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1、基于基于 AT89C51SND1AT89C51SND1 的的 MP3MP3 播放器设计方案播放器设计方案一、设计简述：随着科技的进步，MP3 播放器已成为现代消费者首选的随身听产品，它以小巧玲珑的体积，精美的外形，低廉的价格及其出色是音质和强大的功能深得消费者的厚爱。国际上很多芯片制造商看准商机，开发出以自己生产的芯片为核心的 MP3 方案，并公布于众，这些核心芯片包括：ATJ-207X 系列，AT9015 系列，AT161 系列，STMP341X 系列等。其中，以 ATMEL 公司生产的 AT89X51SND1 系列芯片最为著名，其中包括本设计所采用的 AT89C51SND1 芯片。功能强大
2、的 AT89C51SND1：AT 89C 51SND1 单片机是 ATMEL 公司专门针对开发 MP3 而设计的，其主要特点是内部集成了 MPEG2 解码器和 USB 通讯接口，内含64k 的内部程序存储器，支持在系统编辑 ISP 功能，通过 USB 或者串行口对芯片进行编程操作，内部数据存储器为 2056 字节。它最高支持 20MHz 的工作频率，工作电压为 3V，内部集成的 MPEG2 解码功能支持 48，44.1，32，24，22.05 及 16 赫兹的采样序列，可直接与DAC 音频转换芯片连接，支持 USB1.1 协议全速引擎，并提供相应的键盘中断、IDE/ATATPI /MMC 及
3、ISP 接口。二、系统设计方案论证：目前 MP3DIY 主要有两种方案：使用 DSP 装配和使用专用 MP3 开发芯片。DSP 系统硬件设计麻烦,程序晦涩难懂，购买 DSP 芯片的价格也较高，因此本设计采用后一种方案。国内流行的方案很多，使用的专用芯片也是多种多样，但大部分方案整体上大致相同。以 AT 89C 51SND1 为核心的 MP3 系统主要实现一个 MP3 播放器的功能，整个系统由 AT 89C 51SND1(MCU)、K 9F 1208UDF(FLASH 芯片)或硬盘、音频转换部分、USB 接口、外部控制、串行通讯、电源部分和录音部分组成。1、MCU 部分：即 AT 89C 51S
4、ND1,控制整个系统，提供 USB 控制和 MP3 解码功能；2、存储器：作为 MP3 播放文件的存储器；3、音频转化部分：将数据流转化成声音信号；4、外部控制：对 MP3 进行操作的外部中断按键；5、通讯系统：包括 USB 及串口通讯。6、外部显示：包括了 LED 发光管指示灯，液晶显示屏等。7、电源部分: 为 MP3 提供所需要的电能；8、外部音频输入部分：包括音频输入元件 MIC 及 A/D 转换芯片下面我们具体来了解一下由 ATMEL 公司在网上公开提供的一款以 AT89C51SND1 为核心的 MP3 方案(以下称小板方案)。 电源部分：整个开发板上的芯片统一采用 3.3V 供电，对
5、开发板的供电采用两种形式：USB 供电和电池供电 。 USB 接口提供 5V 电压和 200mA 电流，Imax=500mA, AT 89C 51SND 1C 所需的电压为 3V（偏差 10%） ，25mA。若使用 USB 口供电，需将 5V 转化成 3.3V。一般可以采用电阻分压和 DC-DC 芯片降压。因为 MP3 属于高速信息传输数码产品，能否有一个良好的电源对MP3 使用的稳定性来说至关重要，因此一般采用芯片降压的供电方案，本方案选用的芯片为 AS1117，它输入电压为 4.75-10V,最大输出电流为 800mA，转换后输出电压为 3.3V，是比较理想的 USB 电平转换芯片。 电池
