基于C51單片機的MP3播放器設計

0 引言
便攜式MP3播放器作為一種集音頻播放、數據存儲為一身的數碼產品，其功能結構為電子設計人員所津津樂道。MP3是MPEG一1音頻III(1ayerIII)的簡稱。MPEG一1音頻(ISO／IECll 172―3)是目前普遍應用的音頻壓縮標準，其中層III的算法最為復雜，但壓縮比最大，效果也最好，在低碼率的條件下基本能達到CD的音質效果。MP3標準用盡可能低的碼流實現CD音質的聲音而不會產生數據損失。如果對于一段聲音不進行壓縮的話，那么每存儲一秒鐘的立體聲CD音質音樂必須用1．4Mbit，這是個十分大的開銷。通過運用MPEG音頻標準的壓縮技術，我們可以把存儲空間壓縮到原來的1／12而不會降低聲音的音質。即使使用1／24的壓縮因子，仍然比單純降低采樣率的音質要好。低數據量和高播放品質的優點使其成為音樂存儲、數字廣播、網上音樂傳輸的主要方式。人們不僅可以使用計算機軟件，還可以通過數字隨身聽來欣賞音樂。本設計以C51內核單片機為核心，設計了MP3播放器。

1 MP3硬件設計
在該硬件系統的設計中，采用Atme 1公司生產的AT89C51SNDlC作為主控MCU。AT89C5lSNDlC是ATMEL公司專門針對MP3的需求而設計的一款多媒體8位微處理器，使用通用的C51內核，片上集成了多種外設，為MP3產品提供了一套方便的解決方案。該芯片對電路的高度集成大大降低了系統的耗電和發熱，提高了系統的穩定性和速度，抗干擾能力也顯著增強。AT89C51SNDlC具有如下外設的集成，大大簡化了電路的設計：a．MP3硬件解碼器；b．可編程音頻輸出接口DAC；c．8位MCU C51：d．USBl．1控制器；e．內建鎖相環PLL；f．多媒體卡接口適配器；g．SPI接口適配器；h．IDE／ATAPI接口；i．兩路10位ADC，8kHz；j．44個通用I／0；k．兩個16位定時器／計數器；1．硬件看門狗定時器；m．標準全工UART；n．兩線主被動模式控制器；o．SPI主被動模式控制器；p．電源管理模塊。
整個播放器的結構框圖如圖l所示。PC機通過USB接口實現對U盤的MP3歌曲、文檔等數據信息的存儲。系統啟動后，由MCU控制將儲存于Flasht辛歌曲的碼流信息送入MP3解碼芯片中解碼，并產生解碼輸出。在系統的DAC模塊通過CS4340芯片把解碼輸出轉換為模擬音頻聲音后， 經功放電路一級音頻放大并驅動耳機，實現MP3歌曲的播放。系統硬件包括主控MCU、解碼器、Flash存儲系統、供電系統、按鍵和D／A轉換器等幾部分。

1．1 解碼部分
這是MP3播放器的核心部件， 本設計采用硬件解碼技術。在本系統中筆者采用AT89C51SNDlC芯片。該芯片是一塊自帶MPEG I／II―Layer硬件解碼器和Human Interface的51內核單片機。它可支持對8～320kbps基本數據流的解碼，支持的取樣頻率范圍為16～48kHz，非常適合于MPEG的音頻解碼， 并帶有數字語音錄音的MPEG播放模塊， 具有很高的性價比。解碼后的信號是可以直接輸出到DAC的立體聲、單聲道或雙聲道的數字信號，SP―CA751A與DAC的接口是可編程的。只要通過通用的串行I／0口和控制接口就能對MPEG比特流進行I／0和回放控制，系統控制器能很輕易地對MPEG音頻信號進行解碼。通過一個通用的可編程I2S接口，就能把一解碼的音頻PCM數據輸出到外部的DAC中，因此，大多數常用的音頻DAC都能和本芯片兼容，本設計采用的是CS4340芯片。
1．2 存儲部分
現采用1GB的FLASH存儲器，該存儲器能夠存儲19小時128kbps(達到CD音質)的音樂，該系統采用了SAMSUNG公司的1GB FLASH存儲芯片K9F5608UOB。
1．3 接口部分
一般通過PC的USB接口進行MP3文件的下載，傳輸速率為12Mbps。由于Atmel公司生產的AT89C5lSNDlC芯片僅支持USBl．1技術規范，因此接口速度稍慢。但對于MP3播放來說，可以滿足需要。
1．4 電源管理
便攜式MP3的體積小，可以使用兩節7號電池(3VDC)供電，同時也可以通過USB接口取電，因此采用低電壓以及進行有效的功率管理是非常必要的。

2 MP3軟件設計
硬件是設計的基礎，軟件是設計的靈魂。MP3程序由兩大部分組成：MP3播放功能模塊和USB通訊功能模塊。此外，為了調試方便，還有調試功能模塊。此模塊在系統軟件調試中使用，當MP3系統正常工作時去除。