基于51单片机MP3设计 - 图文

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南 阳 理 工 学 院

本科生毕业设计（论文）

学 院： 电子与电气工程学院

专 业： 自动化

学 生： 郝帅臣

指导教师 ： 刘忠超

完成日期 2013 年 5 月

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南阳理工学院本科生毕业设计（论文）

基于51单片机的音乐播放器的软件设计

Software Design of Music Player Based on 51 MCU

总 计 ： 33 页 表 格 ： 3 个 插 图 ： 15 幅

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南 阳 理 工 学 院 本 科 毕 业 设 计（论文）

基于51单片机的音乐播放器的软件设计

Software Design of Music Player Based on 51 MCU

学 院： 电子与电气工程学院 专 业： 自动化 学 生 姓 名： 郝帅臣 学 号： 1109624064 指 导 教 师（职称）：刘忠超（讲师） 评 阅 教 师： 完 成 日 期：

南阳理工学院

Nanyang Institute of Technology

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基于51单片机的音乐播放器的软件设计

自动化专业 郝帅臣

[摘 要]本课题完成了基于51单片机的音乐播放器的软件设计。论文主要介绍了对U盘所存储的MP3、WMA或MIDI格式的文件识别、提取以及音频解码程序实现的方法，通过与硬件调试表明所设计的音乐播放器可以通过按键选择歌曲以及控制音量，同时还可以通过显示屏来显示所播放的歌曲名。声音的播放可以通过扬声器或耳机进行，基本实现了音乐播放器的功能。

[关键词]单片机；音乐播放器；U盘文件读取；音频解码

Software Design of Music Player Based on 51 MCU

Automation Specialty Hao Shuai-chen

Abstract:This topic finishes the software design of the music player based on the 51 microcontroller. The paper mainly introduces the method of identification, extraction and audio decoding program to the storing the U disk MP3, WMA or MIDI format file. At the same time the hardware debugging shows that the music player can select the songs and control the volume through the keyboard, at the same time through the screen display the song name. The sound can play through the speakers or headphones. The design basically realizes the function of music player.

Key words:Single chip microcomputer; music player; u disk file reading; audio decoding

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目 录

1 引言 .................................................................... 1

1.1 设计背景 .......................................................... 1 1.2 设计意义 .......................................................... 1 1.3 理论分析与方案论证 ................................................ 1

1.3.1 理论分析 .................................................... 1 1.3.2 设计方案论证 ................................................ 2

2 系统硬件原理及概述 ...................................................... 3

2.1 STC12C5A60S2处理器介绍 ........................................... 3 2.2 系统硬件电路综述 .................................................. 3

2.2.1 硬件系统总体设计方案 ........................................ 3 2.2.2 USB总线的通用接口芯片CH375电路 ............................ 4 2.2.3 LCD12864显示电路 ........................................... 5 2.2.4 按键控制电路 ................................................ 5 2.2.5 音频解码芯片VS1003电路 ..................................... 5

3 系统软件设计 ............................................................ 6

3.1 软件开发平台 ...................................................... 6 3.2 系统的软件设计 .................................................... 7

3.2.1 软件总体分析 ................................................ 7 3.2.2 CH375软件系统设计 ......................................... 10 3.2.3 CH375模块的U盘数据读取程序设计 ........................... 11 3.2.4 VS1003模块的MP3文件播放程序设计 .......................... 13 3.3 系统流程图 ....................................................... 14 4 系统调试结果及分析 ..................................................... 15 结束语 ................................................................... 18 参考文献 ................................................................. 19 附录 ..................................................... 错误！未定义书签。 致谢 ..................................................... 错误！未定义书签。

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1 引言

1.1 设计背景

随着电子技术的发展,MP3播放器向大容量、高音质、小巧便携不断发展。虽然播放器与存储器的一体化设计，使MP3播放器便于携带,但与此同时他也带来了很多新的问题,比如存储容量固定。如果想装下更多的歌曲只能去购买新的产品,造成了巨大的浪费;另一方面,一体化又限制了MP3播放器在其他领域的应用,比如车载MP3等不方便移动的播放器。于是将存储器与播放器分离成为MP3的另一发展方向。

