基于89C52单片机的MP3设计论文.docx
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基于89C52单片机的MP3设计论文
附件1：
安徽师范大学本科生毕业论文（设计）撰写格式示例
论文题目（居中、黑体、三号）
（空1行）
姓名，学院（居中、宋体、小四号）
（空1行）
摘要（顶格、黑体、四号、“摘”“要”之间空2个字符）：
随着XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX（摘要内容为仿宋、小4号）
关键词（顶格、黑体、四号）：
XXXXX；XXXXX；XXXXX（仿宋，小4号）（空1行）
XXXXX（英文题目：
居中三号加粗，英文一律采用TimesNewRoman字体）
（空1行）
姓名，学院（英文、居中、小四号）
（空1行）
Abstract（顶格、四号、加粗）：
XXXXXXXXXXXXXXXXXXX（内容为小4号）
Keywords（顶格、四号、加粗）:
XXXXX；XXXXX；XXXXX（小4号）
（空1行，或另起页）
XXXXXXX①XXXXXX②XXXXXX[1]XXXXXX[2]XXXXXXX（正文，中文各章标题为四号黑体，其余一律采用仿宋体小四号字，标题加粗，单倍行间距；英文字体为TimesNewRoman，其余要求同中文）
（空两行）
参考文献（顶格、宋体、小四号加粗）：
[1]刘广珠.高中生考试焦虑成因分析[J].陕西师大学报（哲社版），1995，24
（1）：
161-164.
（参考文献序号在文中采用右上标注的方式，用数字加方括号表示，如[1]，[2]，…，序号应连续。
参考文献一律采用文后著录，所列参考文献撰写格式为：
序号顶格，宋体，五号，单倍行距。
请注意标点符号。
）
注释：
（注释号在文中采用右上标注的方式，用数字加圆表示，如①，②，…。
注释一律采用页末注，即将注文放在加注页稿纸的下端，若在同一页中有两个以上的注时，按各注出现的先后，须按序编列注号。
注释只限于写在注释符号出现的同页，不得隔页。
注释的撰写格式为：
注释的注号左顶格，应与正文中的指示序号一致。
字体为宋体，五号，单倍行距）
①[美]J.D.亨特著,安荻译.文化战争[M].北京：
中国社会科学出版社,2000.248.
说明：
页面设置：
纸型：
A4纸；边距：
上2.54cm；下2.54cm；左3.17cm；右3.17cm；
附件2：
本科学生毕业论文（设计）
题目单片机MP3的设计
学院物电学院
专业电子信息工程
学生姓名沈平冰
学号100802037
指导教师李辉职称讲师
论文字数7000
完成日期2014年03月31日
论文题目单片机MP3的设计
学生姓名、学院：
沈平冰、物理与电子信息学院
中文摘要
数字化让人们听到更干净的音乐，让音乐更容易保存，同时MP3的诞生让音乐能在音乐爱好者之间更自由地传递。
随着电子技术的发展，MP3播放器向着大容量、高音质、小巧便携等方向发展。
文章详细论述了由STC89C58RD+单片机和VS1003解码芯片构成的MP3播放器硬件结构，采用CH375USB芯片读取数据，通过Nokia5110液晶显示，以及软件编程思路，实现了一种解码器与存储器分离的MP3播放器设计。
所设计的播放器具有功耗低,性能好,实用性强，播放声音流畅，操作简单等特点。
关键词：
STC89C58单片机；MP3；CH375芯片；VS1003芯片；音频解码
英文题目AMP3playerdesignbythesinglechipmicrocomputer
学生姓名、学院：
ShenPing-Bing，TheCollegeofPhysicsandElectronicInformation
英文摘要
Digitizingletpeoplehearthemusicmoreclean,andletthemusicmoreeasilystored.Meanwhile,MP3letthemusicmorefreedomtotransferamongthemusiclovers.Withthedevelopmentofelectronictechnology,MP3playerdeveloplargecapacity,highquality,smallandportable.ThispaperdiscussesindetailtheMP3hardwarestructurecomposedofSTC89C58RD+singlechipmicrocomputerandtheVS1003decodingchip,thechipCH375USBreaddata,throughtheNokia5110liquidcrystaldisplay,andsoftwareprogrammingideas,implementationofadecoderandmemoryseparationMP3playerdesign.Theplayerislowpowerconsumption,goodperformance,strongpracticability,playingasoundandsmooth,simpleoperation.
