VS1003作MP3播放器_教程

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单片机实现MP3播放的方法

有一个东西你一定听说过或用过，那就MP3播放器。MP3播放器以其小巧的体积、强大的功能、优异的音质倍受人们的青睐。如果把它嵌入到我们的单片机系统中，实现音频输出，那么对系统的增色是不言而喻的。单独拿单片机来说，要解码MP3文件，是不可能的，因为从处理速度和资源各个方面都是不能满足要求的。所以要依赖于专用MP3解码芯片，而单片机要作的就是对其进行控制。这里我们围绕芬兰VLSI公司出品的VS1003来进行解MP3的实现方法。 1、VS1003芯片 1）芯片简介

VS1003是由荷兰VLSI公司出品的一款单芯片的MP3/WMA/MIDI音频解码和

ADPCM编码芯片，其拥有一个高性能低功耗的DSP处理器核VS_DSP，5K的指令RAM，0.5K的数据RAM，串行的控制和数据输入接口， 4个通用IO口，一个UART口；同时片内带有一个可变采样率的ADC、一个立体声DAC以及音频耳机放大器。

VS1003通过一个串行接口来接收输入的比特流，它可以作为一个系统的从机。

输入的比特流被解码，然后通过一个数字竟是控制器到达一个18位过采样多位ε-ΔDAC。通过串行总线控制解码器。除了基本的解码，在用户RAM中它还可以做其他特殊应用，例如DSP音效处理。

2）芯片实物与SiriuS板上的VS1003

3）芯片封装

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以下的讲述都是针对于LQFP-48封装的。 4）VS1003特性

1.能解码MPEG1 与MPEG2音频层III（CBR+VBR+ABR）;WMA 4.0/4.1/7/8/9

5~384kbps所有流文件;WAV（PCM+IMA AD-PCM）;产生MIDI/SP-MIDI文件。

2.对话筒输入或线路输入的音频信号进行IMA ADPCMM编码 3.支持MP3和WAVV流 4.高低音控制 5.单时钟12~13MHz

6.内部PLLL锁相环时钟倍频器 7.低功耗

8.内含高性能片上立体声数模转换器，两声道间无相位差 9.内含能驱动30欧负载的耳机驱动器 10.模拟，数字，I/O单独供电

11.为用户代码和数据准备的5.5KB片上RAM 12.串行的控制/数据接口 13.可被用作微处理器的从机 14.特殊应用的SPI Flash引导 15.借高度用途的UART接口

16.新功能可以通过软件和4 GPIO添加 5）VS1003的引脚定义

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6）VS1003的功能寄存器

VS1003共有16个16位的寄存器，地址分别为0X0~0XF;除了模式寄存器

（MODE，0X0）和状态寄存器（STATUS，0X1）在复位后的初始值分别为0X800和OX3C外，其余的寄存器在VS1003初始化后的值均为0。下面将VS1003各

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寄存器逐一进行介绍。 1.MODE（地址：0X0 可读写） bit0:SM_DIFF

SM_DIFF=0 正常音频相位 SM_DIFF=1 左声道反转

当SM_DIFF置位时，VS1003将左声道反相输出，立体声输入将产生环

绕效果，对于单声道输入将产生差分（反相）左/右声道信号。

bit1:SM_SETTOZERO 置零。 bit2:SM_RESET

SM_RESET=1，VS1003软复位。软复位之后该位会自动清零。 bit3:SM_OUTOFWAV

SM_OUTOFWAV=1,停止WAV解码。

当你要中途停止WAV、WMA或者MIDI文件的解码时，置位

SM_OUTOFWAV，并向VS1003持续发送数据（对于WAV文件发送0）直到将SM_OUTOFWAV清零;同时SCI_HIDAT1也将被清零。

bit4:SM_PDOWN

SM_PDOWN=1，软件省电模式，该模式不及硬件省电模式（可由VS1003

的XRESET来激活）。

bit5:SM_TESTS

SM_TESTS=1，进入SDI测试模式。 bit6:SM_STREAM

SM_STREAM=1,使能VS1003的流模式。 bit7:SM_PLUSV

SM_PLUSV=1，MP3+V解码使能。 bit8:SM_DACT

SM_DACT=0，SCLK上升沿有效;SM_DACT=1，SCLK下降沿有效。 bit9:SM_SDIORD

SM_SDIORD=0，SDI总线字节数据MSB在前，即须先发送MSB; SM_SDIORD=1，SDI总线字节数据LSB在前，即须先发送LSB;

