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1、大连东软信息学院 本科毕业设计（论文）本科毕业设计（论文） 系系 所：所： 电子工程系 专专 业：业： 电子信息工程（微电子制造方向） 学生姓名：学生姓名： 学生学号：学生学号： 指导教师：指导教师： 导师职称：导师职称： 讲师 完成日期：完成日期： 2014 年 4 月 28 日 论文题目：基于单片机的基于单片机的 LEDLED 音波频谱播放器的设计与实现音波频谱播放器的设计与实现 大连东软信息学院 Dalian Neusoft University of Information 大连东软信息学院毕业设计（论文） 摘要 I 基于单片机的基于单片机的 LED 音波频谱音波频谱 播放器的设计与实
2、现播放器的设计与实现 摘摘 要要 音乐是一种音符，表达人的思想情绪，是人们思想的载体之一。音乐是有目的和 内涵的，其中隐含了作者的生活体验，思想情怀。音频频谱可以把音频信号以视觉的 方式表达出来，帮助人民更好的一样美好的音乐。因此研究一款具有音频频谱显示音 乐播放器就有了很大的意义。 本文在具体分析了 STC15F2K60S2 单片机的技术特点与 MP3 音乐播放系统功能需 求的基础上，提出了一种利用单片机实现 MP3 播放器且结合 FFT 变换显示音乐频谱方 法，同时给出了具体软硬件设计的方法。本系统利用 STC15F2K60S2 单片机作为 CPU 进行总体控制，单片机通过 FAT32 文
3、件系统读取 SD 卡的数据，并传输给 MP3 音频解 码芯片 VS1003 进行音频数据解码，实现歌曲播放功能。通过控制按键，实现对歌曲的 选择及音量调节。同时对输出音频信号 AD 采集后进行 FFT 变换，在 LED 点阵上显示。 在设计研究过程中采取了瀑布模型，阶段根据设计要求对设计进行全面、仔细的 需求分析，做出进度安排；第二部分选取硬件，同时软硬件分模块调试；第三部分整 体调试以及测试。相关的软硬件调试结果表明，本系统达到了既定的设计目标。 关键词关键词：单片机，音频解码，FAT32，FFT 大连东软信息学院毕业设计（论文） Abstract II Design and Impleme
4、ntation of Parking Distance Control System Based on SCM Abstract Music is a kind of note, expressing peoples thinking and carring peoples thoughts. Music is full of purpose and connotation, which implies the authors life experience and thoughts. Audio spectrum can expresse music in the form of visua
5、l and help people appreciate music better.So the audio spectrum display music player is meaningful. On the basis of analyzing the characteristics of STC15F2K60S2 microcontroller technology and the functional requirements of MP3 music playing system, this paper proposes a method of using a single chi
6、p microcomputer to realize MP3 players and combined with the FFT transform music spectrum and the method of the hardware and software design. This system USES STC15F2K60S2 single chip as the CPU for overall control, microcontroller reads SD card data through the FAT32 file system, and transmit to MP
7、3 audio decoder chip VS1003 for audio data decoding, songs played functions realized. We can implement the selection of songs and volume through controlling the key. At the same time, it output audio signal FFT transform after AD sampling, and LED display. Related hardware off-line experimental resu
8、lts show that the system has reached the set of design goals. Key words:Single Chip Microcomputer, Audio Decoding, FAT32,FFT 大连东软信息学院毕业设计（论文） 目录 III 目目 录录 摘 要.I ABSTRACT.II 第 1 章 绪 论.1 1.1 论文研究主要内容1 1.2 国内外现状1 1.3 预期成果2 第 2 章 关键技术介绍.3 2.1 关键性开发技术的介绍3 2.1.1 单片机.3 2.1.2 SD 卡读写访问 .4 2.1.3 FAT32 文件系统.4
