音频文件数据提取及播放任务。

该播放器类似于个人计算机的音乐播放软件，可识别、提取TF卡所存储的WMA、MP3格式的文件并可自行完成音频解码数据处理，最后送扬声器或耳机进行播放。

通过自定义键盘设定，当有键按下时，能控制歌曲的播放或音量，并通过LCD来显示播放音乐的歌曲名。

基于单片机的音乐播放器可应用于MP3，MP4，扩音器等很多方面，并可作为很多系统的辅助功能，传统的音乐播放器是利用定时器可以产生各种固定频率的方波信号，可以产生包括“Do”、“Re”、“Me”等音阶在内的各种频率声音。

将各个音阶连接在一起，便可组成一支曲子或者是演奏一段旋律，不能播放真正的MP3文件。

基于这个思想本文设计了一款特殊的“音乐播放器”，该播放器可实现MP3文件的完整播放，可以选择音量调节，曲目的切换等功能。

为了体现音乐播放过程中的效果，增加了LCD屏，可以实现歌曲名的显示。

本设计以STC89c52RC芯片作为主控制器，MX-MP3-16P作为音频解码芯片，以U盘作为媒体存储介质，LCD12864液晶屏作为显示屏，来完成音乐播放器的功能。

该设计具有7按键操作界面，界面显示友好，支持MP3、WMA音乐格式，该系统支持FAT32文件系统，支持大容量U盘。

1.2设计的任务

设计并制作一个基于单片机的音乐播放器。

要求如下：

1.采用USB接口直流5V电源电压供电；

2.实现歌曲的播放和存储；

3.实现按键控制歌曲的的暂停、播放、选择和时间的设置；

4.实现音量大小的控制；

5.实现时间的显示和歌曲歌名的动态显示；

1.3理论分析与方案论证

针对本MP3音乐播放系统,要选择合适的控制芯片及外部芯片来实现,下面介绍一下芯片的选用。

1.3.1MP3解码的选择

本设计是利用STC89c52RC单片机控制来实现歌曲播放功能的，但对单片机本身来说不能进行音频解码（速度与资源都不符合要求），所以只能利用外部解码芯片来实现歌曲播放功能。

MP3解码芯片常见的有VS100X系列、STA01X系列和MX-MP3系列，MP3-TF-16P语音模块支持MP3格式，且音效较好，支持的歌曲数非常多。

经过比较，选用MP3-TF-16P作为解码芯片，该芯片支持MP3、WMA、WAV、MIDI、等格式的解码，自带DAC输出；同时，还可以调节音量、高低音等，更重要的是它还具有MIC功能，如需要，还可以实现录音功能。

因此，选用此芯片作为解码芯片。

1.3.2显示屏的选择

液晶显示采用普通单色LCD来实现，这里考虑到音乐播放显示的功能，同时兼顾成本，故选用LCD12864来实现。

该液晶屏本身带有字库功能所以，系统不需要有外部字库文件，可实现曲目的汉字显示。

1.3.3存储介质的选择

存储媒介，MP3播放器需要大容量的存储器来存放歌曲，可以选择Flash芯片存储、SD卡、U盘等。

如果选用Flash，则整个系统要求较多的I/O端口来读取，更重要的一点是，这样做的后果就是整个系统的容量就被固定了，扩容存在困难。

而U盘和SD卡都是不错的选择，并且U盘和SD卡均容易购买到，并且价格较为低廉，所以，存储部分选用U盘读取来实现。

1.3.4单片机的选择

方案一：

采用STC89C52RC作为主控芯片，该芯片采用FlashROM，内部具有8KBROM

储空间,能于5V的电压工作,而且与MCS-51系列单片机完全兼容。

方案二：

采用STC12C5A60S2系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。

内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换（250K/S）,针对电机控制，强干扰场合。

但造价较高。

1.4系统的整体设计方案

上述的方案基本都能实现音乐的播放，本设计是采用单片机作为控制系统的音乐播放器经过适应性，实用性，价格，音质和自我本身的个人水平而选定STC89S52RC单片机来完成音乐播放器的工作，MP3的解码采用MP3-TF-16P,以LCD12894液晶屏来作为显示屏，用SD卡做为存储介质来实现音乐播放器的整体功能。

第二章系统硬件电路的设计

2.1硬件系统总体设计方案

本设计的音乐播放器，有七个按键控制按钮：

下一曲，上一曲，音量加，音量减，浏览歌曲目录切换菜单，开始和暂停，通过对按钮的控制来实现对单片机要求播放的音乐，并通过放大电路和音频设备输出声音。

同时通过LCD显示屏来显示所播放的曲目。

必要时可调节音量的大小，并且也可以实现在菜单中进行时间的设置。

硬件系统总体方框图如图2-1所示。

显示电路

电源电路

STC89C52RC

单片机

晶振电路

时钟电路

按键电路

音乐电路

图2-1硬件系统总体方框图

2.2单片机电路的设计

本系统是以单片机为核心部件的电路，单片微处理器具有集成度高，系统结构简单，应用灵活，处理功能强，运算速度快等一系列优点[10]。

它是一种集成HYPERLINK"\t"_blank"电路芯片，是采用HYPERLINK"\t"_blank"超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、HYPERLINK"\t"_blank"随机存储器RAM、HYPERLINK"\t"_blank"只读存储器ROM、多种I/O口、中断系统和定时器/HYPERLINK"\t"_blank"计时器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的HYPERLINK"\t"_blank"计算机系统[11]。

STC89S52RC单片机按功能划分，由如下功能部件组成，即微处理器、数据存储器、程序存储器、并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器。

2.2.1STC89C52RC引脚简介

如图2-2

图2-2STC89C52RC引脚图

2.3单片机最小系统电路设计

单片机最小系统电路主要包括时钟振荡电路和复位电路。

其电路图如图2-3所示。

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图2-3单片机控制单元原理图

1.时钟振荡电路设计

本次设计采用最常用的内部时钟方式，即用外接晶体和电容组成的并联谐振回路。

单片机的晶振频率范围一般为1.2-33MHz[12]。

电容值无严格要求，但电容取值对振荡频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度有少许影响，CX1、CX2的值可取在20pF到100pF之间。

因此本设计中，振荡晶体选择11.0592MHz，电容则选择22pF。

2.复位电路设计

复位操作有上电自动复位和手动复位两种方式。

为了方便医护人员操作，设计采用上电手动复位的方式。

系统上电运行后，若需要复位，通过手动复位来实现的。

在此，采用按键手动复位，相对来讲，这种复位方式更加方便，更加人性化，不必要切断电源即可对系统进行复位。

2.4电源电路的设计

电源电路采用USB供电如图2-4由于单片机所需直流的5V电压供电，而USB输出的电压正好为5V电压，所以直接用USB供电比较方便，并且U