摘要：首要剖析了便携式MP3播映器的作业原理及其体系构成，接着介绍了一种根据51单片机的MP3播映器规划方案。选用 AT89C51SND1C单片机，其片内集成了MP3解码器，运用K9F1208闪存作为外存储器，放音电路选用CS4330，音乐文件经过播映器上的 USB接口从PC机上直接下载。该方案规划简略，性价比高、低功耗、易扩展。
导言
MP3作为高质量音乐紧缩规范，正在进入越来越多人的日子，给数字音频工业带来了微弱的冲击。MP3运用此技能能够取得较大的音乐紧缩比，还能够得到较高的音乐回放质量，比方将CD格局的音乐数据紧缩成MP3格局，音效相差无几，文件巨细至少能够紧缩12倍。
正是因为MP3音乐的较小数据量和近似完美的播映作用，使得以MP3为后缀的音乐文件在网络上的传输得以完结。当时MP3播映器正朝着功用强大、外观丰厚、价格便宜的方向开展，这儿提出一种根据AT89C51SND1C单片机的MP3播映器规划方案。
1 MP3编码简介
MP3是MPEG Layer III(第3层音频编码规范)的缩写，图1为MP3编码器内部原理框图。它是一种超级声响文件的紧缩办法，其数字紧缩速率为每通道128 Kb/s。MPEG由音频和视频两部分组成，能够别离进行紧缩。MPEG在音频上紧缩分为MPEG Layerl、MPEG Layer2和MPEG Layer3，其间MP3具有最高的紧缩比12：1。在一般没有紧缩数据的状况下，音频被数字化时，采样频率有必要为实践声响最高频率的2倍以上。
现在最好的CD音质中，声响最高频率是20 kHz，采样频率定为44.1 kHz，16位量化，要取得CD音质立体声，每秒钟的数据量将超越1.4 Mb;而选用MP3紧缩，数据量能够缩小到1/12，音质却没有丢掉。假如再进一步紧缩数据量到1/24或许更多，仍然能够保持适当好的音质，比起经过下降采样频率、缩短采样深度的办法要好得多。
2 MP3播映器规划
关于便携式MP3体系，首要考虑的是其体积细巧、低功耗、高容量、低价格。当时盛行的MP3播映器首要包含：单片机操控体系、大容量移动存储设备、MP3 解码器、D/A转化芯片、音频扩大电路、USB接口、LCD显现和键盘电路等，其根本作业原理如图2所示。经过USB接口把Flash存储器上的MP3、 WMA等格局的数字音乐文件送到单片机内部集成的解码芯片进行解码，这些音乐文件经解码后成为数字信号，然后音频DAC经过D/A转化将数字音频信号转化为模仿音频信号，再经过功率扩大器进行音频扩大，最终经过耳机输出音乐。
本体系首要完结一个MP3播映器功用，因为触及文件传输和存储问题，所以顺便需求完结USB存储器功用。整个体系由AT89C51SND1C(MCU)、K9F2808U0A(Flash芯片)、电源部分、音频部分、串行通讯部分和人机接口部分组成。
MCU部分：操控整个体系，供给USB操控和MP3解码功用。FLASH芯片：寄存整个体系文件。电源部分：供给体系作业需求的电源，包含一个升压和一个降压部分。音频部分：把数据流通化为声响信号。人机接口部分：包含按键和LED指示等。USB接口部分：经过PC的USB接口进行MP3文件的下载。
2.1 硬件规划
2.1.1 操控器部分
AT89C51SND1C是Atmel公司专门针对MP3规划需求研制的一款多媒体8位微处理器，运用通用的C51内核，集成了CPU和硬件解码器，为 MP3规划供给了一套便利的解决方案。该芯片的高度集成大大下降了体系的耗电和发热，提高了体系的稳定性和速度，抗干扰才能也明显增强。需求留意的是，因为在体系中有MP3和USB传输等高频信号，为了避免噪声对体系的影响，尤其是对音频输出信号的影响，所以在AT89C51SND1C的正负电源间需求加上一个RC滤波电路以消除电路中的噪声。关于AVDD和UVDD的两个模仿电压和数字电源而言，两者需求在数字地和模仿地处单点经过一个磁珠相连，避免数字电源和模仿电源之间相互影响。
2.1. 2 音频部分