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该位的设置不会影响SCI总线。 bit10:SM_SDISHARE

SM_SDISHARE=1,SDI与SCI将共用一个片选信号（同时

SM_SDINEW=1），即将XDCS与XCS这两根信号线合为一条，能省去一个IO口。

bit11:SM_SDINEW

SM_SDINEW=1，VS1002本地模式（新模式）。VS1003在启动后默认进

入该模式。（这里所说的模式指的是总线模式。）

bit12:SM_ADPCM

SM_ADPCM=1，ADPCM录音使能。

同时置位SM_ADPCM和SM_RESET将使能VS1003的IMA ADPCM录

音功能。

bit13:SM_ADPCM_HP

SM_ADPCOM_HP=1，使能ADPCM高通滤波器。同时置位

SM_ADPCM_HP、SM_ADPCM和SM_RESET将开启ADPCM录音用高通滤波器，对录音时的背景噪音有一定的抑制作用。

bit14:SM_LINE_IN

录音输入选择，SMLINE_IN=1,选择线入（line in）;SM_LINE_IN=0，选

择麦克风输入（默认）。

2.SCI_STATUS(地址：0X1 可读写)

SCI_STATUS为VS1003的状态寄存器，提供VS1003当前状态信息。 3.SCI_BASS(地址：0X2 可读写)

重音/高音设置寄存器。

VS1003的内置的重音增强器VSBE是种高质量的重音增强DSP算法，能

够最大限度的避免音频削波。当SB_AMPLITUDE（bit:7~4）不为零时，重音增强器将使能。可以根据个人需要来设置SB_AMPLITUDE。例如，SCI_BASS=0x00f6，即对60Hz以下的音频信号进行15dB的增强。当ST_AMPLITUDE（bit:15~12）不为零时，高音增强将使能。例如，SCI_BASS=0x7a00，即10kHz以上的音频信号进行10.5dB的增强。

4.SCI_CLOCKF(地址：0X3 可读写)

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bit15~bit13:SC_MULT

时钟输入XTALI的倍频设置，设置之后将启动VS1003内置的倍频器。 bit12~bit11:SC_ADD

用于在WMA流解码时给倍频器增加的额外的倍频值。 bit10~bit0:SC_FREQ

当XTALI输入的时钟不是12.288M时才需要设置该位段，其默认值为0,

即VS1003默认使用的是12.228M的输入时钟。

5.SCI_DECODE_TIME(地址：0X4 可读写)

解码时间寄存器。当进行正确的解码时，读取该寄存器可以获得当前的解码时

长（单位为秒）。可以更改该寄存器的值，但是新值须要对该寄存器进行两次写操作。在每次软件复位或是WAV(PCM、IMA ADPCM、WMA、MIDI)解码开始与结束时SCI_DECODE_TIME的值将清零。

6.SCI_AUDATA(地址：0X5 可读写)

当进行正确的解码时，该寄存器的值为当前的采样率（bit:15~bit1）和所使用

的声道（bit0）。采样率须为2的倍数;bit0=0，单声道数据，bit0=1，立体声数据。写该寄存器半直接改变采样率。

7.SCI_WRAM(地址：0X6 可读写)

读寄存器用来加载用户应用程序和数据到VS1003的指令的数据RAM中。起

始地址在SCI_WRAMADDR中进行设置，且必须先于读写SCI_WRAM。对于16位的数据可以在进行一次SCI_WRAM的读写中完成;而对32位的指令字来说则需要两次连续读写。字节顺序是大端模式，即高字节在前，低字节在后。在每一次完成全字读写后，内部指针将自动增加。

8. SCI_WRAMADDR(地址：0X7 可读写) 用于设置RAM读写的首地址。

9.SPI_HDAT0gng SPI_HDAT1(地址：0X8 只读)