英文关键词STC89C58RD+singlechipmicrocomputer;MPEGAudioLayerIII;CH375chip;VS1003chip;audiodecoding
目录
1、引言5
2、系统硬件模块的实现5
2.1．设计简述5
2.2．数据读取模块6
2.2.1．STC89C58RD+单片机6
2.2.2．CH375接口芯片6
2.2.3．CH375在单片机读写U盘中的电路原理图6
2.2.4．单片机读写U盘的接口7
2.3．音频解码模块7
2.4．液晶显示模块8
2.5．数据读取原理9
3、系统软件设计10
4、结论10
附录一：
核心代码11
附录二：
具体电路图13
参考文献13
1、
引言
从1995年开始,采用MP3格式的数字音乐开始在网上传播,当时的MP3音乐主要通过类似Winamp的播放软件进行播放,这种方式使MP3音乐无法脱离PC机进行播放,给人们欣赏音乐带来不便。
1998年8月,美国Diamond公司和韩国的Saehan公司首先推出了MP3随身听,正式启动了MP3播放器市场。
早先推出的MP3播放器,只是实现了播放MP3音乐的简单功能。
随着技术的发展,人们对MP3播放器的要求也越来越高,因而MP3播放器的生产厂商从各个方面提升MP3的功能,扩大MP3播放器的使用领域,生产出了各种各样的MP3播放器。
随着人们对便携式音乐播放器要求的提高，MP3播放器以其较小的体积和较好的音质受到广大音乐爱好者的青睐。
起初，MP3文件由电脑来播放，后来互联网的发展促进了MP3播放器的产生，同时MP3播放器也发生了一系列的变化，其更加小巧精致，更人机化和情趣化。
现在市场上MP3的款式越来越多，功能越来越丰富，但现有MP3播放器大多是将解码器与存储器一体化的。
这种设计使MP3播放器方便携带，但也带来了问题：
一是存储容量不易扩展；二是不利于MP3播放器在其他领域的应用。
将播放器与存储器分离是MP3播放器目前发展的一个方向。
本系统采用STC89C58RD+单片机，结合USB接口芯片CH375、解码芯片VS1003、Nokia5110液晶等外围设备设计并实现MP3播放器，该系统以USB-HOST方式读取U盘的MP3文件并将其解码播放。
2、系统硬件模块的实现
2.1．设计简述
MP3播放器是一种新时代的产物，作为新兴的数字音乐播放器，可用于播放MP3、WMA等多种格式的文件。
通过用MPEG-1Layer3编码技术，可以得到大约12：
1压缩的有损音乐信号。
虽然MP3文件是有损的，它在压缩过程中对功率谱较弱的信号有所丢失，但它同CD原声区别不大，不影响一般音乐爱好者对音乐的欣赏。
MP3缩小了声音文件的大小，使音乐的传输和存储更方便。
MP3播放器系统结构如图1所示。
系统启动后，STC89C58RD+单片机通过USB接口芯片CH375，从U盘中获取MP3格式文件的数据，并存入片内RAM进行缓冲，然后单片机定时将数据从缓冲区送到MP3音频解码芯片VS1003，实现解码并输出音频信号到耳机或有源音响。
用户可以通过键盘实现“启动”、“停止”、“上一曲”、“下一曲”和“音量控制”等功能，并通过Nokia5110液晶显示播放状态信息。
系统在硬件上主要包括数据读取模块、音频解码模块和液晶显示模块等。
图1MP3播放器系统结构框图
2.2．数据读取模块
单片机读取MP3数据模块包括STC89C58RD+单片机、USB接口芯片CH375和MP3格式数据存储U盘三部分。
2.2.1．STC89C58RD+单片机
系统采用STC89C58RD+单片机，该单片机是国内宏晶公司生产的新一代51增强型单片机，引脚和指令系统均与51单片机兼容。
它具有加密性强、超强抗干扰、超低功耗、在系统可编程、内含MAX810专用复位电路等特点。
该单片机采用MCS51内核，其内含32KB的FLASH和16KB的EEPROM，同时内含1KB的内部SRAM存储空间。
因而可用于音频数据处理和显示数据处理需要进行较大数据缓冲的情况下。
