基于51单片机的音乐存储播放器本科毕业设计论文(24页).doc
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1、-基于51单片机的音乐存储播放器本科毕业设计论文-第 20 页毕业论文(设计) 题 目基于51单片机的音乐存储播放器 学生姓名 学 号 院 系 专 业 指导教师 二一二年 五月 二十四日目 录摘要1第1章 绪论1 1.1 课题背景1 1.2 课题研究的目的与意义2第2章 系统总体设计2 2.1方案的选择2 2.2系统研究的内容3 2.3总系统流程框架图3第3章 系统的硬件设计4 3.1硬件电路设计总流程图4 3.2 STC89C52RC与STC12C5A60S2单片机最小系统硬件介绍4 3.3电源电路介绍63.4红外发射/接收电路介绍73.5 VS1003音频解码电路介绍93.6 SD卡模块电
2、路介绍113.7 TEA5767与TDA2822组成的收音功能电路123.8 DS1302时钟芯片与DS18B20温度传感器组成的日常时温功能电路133.9 硬件设计小结14第4章 软件系统设计154.1 Keil软件介绍154.2 MP3音乐播放软件设计总流程154.3 TEA5767收音功能软件设计总流程214.4 软件设计小结24第5章 系统调试与分析245.1 硬件调试245.2 软件调试255.3 系统调试小结26参考文献26基于单片机的音乐存储播放器宋继晔南京信息工程大学电子科学与技术系,南京 210044摘要:随着科学技术的发展,带数字语音功能的数码终端类产品在日常生活中得到了广
3、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技术以其优异的性能得到了广泛的使用。本次设计主要针对市场上MP3的容量及播放格式有限等问题加以设计,可方便进行SD或MMC卡等微型存储器的容量扩展,并且播放MP3、WMA、WAV、MIDI等格式文件。使用者只需要将MP3等格式文件放到存储卡中,便可以播放这些音乐。本设计的MP3还具有收音功能,采用TEA5767芯片能收听多个FM频率的电台。本设计支持重低音、环绕音音效。本设计可以作为车载音响,也可以用于家用播放、办公场合或便携设备等。关键词:MP3播放器 ;SD卡;TEA5767芯片第1章 绪论 1.1 课题
4、背景从1998年,韩国世韩(SEAHAN)公司推出了世界上第一台MP3播放器到现在,MP3播放器逐步成为电子市场上的热销产品,受到广大音乐爱好者的欢迎。 MP3(MPEG Audio Layer 3)是采用国际标准MPEG(Moving Pictures Experts Group,动态图象专家组)中的第三层音频压缩模式,对声音信号进行压缩的一种格式。MPEG声音压缩算法是一种通用的声音编码技术,它对音源的性质没有作任何假设,而是利用人耳的听觉特性对声音进行压缩。MPEG音频层根据压缩质量和编码复杂程度划分为三层,即Layer-1、Layer2、Layer3,且分别对应MP1、MP2、MP3这
5、三种声音文件,并根据不同的用途,使用不同层次的编码。MPEG音频编码的层次越高,编码器越复杂,压缩率也越高,MP1和MP2的压缩率分别为4:1 和6:1-8:1,而MP3的压缩率则高达10:1-12:1。也就是说,一分钟CD音质的音乐,未经压缩需要10MB的存储空间,而经过MP3压缩编码后只有1MB左右。 随着社会经济的发展,在信息家电和行业应用手持信息设备等信息终端类产品中,具备MP3功能已成为此类产品的发展趋势之一。如我们常见的智能手机、电子词典、PDA一般都具有MP3的功能实现。网络数字音乐的风潮是由MP3所引起的,它是MPEGLayer3的缩写,狭隘的讲就是以MPEG Layer 3标
6、准压缩编码的一种音频文件格式。MP3本身是一种压缩与解压缩的计算方式,用来处理高压缩比的声音信息。而且在低码率条件下基本能达到CD的音效效果,使人耳听起来,感受到的音乐效果却没有什么不同,而文件大小却只有其十二分之一。因此原本一张光盘只能存储约12-20首的CD格式音乐,若存成MP3格式,则约克储存将近100首。自韩国世韩(Seahan)公司1998年推出世界上第一台MP3随身听以来,MP3播放器以其小巧的外形、不错的近乎于CD的音质、前卫的功能,越来越受到消费者的青睐,也成为业界甚至大众媒体关注的一个热门话题。由于MP3是数字化的音乐,MP3随身的听不仅可以上传下载MP3格式的文件,也可以是
7、其他任何格式的电脑文件。这样的MP3随身听还可以当作一个小的移动存储设备来使用。在市场消费刺激下,各大公司纷纷推出了自己的MP3产品,IC供应商提供了众多MP3解码芯片及其解决方案。除了MIC方案(MAS3507+DAC3550)、TI软解压单芯片方案(TMS320C5409),还有台湾创品方案(T33510,T33520)、美国SigmaTel 方案(STMP3400)和TI的DA-250解决方案。这使得MP3播放器的研制与生产变得更加容易,成本也大大降低,市场更加广阔。总之,低数据量和高播放品质,支持多种功能,体积小、重量轻、连续播放时间长、音质好是MP3播放器的发展趋势。11.2 课题研
