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1、本科毕业设计（论文）基于51单片机的MP3播放器设计摘 要随着科学技术的发展，带数字语音功能的嵌入式终端类产品在日常生活中得到了广泛的使用，这也促进了与该功能相关的数字音频压缩技术的发展，在数字音频压缩技术中，MP3以其优异的性能得到了广泛的使用。现在，具备MP3功能已成为嵌入式终端类产品的发展趋势之一。本文介绍了一种基于51单片机的MP3播放器设计方案。它采用ATMEL公司专门针对MP3设计需求出品的AT89C51SND1C芯片。文章详细论述了MP3播放器的硬件和软件结构设计流程，采用Protel99se软件画出原理图、制做印刷电路板，通过Keil编程软件对MP3软件设计中的文件解码程序、按
2、键控制程序、USB通讯控制程序和FAT文件管理程序进行编程，通过电脑的串口和相应的软件进行调试,实现MP3实时解码过程。实验表明，该系统工作达到了设计要求，为后续的嵌入式系统研发打下了基础，具有一定的实用价值。关键词：单片机，MP3，AT89C51SND1C，USB，FAT MP3 PLAYER DESIGN BASED ON 51 SINGLE-CHIPABSTRACTAlong with the development of science and technology, the embedded terminal products with digital audio function
3、is widely used in our daily life, and the associated digital audio compression technologies are also highly developed, MP3 is the most popular one in various digital audio compression technologies according its excellent performance. Now, with MP3 function have became the trends of the embedded term
4、inal products.This paper introduce a MP3 player design based on 51microcontroller.It uses AT89C51SND1C chip,which ATMEL company produce for MP3 design requiresments.We detailed discuss the MP3 player hardware and software design process,use Protel99se software to draw MP3 schematic, make printed cir
5、cuit boards, through Keil programming software design MP3 software,such as file decoding procedures, key control procedures, USB communication and control procedures,and FAT file management procedures and programming procedures, use the computers serial port and the corresponding software debug prog
6、rams, realize real-time MP3 decoding. The experiment results show that the system meets the design requirements, creat the condition of the subsequent development of embedded systems, and has some practical value.KEY WORDS:Single chip,MP3,AT89C51SND1C,USB,FAT 5目录前言1第1章 绪论21.1课题研究背景和意义21.2研究的主要内容5第2章
7、 设计方案选择72.1设计方案72.2选定最终设计方案8第3章 MP3系统硬件设计93.1 MP3系统硬件设计的原则93.2主控CPU的性能介绍和原理图103.3调试接口电路133.4 Flash存储系统143.5电源系统部分153.6音频和功率放大电路173.7 MP3的原理图和PCB图18第4章 MP3系统软件设计22第5章 实验结果25结论26参考文献27致谢28附录29外文资料译文59前言嵌入式技术作为在信息、网络与服务等支撑发展中最重要的实用技术之一，已经开始广泛应用于移动通信、消费电子、无线网络、工业控制和军事国防等社会生活的各个领域。随着嵌入式技术的深入发展和广泛应用，社会对掌握
8、嵌入式技术的人才产生巨大需求，嵌入式软硬件工程师成为未来最为热门的职业之一。便携式MP3播放器作为一种集音频播放、数据存储为一身的数码产品，其功能结构为电子设计人员所津津乐道。MP3是MPEG-1音频层（Layer）的简称。MPEG-1音频(IOS/IEC11172-3) 是目前普遍应用的音频压缩标准, 其中音频层的算法最为复杂, 但压缩比最大, 效果也最好, 在低码率的条件下基本能达到CD的音质效果。MP3标准用尽可能低的码流实现CD音质的声音而不会产生数据损失。如果对于一段声音不进行压缩的话，那么每存储一秒钟的立体声CD音质音乐必须用1.4Mbit，这是个十分大的开销。通过运用MPEG音频
9、标准的压缩技术，我们可以把存储空间压缩到原来的十二分之一而不会降低声音的音质。即使使用二十四分之一的压缩因子，仍然比单纯降低采样率的音质要好。低数据量和高播放品质的优点使其成为音乐存储，数字广播，网上音乐传输的主要方式。人们不仅可以使用计算机软件, 还可以通过数字随身听来欣赏音乐。第1章 绪论1.1课题研究背景和意义在过去的历史进程中，钢铁、石化等是支撑物质社会发展的重要资源；在未来社会进程中，计算机芯片、软件将成为支撑知识社会发展的另一种重要资源。其中嵌入式技术作为这一资源在信息、网络与服务等支撑发展中最重要的实用技术之一，已经开始广泛应用于移动通信、消费电子、无线网络、工业控制和军事国防等