该单片机最高可工作于33MHz时钟，本系统中，它工作在30MHz时钟下，能满足系统对数据带宽的要求。
2.2.2．CH375接口芯片
CH375是一种USB移动存储设备接口的芯片，是一个USB总线的通用接口芯片，其内部集成了PLL倍频器、主从USB接口SIE、数据缓冲区、被动并行接口、异步串行接口、命令解释器、控制传输的协议处理器、通用的固件程序等。
CH375芯片引脚排列如图2所示。
在本地端，CH375具有8位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出，可以方便地挂接到单片机/DSP/MCU等控制器的系统总线上。
在USB主机方式下，CH375还提供了串行通信方式，通过串行输入、串行输出和中断输出与单片机/DSP/MCU等相连接。
CH375的USB主机方式支持各种常用的USB全速设备，外部单片机/DSP/MCU可以通过CH375按照相应的USB协议与USB设备通信。
CH375芯片内部各部分的功用如下：
①PLL倍频器用于将外部输入的12MHz时钟倍频到48MHz，作为USB接口SIE时钟。
②数据缓冲区用于缓冲USB接口SIE收发的数据。
③主从USB接口SIE用于完成物理的USB数据接收和发送。
④被动并行接口与异步串行接口用于与外部单片机交换数据。
⑤URT串行接口用于代替并行接口与外部单片机交换数据。
⑥命令解释器用于分析并执行外部单片机提交的各种命令。
⑦控制传输的协议处理器用于自动处理常用的控制传输的多个阶段，简化外部固件的编程，降低了开发难度。
⑧通用的固件程序实现USB传输的相关协议。
2.2.3．CH375在单片机读写U盘中的电路原理图
如图3所示，如果CH375芯片的TXD引脚悬空或者没有通过下接电阻接地，那么CH375工作于串口方式。
在串口方式下，CH375只需要与单片机/DSP/MCU连接3个信号线，TXD引脚、RXD引脚以及INT#引脚，其他引脚都可以悬空。
除了连接线较少之外，其他外围电路与并口方式基本相同。
由于INT#引脚和TXD引脚在CH375复位期间只能提供微弱的高电平输出电流，在进行较远距离的连接时，为了避免INT#或者TXD在CH375复位期间受到干扰而导致单片机误操作，可以在INT#引脚或者TXD引脚上加阻值为1～5kΩ的上拉电阻，以维持较稳定的高电平。
在CH375芯片复位完成后，INT#引脚和TXD引脚将能够提供5mA的高电平输出电流或者5mA的低电平吸入电流。
2.2.4．单片机读写U盘的接口
由于CH375内置了处理Mass-Storage海量存储设备的专用通信协议的固件，所以嵌入式系统的单片机可以通过CH375将U盘（USB闪存盘、USB外置硬盘）作为可移动的大容量存储器。
数据读写只需要几条指令，而不需要详细了解USB通信协议。
如果嵌入式系统需要将USB存储设备组织为文件系统，那么可以直接调用CH375文件级子程序库提供的接口API，由子程序库处理文件系统。
2.3．音频解码模块
本文采用VS1003-MP3/WMA音频解码器。
VS1003是一个单片MP3/WMA/MIDI音频解码器和ADPCM编码器。
它包含一个高性能，自主产权的低功耗DSP处理器核VS_DSP4,工作数据存储器，为用户应用提供5KB的指令RAM和0.5KB的数据RAM。
串行的控制和数据接口，4个常规用途的I/O口，一个UART，也有一个高品质可变采样率的ADC和立体声DAC，还有一个耳机放大器和地线缓冲器。
其通过一个串行接口来接收输入的比特流，它可以作为一个系统的从机。
输入的比特流被解码，然后通过一个数字音量控制器到达一个18位过采样多位ε-ΔDAC。
通过串行总线控制解码器。
除了基本的解码，在用户RAM中它还可以做其他特殊应用，例如DSP音效处理。
其结构图如图4。
VS1003是基于自主的数字信号处理器VS_DSP。
它包含了针对MP3，WMA和WAVPCM+ADPCM音频解码所必须的全部代码和数据，MIDI合成器，共享串行接口，多速立体声DAC和模拟输出放大器及滤波器。
同时有麦克风放大