8、究的目的与意义本设计主要研究基于C51单片机的MP3播放器,实现音乐存储播放和收听FM多波段收音功能。系统主要是由单片机STC12C5A60S2、STC89C52RC、VS1003音频解码模块、SD卡模块、TEA5767芯片和TDA2822功放组成。单片机通过接受红外遥控器发出的指令,选择本设计两大功能中的音乐播放功能或者FM收音功能之其一。本设计的MP3播放器与市面上销售的MP3功能基本一致,但价格却远远低于市场上出售的MP3播放器。本次论文主要是为了开发出一套低成本、可扩展容量的MP3。现在一般个人随身携带使用MP3存在容量固定,性价比较低的情况。此次论文便是根据这些情况而设计。此次设计的
9、突出优势是:1、突破了存储容量限制。本系统提供了SD卡接口,可以方便地访问外部的移动存储介质,这样就不会有特定的容量限制。当前,个人多媒体娱乐市场的需求快速增长,各种多媒体的应用也日趋丰富,对存储容量的要求必然越来越高,因此本系统采用的方案可以说是应势而生。2、低成本。由于MP3 编码算法的CPU 的性能要求非常,因此目前大部分的MP3实时编码都是采用专用的DSP 芯片来实现,这些芯片大部分价格较高8。本系统采用通用单片机处理,对MP3算法做了硬件方式的实时编码满足音质要求。设计中又将汉字存储芯片移除,大大降低了系统的成本。3、功能多样。单纯音乐播放显得MP3的功能有些单调,但是本设计不单只加
10、入了收音功能,还有时钟功能、测量室温功能、定时功能和选择按键发声功能等,令到MP3功能更加丰富多样,使用可靠,方便每一位使用者。第2章 系统总体设计2.1方案的选择方案一:系统采用CH375型号的USB模块,此模块能通用USB1.0或者USB2.0的移动U盘/移动硬盘。方便使用者对本系统的存储工具的携带,但是CH375外围电路比较复杂,价格较昂贵且驱动CH375模块时涉及USB枚举等系列问题。方案二:存储工具采用SD卡模块,此模块与CH375功能大致相当,外围电路简单,价格便宜,但是SD卡模块的主要核心SD/MMC卡体积较细,故容易弄掉,用户使用携带时多加留意。还有SD卡对电源输出电流的要求比
11、较高。综合考虑,在功能大致相同的情况下本设计主要考虑的是使用难度,灵活性更强、性价比更高,所以本设计采用方案二。2.2系统研究的内容1.分析FAT磁盘文件格式。由于此次论文要求对SD卡数据进行读写,而现在大多数SD卡的数据格式几乎都是FAT或FAT16格式。其内部数据存储方式及引导区大小等情况显得尤其重要。如果忽略此环节,势必在读取数据时造成错误,对结果造成重大影响。2.分析出mp3解码方法。在使用MP3解码芯片解码时,必然会用到解码相关知识。而且,在将数据送到MP3解码芯片前,对数据做必要的处理也可以提高MP3解码芯片处理效率,增加设计的可实现性。如果对MP3解码不够了解,就可能导致设计的失
12、败。3.了解mp3解码芯片的相关使用。对于不同的MP3解码芯片,其操作、控制字及外围电路也各不相同,找出性价比高且外围电路简单的芯片就显得比较重要。这不但可以降低成本,也会大大提高系统的可行性并降低系统成本。4.对Mini SD卡的初始化及文件读写。SD属于存储设备,但是,它却与一般存储设备不同。其与集成芯片相似,需要对其初始化才能正常工作。而对其进行读写操作也与其它存储器不同,每次读写均需写入相应的命令控制字,否则,对SD卡的操作均为无效操作。5. 对TEA5767芯片模块调频的相关使用。TEA5767数字立体声FM芯片,芯片工作电压2.5V5.0V,典型值是3V;RF接收频率范围是7610
13、8MHz,(最强信号+噪声)/噪声的值在60dB左右,失真度在0.4%左右;双声道音频输出的电压在6090mV左右,带宽为22.5KHz。2.3总系统流程框架图如图2-1所示,该设计是由两块单片机89C52和12C5A60为主MCU控制单元,由TEA5767收音芯片、24C08存储器和TDA2822功放电路组成收音功能单元,由VS1003解码芯片和SD卡模块组成MP3音乐播放功能单元。DS1302和温度传感器DS18b20为日常时温功能单元。而控制两大收音与MP3音乐播放功能主要由红外遥控器负责发出指令。STC89C52RC单片机DS1302 实时时钟24C08存储器TEA5767收音芯片TD
14、A2822功放电路STC12C5A60S2单片机红外接收探头红外遥控器+5V电源电路VS1003音频解码芯片SD卡模块LCD显示传感器图2-1 总系统流程框架图第3章 系统的硬件设计3.1硬件电路设计总流程图本系统着重介绍基于SD卡的MP3播放器设计和TEA5767收音功能的硬件设计。其设计流程如图3-1所示。性能分析选择器件接口设计硬件测试结束图3-1 硬件设计流程图3.2 STC89C52RC与STC125C5A60S2单片机最小系统硬件介绍STC89C52RC系列单片机是有超强抗干扰、高速、低功耗的单片机,指令代码完全兼容传统8051单片机,12时钟机器周期和6时钟机器周期可任意选择,最