这两个寄存器用来存放所解码的音频文件的相关信息，为只读寄存器。 当为WAV文件时，SPI_HDAT0=0X7761，SPI_HDAT1=0X7665; 当为WMA文件时，SPI_HDAT0的值为解码速率（字节/秒），要转换为

位率的话则将SPI_HDAT0的值乘8即可，SPI_HDAT1=0X574D;

当为MIDI文件时，SPI_HDAT0的值可以参考VLSI的技术文档第33页，

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SPI_HDAT1=0X4D54;

当为MP3文件时，SPI_HDAT0和SPI_HDAT1包含较为复杂的信息（来

自于解压之后的MP3文件头），包括当前正在 解码的MP3文件的采样率、位率等，具体请参考数据手册的第33页到第34页。复位后SPI_HDAT0和SPI_HDAT1将清零。

10.SCI_AIADDR(地址：0XA 可读写)

用户应用程序的起始地址，初始化先于SCI_WRAMADDR和SCI_WRAM。

如果没有使用任何用户应用程序，则该寄存器不应进行初始化，或是将其初始化为零。

11.SCI_VOL(地址：0XB 可读写)

音量控制寄存器。高八位用于设置左声道，低八位用于设置右声道。设置值为

最大竟是的衰减倍数，步进值为0.5dB，范围为0到255.最大竟是的设置值为0x0000，而静音为0xffff。例如，左声道：-2.0dB，右声道：-3.5dB，则SCI_VOL=(4X256)+7=0x0407。硬件复位将使SCI_VOL清零（最大音量），而软件复位将不改变音量设置值。

（设置静音(SCI_COL=0XFFFF)将关闭模拟部分的供电。） 12.SCI_AICTRL[X](地址：0XC~0XF 可读写) 用于访问用户应用程序。 7）VS1003有应用电路

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2、VS1003的驱动方法

这里就来介绍单片片对VS1003的控制方法，最终实现MP3播放。 1）准备工作

在对VS1003进行驱动之前，我们需要确保以下几点已经没问题，否则后面

的工作都将是没有意义的。

1.VS1003各部分的供电电压与输出电压值是不同的。

2.VS1003与单片机正确可靠连接。

VS1003与单片机连接的引脚主要有7个，分别为 SO、SI、SCLK、

/XCS、/XRESET、DREQ、/XDCS。只有保证它们与单片机正确可靠的连接，才能对VS1003进行有效的操作与控制。

2）写命令操作

要控制VS1003首先要实现的就是写命令，这是控制是否成功的前提。关于

通信接口部分，是一种同步串行接口方式（SPI从机模式），它要求SCLK信号必须由外部电路产生，数据（SDATA）在SCLK的上升沿或下降沿时被写入。在笔者的实验中，采用的是软件模拟SPI，读者也可以选用带有硬件SPI的单片

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机（如STC12系列、AVR系列等），驱动效果会更好。写命令的过程如下：

1.等待DREQ为高（当DREQ为低时，说明芯片还没有就绪） 2.将XCS（命令片选）拉低 3.写入0x02 4.写入寄存器地址

5.分别写入数据的高字节与低字节 6.将XCS置高 实现代码如下：

void wr_commad(unsigned char addr,unsigned char hdat,unsigned char ldat ) { DREQ=1; while(!DREQ); XCS=0; spi_write(0x02); spi_write(addr); spi_write(hdat); spi_write(ldat); XCS=1; }

3）VS1003的初始化

如其它芯片一样，初始化对于VS1003来说同样是极其重要的。初始化的过

程大致是这样的：

1.硬件复位：接XRESET拉低

2.延时，将XDCS、XCS、XRESET置高 3.向MODE中写入0X0804 4.等待DREQ为高

5.设置VS1003的时钟：SCI_CLOCKF=0x9800，3倍频

6.设置VS1003的采样率：SPI_AUDATA=0xbb81，采样率48k，立体声 7.设置重音：SPI_BASS=0x0055 8.设置音量：SCI_VOL=0x2020

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9.这一步被很多人忽视，向VS1003发送4个字节的无效数据，用以启动SPI

发送

实现代码如下：

void Mp3Reset(void) {

XRESET=0; delay(100);