9、2.1.4 音频解码器的选择.4 2.1.5 频谱计算方法的选择.5 2.1.6 软件选择.5 第 3 章 系统分析6 3.1 构架概述6 3.1.1 功能构架.6 3.1.2 模块需求描述.6 3.2 系统开发环境.6 3.3 系统任务的可行性分析7 第 4 章 系统设计8 4.1 设计指导思想和原则.8 4.2 模块设计8 4.2.1 主控制模块.8 4.2.2 SD 卡模块 .10 大连东软信息学院毕业设计（论文） 目录 IV 4.2.3 音频解码模块.12 4.2.4 LED 显示模块.15 4.2.5 音频数据采集模块.16 4.2.6 按键模块.16 4.3 软件设计原则.17 4
10、.4 系统控制流程.17 4.5 系统的功能结构设计.22 第 5 章 系统实现24 5.1 系统电路图24 5.2 系统 PCB 图24 5.3 整体系统流程.25 5.4 关键疑难技术解决25 5.4.1 电路设计.26 5.4.2 器件的选择.26 5.4.3 代码编写.26 第 6 章 系统测试27 6.1 调试步骤27 6.2 系统性能测试.27 第 7 章 结 论.28 参考文献.29 致 谢.30 附 录.31 大连东软信息学院毕业设计（论文） -1- 第第 1 章章 绪绪 论论 随着科技的日益发展，计算机、信息、电子、通信等技术得到迅速发展，促使了 社会生产力的提高，也使人们对
11、生产方式和生活方式产生了日新月异的变化。同时人 们生活水平的提高及对音乐的喜爱，对音乐播放器的品质、功能、品种等提出了越来 越多的要求，表现在对控制系统性能、可靠性等方面的要求越来越高。 MP3 其实是一个特定的小型电脑。在机身里有着 MP3 播放器存储器、MP3 播放 器显示器、MP3 播放器中央处理器或解码器等。当所有模块都开始工作时，我们就会 听到美妙的音乐了。由于 MP3 音乐的较小数据量和近乎完美的播放效果使其在网络上 传输得以实现。近几年，随着 MP3 播放器技术的发展，在其选型、设计、开发、附加 功能和适用领域等方面做了很大的努力，现在 MP3 播放器具有轻薄、小巧，同时具有 大
12、容量、超长时间播放、功能多样化等优点。 在如今 MP3 播放器竞争激烈的市场，人们对 MP3 的需求也越来越大，在购买时 会考虑到价格、性能等方面。因此在本次设计中，根据市场需求进行设计，实现在听 歌的过程中，需要暂停、切换歌曲或者查看歌曲名等功能。内存中的歌曲是固定的， 客户可以根据自己的需求去下载更新。该设计系统以单片机为控制单元基础，以最低 的成本满足 MP3 文件控制和显示的功能。为了方便更换歌曲，以 SD 卡作为存储器， 最大支持能 4GB 的 SD 卡，能储存大约 1000 首歌曲。同时结合 FFT 变换，在 LED 点 阵上显示音乐频谱，增强了视觉效果1。 1.1 论文研究主要内
13、容论文研究主要内容 本系统是根据 VS1003 音频解码模块所设计的 MP3 音乐播放器，音频文件存储在 SD 卡上，通过文件系统读取 SD 扇区，由 STC15F2K60S2 单片机读取数据并送到 VS1003 音频解码器模块输出。根据设计目的，需达到以下要求： （1）播放指定目录的 MP3 歌曲。 （2）通过按键可以随意切换上下曲、音量加减、暂停和播放。 （3）播放的同时，在 LED 点阵上显示音乐频谱。 1.2 国内外现状国内外现状 MP3 全称是动态影像专家压缩标准音频层面 3，是利用人耳对高频声音信号不敏 感的特性，将时域波形信号转换成频域信号，并划分多个频段，对不同频段使用不同 的
14、压缩率，保证信号不失真。将音乐以 1:10 甚至 1:12 的压缩率，压缩成容量较小的文 大连东软信息学院毕业设计（论文） -2- 件。能够在音质丢失很小的情况把文件压缩到更小的程度。而且还非常好的保持了原 来的音质。这种压缩方式的全称叫 MPEG Audio Player3，所以人们把它成为 MP3。 随着计算机技术、微电子技术和数字信号处理技术的迅速发展，各种消费类电子 产品趋势朝着集成化和小型化，特别是随着网络多媒体技术的普及、数字音频技术的 快速发展。以 MP3 为代表的消费类电子产品广泛的应用在我们的生活中，数字音频技 术得到了长久发展2。 1.3 预期成果预期成果 利用单片机开发一
15、款 LED 音波频谱播放器，可以用于音乐文件的播放，有很好的 实用价值，同时也能够通过视觉显示美妙的音乐频谱增加人们对音乐的喜好。 音乐播放器设计具有以下功能：按顺序从头至尾播放全部设置的乐曲；按顺序从 头至尾自动循环播放全部设置的乐曲；选着循环播放某一首乐曲；从某一乐曲开始播 放，直到某一乐曲；具有暂停/播放功能；具有停止播放功能。音波频谱装置能够随着 音乐播放同时 LED 光柱随着音乐跳跃。使用单片机作为系统核心，通过对相关外部设 备的控制完成 LED 音波频谱播放器的系统设计。并完成相关的控制软件编写，最后形 成统一的系统并完成调试，能够正常实现功能。掌握单片机系统设计和软硬件设计的 相关知识，能够完成系统划分和详细设计，能够编写软件控制系统运行。掌握单片机 开发的调试方法。 大连东软信息学院毕业设计（论文） -3- 第第 2 章章 关键技术介绍关键技术介绍 2.1 关键性开发技术的介绍关键性开发技术的介绍 该系统是由单片机为主控制器的系统。主要包括 SD 卡读写操作、文件系统、液晶 显示、VS1003 音频解码和按键处理等模块。其关键性开发技术在于单片机、SD 卡读 写访问和基于单片机的 FAT32 文件系统操作。 2.1.1 单片机单片机 单片机是微型计算机的一个重要分支。它使计算机从海量数值计算进入智能控制 领域，并由此开创