本设计以单片机为核心控制器，设计一个音乐播放器，主要完成U盘存储的音频文件数据提取及播放任务。该播放器类似于个人计算机的音乐播放软件，可识别、提取U盘所存储的MP3、WMA或MIDI格式的文件并可自行完成音频解码数据处理，最后送扬声器或耳机进行播放。通过自定义键盘设定，当有键按下时，能控制歌曲的播放或音量，并通过LCD来显示播放音乐的歌曲名,同时USB-HOST的开发也为实时数据采集的移动存储提供了价格低廉的解决方案。本文将从软硬件方面介绍如何用单片机控制USB-HOST读取U盘中的文件并将其解码播放。

1.2 设计意义

基于单片机的音乐播放器可应用于MP3，MP4，扩音器等很多方面，并可作为很多系统的辅助功能，传统的音乐播放器是利用定时器可以产生各种固定频率的方波信号，可以产生包括“Do”、“Re”、“Me”等音阶在内的各种频率声音。将各个音阶连接在一起，便可组成一支曲子或者是演奏一段旋律，不能播放真正的MP3文件。基于这个思想本文设计了一款特殊的“音乐播放器”，该播放器可实现MP3文件的完整播放，可以选择音量调节，曲目的切换等功能。为了体现音乐播放过程中的效果，增加了LCD屏，可以实现歌曲名的显示。本设计以STC12C5A60S2芯片作为主控制器，芬兰VLSI公司的VS1003作为音频解码芯片，南京沁恒公司的CH375作为USB设备接口芯片，以U盘作为媒体存储介质，LCD12864液晶屏作为显示屏，来完成音乐播放器的功能。该设计具有四按键操作界面，界面显示友好，支持MP3、WMA和MID音乐格式，该系统支持FAT32文件系统，支持大容量U盘。

1.3 理论分析与方案论证

1.3.1 理论分析

针对本MP3音乐播放系统,要选择合适的控制芯片及外部芯片来实现,下面介绍一下芯片的选用。

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（1）MP3 解码

本设计是利用STC12C5A60S2单片机控制来实现歌曲播放功能的，但对单片机本身来说不能进行音频解码（速度与资源都不符合要求），所以只能利用外部解码芯片来实现歌曲播放功能。MP3解码芯片常见的有VS100X 系列和 STA01X系列，VS系列自带DAC输出功能，而且能解码的音频格式也比较多；而STA系列需要外加DAC，使用起来多有不便，而且只能解码MP3一种格式的音乐文件。

经过比较，选用VS1003作为解码芯片，该芯片支持 MP3、WMA、WAV、MIDI、等格式的解码，自带DAC输出；同时，还可以调节音量、高低音等，更重要的是它还具有MIC功能，如需要，还可以实现录音功能。因此，选用此芯片作为解码芯片。

（2）USB设备接口芯片选用南京沁恒公司的CH375，CH375是一个USB总线的通用接口芯片，支持HOST主机方式和SLAVE设备方式。在本地端，CH375具有8位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出，可以方便地挂接到单片机/DSP/MCU等控制器的系统总线上。在USB主机方式下，CH375还提供了串行通信方式，通过串行输入、串行输出和中断输出与单片机/DSP/MCU等相连接。CH375的USB主机方式支持各种常用的USB全速设备，外部单片机/DSP/MCU可以通过CH375按照相应的USB协议与USB设备通信。

（3）液晶显示采用普通单色LCD来实现，这里考虑到音乐播放显示的功能，同时兼顾成本，故选用LCD12864来实现。该液晶屏本身带有字库功能所以，系统不需要有外部字库文件，可实现曲目的汉字显示。

（4）存储媒介，MP3播放器需要大容量的存储器来存放歌曲，可以选择 Flash芯片存储、SD卡、U盘等。如果选用Flash，则整个系统要求较多的I/O端口来读取，更重要的一点是，这样做的后果就是整个系统的容量就被固定了，扩容存在困难。而U盘和SD卡都是不错的选择，并且U盘和SD卡均容易购买到，并且价格较为低廉，所以，存储部分选用U盘读取来实现。 1.3.2 设计方案论证