器和ADC及ADPCM音频编码。
为调试准备了一个UART。
2.4．液晶显示模块
系统采用Nokia5110液晶显示播放状态，该液晶为84×48点阵的LCD，可显示四行汉字，并支持串行通信协议，如图5所示为其串行通信模式下的控制时序。
其传输速率高达4Mb/s，可全速写入显示数据，方便与单片机进行通信。
该液晶外部只有九条信号线，节约了I/O口。
Nokia5110LCD原理应用资料:
LPH7366是NOKIA公司生产的可用于其5110、6150，6100等系列移动电话的液晶显示模块，国内厂家也生产有类似的兼容产品。
该产品除应用于移动电话外，也可广泛应用于各类便携式设备的显示系统。
与其它类型的产品相比，该模块具有以下特点：
●84x48的点阵LCD，可以显示4行汉字，
●采用串口与主处理器进行通信，接口信号线数量大幅度减少，包括电源和地在内的信号线仅有9条。
支持多种串行通信协议（如AVR单片机的SPI、MCS51的串口模式0等），传输速率高达4Mbps，可全速写入显示数据，无等待时间。
●可通过导电胶连接模块与印制版，而不用连接电缆，用模块上的金属钩可将模块固定到印制板上，因而非常便于安装和更换。
●LCD控制器／驱动器芯片已绑定到LCD晶片上，模块的体积很小。
●采用低电压供电，正常显示时的工作电流在200μA以下，且具有掉电模式。
LPH7366的这些特点非常适合于电池供电的便携式通信设备和测试设备中。
图6？
？
？
？
？
？
？
2.5．数据读取原理
数据读取电路如图6所示。
系统利用单片机实现将U盘中的音频数据经CH375的USB串行接口传送至单片机内部RAM缓冲，以等待解码。
硬件上只需在单片机系统中增加一个CH375芯片，综合成本较低，这是由于CH375内置了USB通信协议，省去了对USB通信协议的了解，单片机可以直接调用API库读写U盘中的文件数据。
CH375芯片工作时，需外部为它提供12MHz的时钟信号，它支持全速的USB-HOST主机接口，外围元器件只需要少量晶体和电容，便可支持5V和3.3V电源电压。
图7数据读取电路
3、系统软件设计
图7为MP3播放器的软件流程。
采用C51语言对本系统单片机的软件设计进行编写，源程序共分单片机驱动CH375程序、单片机控制VS1003实现音频解码程序及按键与显示驱动程序三个部分。
为了简化程序设计，采用从官方网站下载CH375的API函数“CH375HF4.LIB”文件对CH375模块部分程序进行编写。
由于单片机的硬件资源比较有限，在硬件调试过程中，当出现传送频率较高的MP3文件时可能会造成声音失真，因此为了保证MP3文件播放流畅，在系统开发过程中应优化程序。
系统启动后，先进行初始化，然后等待U盘插入，再通过CH375芯片将U盘中的MP3文件传送至单片机内部RAM缓冲。
单片机是通过SPI总线方式读出音频信息的，并将MP3的码流信息送入到VS1003芯片中，通过VS1003芯片及其内含的高质量立体声DAC和耳机驱动电路，实现MP3文件的播放功能。
在按键的控制下，通过Nokia5110中菜单选项的选择，实现对MP3文件选择及音量控制等功能；播放时，显示在Nokia5110上的信息包括MP3文件名称、播放进度和音量等。
经过运行测试，该系统可正常流畅地播放出320kb/s的高音质MP3文件，而且其功耗比较低，使用500mA锂电池可连续正常播放十小时。
4、结论
本文所设计的MP3音乐播放器采用STC89C58RD+单片机和VS1003解码，并通过CH375USB专用芯片进行数据读取，这种组合方式相比于采用AVR或者MSP430系列的高端单片机,达到的播放效果也毫不逊色。
虽然简易MP3播放器的设计很容易，但是在投入市场领域中，各大品牌要突出旗下的MP3电子产品的特点，仍需要多方面研究扩展MP3的用途。
只有通过不断创新与实验，新型MP3音乐播放器才会更优秀。
参考文献：
[1]王道乾,刘定智,等.基于ARM处理器的MP3播放器分析与实现[J].计算机工程与设计,2007,（07）.
