STC89C58RD+單片機在MP3播放器設計中的應用

　　摘要：隨著電子技術的發展，MP3播放器向著大容量、小型化發展。本文敘述了由STC89C58RD+單片機和VS1011E解碼芯片構成的MP3播放器硬件結構，采用CH375USB芯片讀取數據，通過Nokia5110液晶顯示，以及軟件編程思路，實現了一種解碼器與存儲器分離的MP3播放器設計。該播放器具有文件傳輸、存儲、顯示及音樂播放功能，具有播放聲音流暢，操作簡單，功耗低，體積小及容量大等特點。

　　隨著人們對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受到廣大音樂愛好者的青睞。起初，MP3文件由電腦來播放，后來互聯網的發展促進了MP3播放器的產生，同時MP3播放器也發生了一系列的變化，其更加小巧精致，更人機化和情趣化。現在市場上MP3的款式越來越多，功能越來越豐富，但現有MP3播放器大多是將解碼器與存儲器一體化的。這種設計使MP3播放器方便攜帶，但也帶來了問題：一是存儲容量不易擴展;二是不利于MP3播放器在其他領域的應用。將播放器與存儲器分離是MP3播放器目前發展的一個方向^[1-3]。本系統采用STC89C58RD+單片機，結合USB接口芯片CH375、解碼芯片VS1011E、Nokia5110液晶等外圍設備設計并實現MP3播放器，該系統以USB-HOST方式讀取U盤的MP3文件并將其解碼播放，同時具備讀取音樂標簽，U盤電子書和貪吃蛇游戲等功能。

　　系統總體設計

　　MP3播放器是一種新興的數字音樂播放器，播放MP3、WMA等格式的文件。通過用MPEG-1 Layer 3編碼技術，可以得到大約12：1壓縮的有損音樂信號。盡管MP3文件是有損的，它在壓縮過程中對功率譜較弱的信號有所丟失，但它同CD原聲區別不大，不影響一般音樂愛好者對音樂的欣賞。MP3大大縮小了聲音文件的長度，使音樂的傳輸和存儲更方便。MP3播放器系統結構如圖1所示。系統啟動后，STC89C58RD+單片機通過USB接口芯片CH375，從U盤中獲取MP3格式文件的數據，并存入片內RAM進行緩沖，然后單片機定時將數據從緩沖區送到MP3音頻解碼芯片VS1011E，實現解碼并輸出音頻信號到耳機或有源音響。用戶可以通過鍵盤實現“啟動”、“停止”、“上一曲”、“下一曲”和“音量控制”等功能，并通過Nokia5110液晶顯示播放狀態信息。系統在硬件上主要包括數據讀取模塊、音頻解碼模塊和液晶顯示模塊等。　　

 

　　系統硬件模塊的實現

　　數據讀取模塊

　　單片機讀取MP3數據模塊包括STC89C58RD+單片機、USB接口芯片CH375和MP3格式數據存儲U盤三部分。

　　STC89C58RD+單片機

　　系統采用STC89C58RD+單片機，該單片機是美國STC公司設計，國內宏晶公司生產的新一代51增強型單片機，引腳和指令系統均與51單片機兼容。它具有加密性強、超強抗干擾、超低功耗、在系統可編程、內含MAX810專用復位電路等特點^[4]。

　　該單片機采用MCS51內核，其內含32KB的FLASH和16KB的EEPROM，同時內含1KB的內部SRAM存儲空間。因而可用于音頻數據處理和顯示數據處理需要進行較大數據緩沖的情況下。該單片機最高可工作于33MHz時鐘，本系統中，它工作在30MHz時鐘下，能滿足系統對數據帶寬的要求。

　　CH375接口芯片

　　CH375是一種通用USB總線接口芯片，其內部集成PLL倍頻器、數據緩沖區、主從USB接口SIE、被動并行接口、異步串行接口、命令解釋器、控制傳輸的協議處理器和通用的固件程序等^[5]。它有USB-HOST和USB-SLAVE兩種方式，其中USB-HOST方式支持各種常用的USB全速設備，外部單片機、MCU、DSP可以通過CH375按照相應的USB協議與USB設備通信，這是由于在本地端，CH375具有讀、寫、片選控制線以及中斷輸出四條控制總線和八位數據總線，可以方便地掛接到單片機等控制器的系統總線上。CH375芯片內部各部分的功用如下：①PLL倍頻器用于將外部輸入的12MHz時鐘倍頻到48MHz，作為USB接口SIE時鐘。②數據緩沖區用于緩沖USB接口SIE收發的數據。③主從USB接口SIE用于完成物理的USB數據接收和發送。④被動并行接口與異步串行接口用于與外部單片機交換數據。⑤URT串行接口用于代替并行接口與外部單片機交換數據。⑥命令解釋器用于分析并執行外部單片機提交的各種命令。⑦控制傳輸的協議處理器用于自動處理常用的控制傳輸的多個階段，簡化外部固件的編程，降低了開發難度。⑧通用的固件程序實現USB傳輸的相關協議。

　　數據讀取原理

　　數據讀取電路如圖2所示。系統利用單片機實現將U盤中的音頻數據經CH375的USB串行接口傳送至單片機內部RAM緩沖，以等待解碼。硬件上只需在單片機系統中增加一個CH375芯片，綜合成本較低，這是由于CH375內置了USB通信協議，省去了對USB通信協議的了解，單片機可以直接調用API庫讀寫U盤中的文件數據。CH375芯片工作時，需外部為它提供12MHz的時鐘信號，它支持全速的USB-HOST主機接口，外圍元器件只需要少量晶體和電容，便可支持5V和3.3V電源電壓。