6、供电可采用两种方式：直接串接电池法和高频振荡升压法 前一种用两节 1.5V 的电池串联形成 3V 的电压直接接入 MP3,这种方法不需要什么外围电路，芯片工作正常，但普通电池压降比较明显，当电池使用一段时间后，压降后的电压会导致 MP3 长期工作于不稳定的低压状态，对其音质和机体有很大的损害。 后一种则将 1.5V 的电压经高频振荡后送入电平转换芯片，将其转换成 3.3V 电压。这种方法是目前最常用的电源技术，它只需要一节电池供电，占用体积小，由于电压是经过高频振荡后转化而来的，所以电池的压降不会影响最终输出的电压，这也大大延长了电池的使用寿命，真正做到节能，是现代各种随身产品的首选供电方式。
7、 在小板方案中，其电源转换主要是由 SP6641(直流推进转换器)和 SP6231（万用串列总线外围设备）构成，电路中，场效应管SI2312DS 与按键 SW5 构成了电源开关控制电路，每触发一下SW5，SI2312DS 将作导通和断开电源，电感 L1 和肖特基二极管BAT54S 构成高频振荡电路，它将高频电流送入 SP6231 处理后，再由它送入 SP6641 进行直流电压转换，最终将 3.3V 电压送至整个设备。 直流电源和数字电源的区别：在一些数字电路中，我们会发现会有 DVDD（数字电源）和 AVDD（模拟电源）两种电源，在小板方案中也不例外，这是因为一些芯片制造商在设计芯片时，为了让
8、芯片工作于一个稳定的环境里，特意为其设计了专用电源 DVDD。原则上，数字电源与模拟电源没有什么大的区别，但模拟电源工作的环境中，可能会出现大的压降或其他影响整个电源的情况。为保证系统的稳定性，通常在设计时，将数字电源和模拟电源分开设计，最后用一跳线将两个电源连接在一起，这样可以避免模拟电源对数字电源的影响，以保证系统的稳定性。外部通讯系统：外部通讯系统主要由 USB 通讯和串口通讯两种通讯方式，通过他们都可以进行程序烧写（51SND 支持系统在线编辑功能） ，但通过USB 接口还可进行文件的存储，即具有 U 盘通讯功能，所以一般只需要完成 USB 通讯接口就可以了。 串口通讯的实现：和其他的
9、单片机串口通讯一样，要使用MAX232 进行 TTL 电平转换，然后直接将信号送入 51SND1 的 25，26脚（串行通讯接口） ，通过 51SND1 内部的程序支持和计算机上的软件来完成串口的信息通讯，串口通讯需要注意波特率问题，选用不当的波特率有可能造成通讯失败，最常用的波特率是 9600 和19200。USB 接口的实现则是通过 51SND1 自带的 USB1.1 协议通讯端口，它不需要使用飞利浦等公司生产的 USB 接口转换芯片，此方案则是通过两个 27 欧姆的电阻后直接接入 51SND 的 21，22 脚，这两个电阻的阻值是官方站对自己所开发的芯片提供的，最好使用精度高的电阻，否则
10、，会因为电阻分压不当而导致计算机无法识别 51SND 芯片。该方案中，有一 PNP 三级管 2N2907，它的作用是作为一个开关，在实现 U 盘功能时，I/O 口将硬件响应信号送入三极管的基极，使其 CE 导通，电源 VDD 通过 1.5K 电阻拉高 USB 的 D+端口电位，以告知计算机有新的硬件接入。我们在设计电路时，通常在三极管 CE 上设一跳线开关，在烧写 MP3 程序时，需手动拉高 D+口电位。外部音频输入部分： 89C 51SND1 芯片提供了外部录音功能，在程序的支持下，通过外部设备 MIC 及其模数转换芯片向其送入音频信息，51SND1 将其转化成 WAV 文件后保存在存储器中