[2]徐英欣.基于ARM的多通道专业MP3播放器设计[J].微计算机信息,2008,（14）
[3]宋艳红,孙涌.基于FS7821的磁带式mp3播放器设计[J].电脑知识与技术,2008,（S2）
[4]王海涛,蒋德云,等.一种基于单片机STC89C58RD+的称重显示控制器[J].机电工程,2008,（06）.
[5]谭保华.基于CH375的低成本嵌入式系统USBHost构建[J].黄石理工学院学报,2010,（04）.
[6]郭稳涛,何怡刚.基于CPLD和VS1011E解码器的电梯语音系统设计[J].国外电子元器件,2008,（01）.
附录一：
核心代码
voidmain（）
{
UINT32lba=0;
UINT16i;
UartInit（）;//初始化串口
UartSendStr（"**************************************\r\n"）;
UartSendStr（"**************************************\r\n"）;
UartSendStr（"**************************************\r\n"）;
UartSendStr（"*********51MP3播放器演示程序**********\r\n"）;
UartSendStr（"**************************************\r\n"）;
UartSendStr（"**************************************\r\n"）;
UartSendStr（"**************************************\r\n"）;
UartSendStr（"初始化SPI接口\r\n"）;
InitSPI（）;//初始化SPI接口
UartSendStr（"初始化VS1003\r\n"）;
RstVs1003（）;
UartSendStr（"正弦测试\r\n"）;
//Sintest（）;
DelayMs（300）;
UartSendStr（"退出正弦测试\r\n"）;
SoftRstVs1003（）;
UartSendStr（"初始化CH375\r\n"）;
InitCH375（）;//初始化液晶
LCD_Init（）;
//显示logo
LCD_SET_CURSOR（1,1）;
Print（"mp3player",16）;
LCD_SET_CURSOR（2,1）;
Print（"stuelab",16）;
SPI_HIGH_SPEED（）;//高速SPI接口
UartSendStr（"初始化文件系统\r\n"）;
InitFat（SectorBuf）;
UartSendStr（"统计文件信息\r\n"）;
i=StatFileNum（2,"MP3",SectorBuf）;
sprintf（SectorBuf,"根目录下MP3文件个数为%d.\r\n",i）;
UartSendStr（SectorBuf）;
i=StatFileNum（2,"WMA",SectorBuf）;
sprintf（SectorBuf,"根目录下WMA文件个数为%d.\r\n",i）;
UartSendStr（SectorBuf）;
i=StatFileNum（2,"",SectorBuf）;
sprintf（SectorBuf,"根目录下文件夹个数为%d.\r\n",i）;
UartSendStr（SectorBuf）;
UartSendStr（"查找根目录下第一个MP3文件\r\n"）;
SearchFile（2,1,"MP3",SectorBuf,&TmpFile）;
UartSendStr（"\r\n开始播放\r\n"）;
//UartSendStr（TmpFile.short_name）;
lba=ClusToLba（TmpFile.start_clus）;
while
（1）
{
RdSDblock（lba++,SectorBuf）;
PlaySector（）;
}
}
附录二：
具体电路图
安徽师范大学本科生毕业论文（设计）评定意见
指
导
教
师
评
语
主要内容包括：
学生写作态度、科研作风，论文选题的理论意义和实践价值，论据是否充分、可靠，掌握基础理论、专门知识、研究方法和技能的水平，写作的逻辑性、技巧及其他优缺点。
成绩：
签名：
年 月 日
安徽师范大学本科生毕业论文（设计）评定意见
专
业
负
责
人
︵
系
主
任
︶
评
定
意
见
成绩：
专业负责人（系主任）签名：
年 月 日
学
院
意
见
成绩：
院长签章：
年 月 日
附件3：
安徽师范大学本科生毕业论文（设计）开题报告书
题 目
单片机MP3的设计
学生姓名
沈平冰
学号
100802037
指导教师
李辉
学院
物电
专业
电子
职 称
讲师
选题的意义及研究状况：
本文所设计的MP3音乐播放器采用STC89C58RD+单片机和VS1003解码，并通过CH375USB专用芯片进行数据读取，这种组合方式相比于采用AVR或者MSP430系列的高端单片机,达到的播放效果也毫不逊色。
虽然简易MP3播放器的设计很容易，但是在投入市场领域中，各大品牌要突出旗下的MP3电子产
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