10、社会生活的各个领域。随着嵌入式技术的深入发展和广泛应用，社会对掌握嵌入式技术的人才产生巨大需求，嵌入式软硬件工程师成为未来最为热门的职业之一。便携式MP3播放器作为一种集音频播放、数据存储为一身的数码产品，其功能结构为电子设计人员所津津乐道。MP3是MPEG-1音频层（Layer）的简称。MPEG-1音频(IOS/IEC11172-3) 是目前普遍应用的音频压缩标准, 其中音频层的算法最为复杂, 但压缩比最大, 效果也最好, 在低码率的条件下基本能达到CD的音质效果。MP3标准用尽可能低的码流实现CD音质的声音而不会产生数据损失。如果对于一段声音不进行压缩的话，那么每存储一秒钟的立体声CD音质
11、音乐必须用1.4Mbit，这是个十分大的开销。通过运用MPEG音频标准的压缩技术，我们可以把存储空间压缩到原来的十二分之一而不会降低声音的音质。即使使用二十四分之一的压缩因子，仍然比单纯降低采样率的音质要好。低数据量和高播放品质的优点使其成为音乐存储，数字广播，网上音乐传输的主要方式。人们不仅可以使用计算机软件, 还可以通过数字随身听来欣赏音乐2。嵌入式系统发展到现在，有如下几个应用方向：采用单片机、ARM、DSP和FPGA这四种工具进行开发。它们的特点和区别如下所述。单片机的特点我们在讲课时就已经讲过，这里不再赘述。ARM（Advanced RISC Machines）是微处理器行业的一家知
12、名企业，设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。ARM架构是面向低预算市场设计的第一款RISC微处理器，基本是32位单片机的行业标准，它提供一系列内核、体系扩展、微处理器和系统芯片方案，四个功能模块可供生产厂商根据不同用户的要求来配置生产。由于所有产品均采用一个通用的软件体系，所以相同的软件可在所有产品中运行。目前ARM在手持设备市场占有90%以上的份额，可以有效地缩短应用程序开发与测试的时间，也降低了研发费用4。DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，有自己的完整指令系统，是以数字信号来处理大量信息的器件。一个数字信号处理器在一
13、块不大的芯片内包括有控制单元、运算单元、各种寄存器以及一定数量的存储单元等等，在其外围还可以连接若干存储器，并可以与一定数量的外部设备互相通信，有软、硬件的全面功能，本身就是一个微型计算机。DSP采用的是哈佛设计，即数据总线和地址总线分开，使程序和数据分别存储在两个分开的空间，允许取指令和执行指令完全重叠3。也就是说在执行上一条指令的同时就可取出下一条指令，并进行译码，这大大的提高了微处理器的速度。另外还允许在程序空间和数据空间之间进行传输，因为增加了器件的灵活性。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实
14、际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片1。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。由于它运算能力很强，速度很快，体积很小，而且采用软件编程具有高度的灵活性，因此为从事各种复杂的应用提供了一条有效途径。根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特点：(1) 在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法； (2) 程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；(3) 片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问； (4) 具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；
15、(5) 快速的中断处理和硬件I/O支持；(6) 具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器； (7) 可以并行执行多个操作；(8) 支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。当然，与通用微处理器相比，DSP芯片的其他通用功能相对较弱些。FPGA是英文Field Programmable Gate Array（现场可编程门阵列）的缩写，它是在PAL、GAL、PLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物，是专用集成电路（ASIC）中集成度最高的一种。FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个 新概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输出输入模块IOB （Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。用户可对FPGA内部的逻辑模块和I/O模块重新配置，以实现用户的逻辑。它还具有静态可重复编程和动态在系统重构的特性，使得硬件的功能可以像软件一样通过编程来修改。作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路，FPGA既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。可以毫不夸张的讲，FPGA能完成任何数字器件的功能，上至高性能CPU,下至简单的74电路，都可以用FPGA来实现5。FPGA如同一张白纸或是一堆积木，工程师可以通