音频是整个体系中最为重要的一个部分，在把数字信号转化为模仿信号的过程中简单产生噪声，这个关系到MP3播映器声响作用的好坏，本体系挑选的是CS4330芯片，CS43 30能兼容48 KHz、44.1 KHz和32 KHz的音频流。声响数据经过串行输入引脚SDATA输入，左右输入时钟LRCK决议了左右声道，而在串行输入时钟SCLK的驱动下数据被送入CS4330的数据缓存中，而主时钟决议了数据滤波器的运用。
2.1.3 存储部分
选用三星公司的NAND Flash K9F1208作为体系的数据存储器，用来存储本体系所需播映的音乐文件。主芯片AT89C51SND1C和Flash存储器间的通讯与读取一般的存储器 RAM、EEPROM等根本共同，不同的便是多了CLE和ALE这2个引脚，这是由Flash自身特色所决议的。主芯片经过读取R/B这个引脚来判别 Flash读写是否完结，假如正在读写，那么这个引脚为低电平，表明正忙;假如读写完结，该引脚电平变高，处于READY(预备)状况，等候下次操作。 ALE和CLE这两个信号均为上升沿有用，WP引脚为写保护，用来在电源因为切换等形成不稳定的状况下避免数据丢掉。
2.1.4 人机接口部分
人机接口部分首要供给一个人和体系进行信息交流的接口，包含键盘输入、LED显现以及串行口3个部分。键盘输入供给给用户挑选功用的才能、LED显现体系现在的作业状况，串行口能够便利开发过程中的调试，经过串口调试帮手等东西，把体系运转的状况反应到PC机的屏幕。
2. 1.5 USB接口部分
一般经过PC的USB接口进行MP3文件的下载，传输速率为12 Mbps。因为Atmel公司出产的AT89C51SND1C芯片仅支撑USB1.1技能规范，因而接口速度稍慢。但关于MP3播映来说，能够满足需求。
2. 2 软件规划
MP3播映体系的软件规划，依照模块能够区分为以下几个部分：
◆Flash存储部分：这是体系中的文件存储体系，依照FAT文件格局对Flash芯片进行区分，对芯片的操作有必要依照FAT格局进行。
◆USB通讯驱动：USB驱动通讯首要包含怎么依照Windows 7中对USB移动硬盘的描绘编写设备的固件程序，以便操作体系对MP3体系的操作。
◆MP3解码操控：操控体系中心的MP3解码器把从Flash中取出来的MP3紧缩数据流解码成音频数据流，供给给音频解码接口。
◆音频解码接口：和外围的音频驱动芯片接口，对音频驱动芯片进行装备以及操控，把解码后的数字信号转化为模仿声响而且驱动耳机。
◆其他部分：由供给人机接口的键盘扫描驱动、LED显现驱动、数码管驱动部分组成。
体系软件结构框图如图3所示。
2.3 MP3播映程序结构
在主程序时，假如处于播映状况，则调用PlayMP3函数播映歌曲，直至播映到最终一首，在PlayMP3里边，MP3解码器一旦开端作业今后，就会一向向CPU恳求数据，直至歌曲完毕。程序进入此函数今后，只要改动当时歌曲的键盘操作才能使此函数提前完毕，进入下一首歌曲的播映。
MP3播映函数的作业分两部分进行：榜首部分是播映一首新的MP3歌曲时，要做一些初始化作业;第二部分则一向在等候中止产生。第二部分与键盘结合，以完结MP3播映过程中的用户操作。MP3播映程序结构框图如图4所示。
2.4 人机接口程序结构
当履行MP3程序的时分，需求经过按键操作来操控MP3歌曲的播映，每个键对应一个键盘响应函数：
①Func：功用切换。
②Next：向后。
③Previous：向前。
④PlayPause：播映/暂停。
人机接口流程图如图5所示。
结语
本文提出根据AT89C51SND1C单片机的MP3播映器的规划方案，MP3为取得较好的紧缩作用而选用相对杂乱的技能，宽带音频信号的取样率也较高 (一般为44.1 KHz以上)，所以MP3编解码的运算量和数据量都适当巨大。MPEG LayerIII解码算法在AT89C51SND1C上验证经过并取得较好的作用，经过优化后可流通播映音乐。此MP3播映器体系既有播映歌曲的功用又有 U盘功用。两种功用的转化用USB接口检测电路来操控：当MP3播映器上的USB设备刺进PC机上的USB接口进行文件下载时，履行U盘功用;不然程序履行MP3功用。