通过以上的理论分析，对本设计的所有的主要芯片有了初步的了解。本MP3播放系统以STC12C5A60S2为控制核心，不仅要管理USB总线的通用接口芯片CH375、MP3解码芯片VS1003、LCD12864液晶显示屏和按键的处理，同时还要管理USB存储设备中的文件系统，查找文件等等。存储器里的媒体文件首先被读取到MCU的RAM中，然后又被送到解码芯片中，解码后的音频数据被还原成模拟音频，再由扬声器传出。由于STC12C5A60S2本身不支持USB接口功能，所以MCU无法直接与电脑完成数据传输的功能，存储设备需要通过自身的接口与电脑相接。其它芯片是通过普通I/O端口连接的。

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2.2 系统硬件电路综述

统总体方框图如图2所示。

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2 系统硬件原理及概述

2.2.1 硬件系统总体设计方案

图1 STC12C5A60S2引脚序列

2.1 STC12C5A60S2处理器介绍

转换(250K/S)，STC12C5A60S2引脚序列如图1所示。

通过对按钮的控制来实现对单片机要求播放的音乐，并通过放大电路和音频设备输出

STC12C5A60S2/AD系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，

声音。同时通过LCD显示屏来显示所播放的曲目。必要时可调节音量的大小。硬件系

速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，有8路高速10位的A/D

是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但

本设计的音乐播放器，有四个按键控制按钮：下一曲，上一曲，音量加，音量减。

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LCD12864液晶显示屏USB HOSTCH375USB存储设备MCUSTC12C5A60S2按键串口VS1003音频解码

图2硬件系统总体方框图

2.2.2 USB总线的通用接口芯片CH375电路

CH375芯片是一个支持USB-HOST主机方式和USB-DEVICE/SLAVE设备方式的USB总线通用接口芯片。CH375具有8位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出，可以方便地挂接到单片机/DSP/MCU/MPU等控制器的系统总线上。在USB 主机方式下，CH375还提供了串行通讯方式，通过串行输入、串行输出和中断输出与单片机/DSP/MCU/MPU等相连接。接线图如图3所示。

图3 USB总线的通用接口芯片CH375电路接线图

CH375的USB主机方式支持常用的USB全速设备,外部单片机可以通过CH375按照相应USB协议与USB设备通讯。CH375内置了处理Mass-Storage海量存储设备的专用通讯协议的固件外部单片机可以直接以扇区为基本单位读写常用的USB存储设备（包括USB硬盘/USB闪存盘/U 盘）。主机端点输入和输出缓冲区各64字节，支持12Mbps全速USB设备和1.5Mbps低速设备。可自动检测USB设备的连接和断开，提供设备连

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接和断开的事件通知。通过U 盘文件级子程序库实现单片机读写USB存储设备中的文件。并行接口包含8位数据总线，4线控制：读选通、写选通、片选输入、中断输出。 2.2.3 LCD12864显示电路

显示电路主要是LCD12864电路，它与1602显示屏接线一样，唯一的区别在于1602显示屏是字符型，只能显示数字与字符,不可以显示汉字。12864显示屏是点阵型，可根据需求任意显示字符、数字、汉字、图形。其接线图如图4所示。

图4 LCD12864显示电路接线图

2.2.4 按键控制电路

按键控制电路，其按键一与P1.0相连、按键二与P1.1相连、按键三与P1.2相连、按键四与P1.3相连。当按键按下时接口接低电平，从而实现对音乐曲目的选择控制。按键一接通实现上一曲更换，按键二接通实现下一曲更换，按键三接通实现音量增大操作，按键四接通实现音量减小操作，接线如图5所示。

图5 按键控制电路接线图

2.2.5 音频解码芯片VS1003电路

VS1003芯片是一个MP3/WMA/MIDI音频解码器和ADPCM编码器。它包含一个高性能，自主产权的低功耗DSP处理器VS_DSP4,工作数据存储器，为用户应用提供5KB的指令RAM和0.5KB的数据RAM。4个常规用途的I/O端口，一个UART，一个高品质可变采样率的ADC和立体声DAC，还有一个耳机放大器和地线缓冲器。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，然后通过一个数字音量控制器到达一个18位过采样多位ε-ΔDAC。通过串行总线控制解码器。VS1003电路接线如图6所示。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/j1v7.html