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基于AT89C51SDN1的MP3电路板
2019-04-15 18:35
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PIC单片机
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2006-05-10 23:04:30
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提供基于AT89C51SDN1的MP3电路板
51MP3固件烧烤器下载(
软件
flip2.2
)
图片:
如果需要请联系: QQ:59005622
基于
AT 89C 51SND1
的
MP3
播放器设计开发
前言:
从
2004
年
5
月份开始研究
MP3
,到现在已有半年。对一些
MP3
硬件方案也颇了解,作此论文供初学者参考。本文着重对目前较为常用的
MP3DIY
方案作了分析,有不足之处还请多多指教。在此,感谢那些在网上默默奉献的
MP3
发烧友们我的支持。
主要内容:
本文介绍了以
AT 89C 51SND1
为核心的
MP3
播放器设计开发步骤,详细分析了
MP3
各个环节的功能实现,给出了多种实现其功能的方案。具体以
AT
公司提供的方案为例,详细作了分析,并介绍了关于
AT 89C 51SND1
在系统程序烧写的方法,以及
MP3
实现其功能的各种操作方法。
关键词:
功能简介
系统分析设计
外部通讯
FAT
文件
程序烧写
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,低廉的价格及其强大的功能深得消费者的厚爱。这同时也引起了
DIY
发烧者的兴趣,他们不惜高价买进元器件,以自己组装的
MP3
为荣。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,这就包括
AT 89C 51SND1.
功能强大的
AT 89C 51SND1
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
ISP
接口。
系统分析设计:
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
,
程序难以理解,购买
DSP
芯片的价格也较高,这些使
MP3DIY
爱好者们不约而同的选择了后一种方法。
国内流行的
DIY
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。
MCU
部分:即
AT 89C 51SND1,
控制整个系统,提供
USB
控制和
MP3
解码功能;
存储器:作为
MP3
播放文件的存储器;
音频转化部分:将数据流转化成声音信号;
外部控制:对
MP3
进行操作的外部中断按键;
通讯系统:包括
USB
及串口通讯。
外部显示:包括了
LED
发光管指示灯,液晶显示屏等。
电源部分
:
为
MP3
提供所需要的电能;
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
AT 89C 51SND1
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。
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,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,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 AUDCON0
(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,大部分
DIY
者是使用别人写好的
HEX
文件。正因为这个原因,
51SND1
控制硬盘的源程序到目前还没有公开。若读者对此感兴趣,可到
21IC
网去下载硬盘
FAT
文件作具体分析,在此不多作介绍。
工作指示部分
:
市场上的
MP3
都有一个漂亮的液晶屏来显示工作状态,如果自己
DIY
,所要使用的液晶屏都必须含驱动电路,其体积过大不易携带,所以大部分
DIY
者将这一部分省下了,取而代之的是
4
个
LED
发光管。通过程序控制,
4
个发光管分别表示不同的状态,由
4
个按键来控制整个
MP3
的工作过程。
程序部分:
MP3
的强大功能与其程序是分不开的,没有合适的程序任何一个硬件都无法工作,关于
MP3
的程序设计在网上和一些相关的书籍上都有介绍,如果对其感兴趣,可到网上下在源程序研究,也可下在编译过的
HEX
程序直接进行烧写。
程序烧写:
前面已经介绍过,
89C
51SND1
具有在系统编译功能,可用
ISP
端口控制,通过
USB
口或串口进行烧写,下面就一些程序烧写问题进行介绍:
1.
安装
89C
51SND1
的在系统烧写软件
flip2.2
。
2.
通过开始菜单运行
InstUsb.exe
(建议在开始菜单中运行,否则会出现路径找不到,系统建议用
2000
,
xp
兼容性太差。)
3.
将
PCB
板上的
ISP
接地,
USB
的
D+
电位拉高(即短接三极管
CE
两脚),注意一定要过
1.5K
电阻,否则硬件不能被识别。
4.
连接
USB
线(或串口线),出现硬件响应后选择自动安装程序,正确安装后如图
5.
打开
flip2.2
,选择芯片为
AT 89C 51SND1,
连接方式为
USB(
或串口
)
。
6.
将
SBV
中的
F0
改为
FC
,调入所要烧写的
HEX
文件(文件所在路径中不能含有中文)。
7.
进行烧写后,即可完成自己的
MP3
。
Mp3
功能操作:
本方案中共有
4
个按键:
S1:
播放
/
停止
/
确定键
S2:
NEXT
键
S3:
BACK
键
S4:
功能选择键
其指示灯也表示
4
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L1:
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