11、，通过 MP3 放音功能可将其音频信息读出。该方案中，实现 MIC 到 CPU 转换的是 MAXIM 公司生产的MAX4468(增益带宽涌流器), 它的主要功能是将 MIC 的信号放大，并将其转化成数字信息，通过 CPU 将数字信息储存在存储器中，从而实现 MP3 的录音功能。mp3 音频转换部分： AT 89C 51SND1 支持 PCM 和 I2S 两种音频结构，音频数据流可以来自 MP3 解码的输出，也可以来自 MCU 直接的音频输出，和 MP3解码部分类似，整个音频部分和 51 内核也通过 5 个寄存器来进行数据和控制信息的交流，这 5 个寄存器是： 1.音频接口控制寄存器 0 AUD
12、CON0 (AUDIO INTERFACE CONTROL REGISTER 0) 2.音频接口控制器 1 AUDCON 1 ( AUDIO INTERFACE CONTROL REGISTER 1 ) 3.音频接口状态寄存器 AUDSTA (AUDIO INTERFACE STATUS REGISTER) 4.音频接口数据寄存器 AUDDAT (AUDIO INTERFACE DATA REGISTER) 5.音频时钟分频寄存器 AUDCLK (AUDIO CLOCK DIVIDER REGISTER ) 当音频数据的第一位送入 DA 转换器的时候就会产生时钟信号。从 MP3 解码器送出的数
13、据被送入 MP3 缓冲器，MP3 的解码数据缓存和解码器通过一个握手信号进行通讯，可以通过 AUDCON1 寄存器中的 DERQEN 位来决定是否需要数据。存储器： 目前市场上的 MP3，其存储器是多种多样的，按照其存储器的不同，大致可分为:FLASH 芯片存储，CF 卡存储和硬盘存储三种。当然，不能否认还有一些使用的是碟片或者其它芯片存储。 FLASH 芯片存储的 MP3 最常见，因为其体积小，存储速度快，耗电省等特点，已成为现在 MP3 存储器的首选(目前市场上的大部分MP3 都使用这种存储器)，本方案使用的 FLASH 存储器是韩国三星公司生产的 K 9F 系列 FLASH 存储器，这些
14、存储器从 16M 到 256M 不等，但价格比较高，一片 64M 的芯片售价是 130 元左右， 256M 的售价 300 多元，用户可根据需要来选择，但选用不同的 FLASH 芯片时，应注意程序兼容的问题，比如设定存储器的大小，FLASH 存储器读出和写入的入口地址等等。 CF 卡存储器最早应该是应用在数码相机上，它的特点是支持插拔，更换碟片容易，市场上很容易买到，其价格也比较便宜。这类 MP3 在市场上不常见，因为其体极大，存储量又不如硬盘，常用于数码摄像机机带 MP3 功能的存储器。但因为 CF 卡价格便宜，多为DIY 者选用上边介绍的两种存储器存储量远远满足不了需要，于是人们便把目光投
15、向了硬盘。一些公司看准商机，生产出专门用于 MP3 的微型硬盘，它的容量大小从几个 G 到几十个 G，但此类 MP3 目前售价较高，使很多 MP3 爱好者望尘莫及。在 MP3DIY 一族里，已经有不少高手使用普通硬盘完成了硬盘 MP3,使用的 CPU 正是 51SND1。51SND1与硬盘通讯的方法多种多样，最常用的方法是利用锁存器 74373 和38 译码器 74138 作为接口扩展，32KRAM62256 作为缓冲器与硬盘的IDE 接口连接，由于硬盘需使用 12V 和 5V 两种电源，其耗电量也非常大，不适合随身携带，所以大部分 DIY 的硬盘 MP3 多是以台式的方式出现，并配上了液晶显示及功放电路。 用硬盘作为 MP3 的存储器要比使用 FLASH 芯片和 CF 卡复杂的多，不仅仅要了解硬盘接口的定义，在编写驱动程序时，还要完全读懂 FAT 文件，这个文件包括软盘数据的逻辑存储、硬盘中的数据组织、硬盘主引导记录（DBR）及其结构、引导记录及其结构、文件分配表 FAT、文件目录表、分区表等等。要想完全看懂这些东西，必须要对计算机原理作充分的了解，理清程序算法，这些不亚于学好几门高等数学。在国内的 DIY 人群中，能看懂 FAT 文件，写出硬盘驱动的人也寥寥无几