XDCS=XCS=XRESET=1; wr_commad(0x00,0x08,0x04); delay(10); DREQ=1; while(!DREQ);

wr_commad(0x03,0x98,0x00); delay(10);

wr_commad(0x05,0xbb,0x81); delay(10);

wr_commad(0x02,0x00,0x55); delay(10);

wr_commad(0x0b,VOL_VALUE,VOL_VALUE); // 音量 delay(10); spi_write(0); spi_write(0); spi_write(0); spi_write(0); }

在进行了正确的初始化后，还要着重检查一下VS1003的模拟部分是否正常 将VS1003的所有DVDD、AVDD管脚以及XRESET、TEST（第32个引脚）接

+3.0V，然后测量RCAP引脚，它应该是1.3V左右，否则芯片模拟部分未正常工作。

4）正弦测试

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在上面的各种操作与检测没有问题后，就可以让VS1003放出声音了。可以利用

VS1003自带的正弦测试对音频输出进行测试。要启动VS1003的正弦测试，需要向其写入正弦测试命令。这里提供启动正弦测试的流程，在真实的硬件运行通过，最终的效果是在耳机中听到单一频率的正弦音（频率可以通过程序来更改）。

具体流程如下：

1.进入VS1003的测试模式：SPI_MODE=0X0820 2.等待DREQ为高

3.将XDCS接低，而XCS要置高，选择VS1003的数据接口

4.向VS1003发送正弦测试命令：0X53 0XEF 0X6E 0X30 0X00 0X00 0X00 0X00 其中0X30为频率，用户可以修改为其它值 5.延时一段时间

6.退出正弦测试，发送命令：0X45 0X78 0X69 0X74 0X00 0X00 0X00 0X00 7.延时一段时间 8.循环以上流程 实现代码如下：

void Sintest(unsigned char x) {

wr_commad(0x00,0x08,0x20); DREQ=1; while(!DREQ); XDCS=0;XCS=1; spi_write(0x53); spi_write(0xef); spi_write(0x6e); spi_write(x); spi_write(0); spi_write(0); spi_write(0); spi_write(0);

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delay(5000); spi_write(0x45); spi_write(0x78); spi_write(0x69); spi_write(0x74); spi_write(0); spi_write(0); spi_write(0); spi_write(0); delay(5000); XDCS=1; }

如果能够通过这一步，就说明你的VS1003已经做好了为你播放MP3的准

备了。下面的工作 就是将MP3文件的数据有条不紊地发给VS003,让它来为你完成MP3的解码和播放任务 。

5）MP3文件数据写入

以上的对VS1003的初始化与测试都通过后，现在就可以给它发送MP3文

件了。但是这时就又出现一个新的问题。MP3文件通常是比较大的，小的也要1M~2M，如果使单片机内部的Flash Rom的话，容量是远远不够的。需要有一种大容量的存储器来作为MP3文件的载体。在笔者的调试系统中采用了SD卡（256M）、U盘（1G）与移动硬盘（40G）来存储MP3文件。关于SD卡与U盘的读写方法可以参看相关章节。这些大容量的存储设备通常也是按照扇区来进行读写的，但在实际的应用中更多的是结合FAT32等文件系统来进行文件读写。文件系统部分可以参照《FAT32的存储机制及其在单片机中的实现》。

这里抛开存储介质不谈，只谈数据的写入方法。其实写入数据的方法十分

简单。主要就是看DREQ信号，在VS1003的FIFO能够接受数据的时候输出高电平。每次可以写入32个字节的数据。而DREQ变低时，单片机就要停止数据的发送。

具体的写数据的方法如下： 1.将XDCS拉低

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2.等待DREQ为高 3.通过SPI写入数据

4.在文件没有结束前不断重复2与3操作

5.在所有的数据都发送完毕后，最后发送2048个无效字节，用以清除

VS1003的数据缓冲区

6.将XDCS置高

以下是笔者的程序中的写数据部分：

XDCS=0;

for(j=621;j<2783;j++) {

for(k=0;k<8;k++) {

MMC_get_data_LBA(j,64,get); for(i=0;i<64;i++) {

DREQ=1; while(!DREQ); spi_write(get[i]); //delay(60000); } } }

for(temp=0;temp<2048;temp++) {

DREQ=1; while(!DREQ); spi_write(0); } XDCS=1;

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/f1h4.html