15、新的D版本内部集成MAX810专用复位电路。特点:1、增强型6时钟机器周期,12时钟机器周期8051 CPU;2、工作电压:5.5V-3.4V(5V单片机)/3.8V - 2.0V(3V单片机);3、工作频率范围:0-40MHz,相当于普通8051的080MHz.实际工作频率可达48MHz;4、用户应用程序空间4K/8K/16K/20K/32K/64K字节;5、片上集成1280字节/512字节 RAM;6、通用I/O口(32个),复位后为:P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉(普通8051传统I/O口)P0口是开漏输出,作为总线扩展用时,不用加上拉电阻,作为I/O口用时,需加上拉电阻;7、
16、ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程),无需专用编程器、仿真器,可通过串口(P3.0/P3.1)直接下载用户程序,8K程序3秒即可完成;8、EEPROM 功能;9、看门狗;10、内部集成MAX810专用复位电路(D版本),外部晶体20M以下时,可省外部复位电路。11、共3个16位定时器/计数器,其中定时器0还可当成2个8位定时器使用;12、外部中断4路,下降沿中断或低电平触发中断,Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒;13、通用异步串行口(UART),还可用定时器软件实现多个UART;14、工作温度范围:0-75/-40-+85;15。封装: PDIP-40,PL
17、CC-44,PQFP-44。STC12C5A60S2/AD/PWM 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,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,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S,即25万次/秒),针对电机控制,强干扰场合。STC89C52RC与STC12C5A60S2芯片内部有一高增益反相放大器,用于构成振荡器.反相放大器的输入端为XTAL1,输出端为XTAL2。在XTAL1、XTAL2(第19、18引脚)两端跨接一个石
18、英晶体振荡器,和两个电容就构成了稳定自激谐振电路。晶振频率为11.0592MHz。C12,C13是两个瓷片电容,与晶振Y2构成了自激谐振电路。其电容的作用主要是对频率进行微调,一般取30-45PF左右。使用该电路可产生稳定的11.0592MHZ频率,受外界的环境的干扰影响非常小。复位是单片机初始化操作,其主要功能是把PC初始化为0000H,使单片机从0000H单元执行程序。除了进入系统的正常初始化之外,当程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时,为摆脱困境,也需要按复位键重新启动。复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。本设计采用了按键手动复位方式。该复位电路如图3-3所示。复位电路采
19、用了按键与上电复位。上电与按键均可以有效复位。上电瞬间RST引脚获得高电平,单片机复位电路随着电容的C11的充电,RST引脚的高电平逐渐下降。RST引脚的高电平只要能保持足够的时间(2个机器周期),单片机就可以进行复位操作。按键复位是直接将高电平通过电阻R11、R10分压到达RESET引脚,实现复位操作。图3-2 两款单片机最小系统3.3电源电路介绍系统为方便取电,电源由9V 2A的电源适配器(俗称变压器) 、滤波电容、LM7085稳压芯片及电源指示灯组成, 变压器先经滤波电容,再进集成稳压芯片LM7805进行稳压,其输出再经滤波电容的滤波,尽可能的滤去交流部分的杂波,使其成为标准+5V电源,
20、 再由用一个发光二极管指示灯指示电源状态。图3-3 系统电源电路3.4红外发射/接收电路 TL1838是用于红外遥控接收的小型一体化接收头,集成红外线的接收、放大、解调,不需要任何外接元件,就能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作,而体积和普通的塑封三极管大小一样,它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输,中心频率38.0kHz。接收器对外只有3个引脚从左到右依次是1 信号输出2 地线(GND)3 电源 (+5V)如图3-4所示。图3-4 TL1838外型图通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成,应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作,如图3-5所示。发射部分包括键盘矩阵、
21、编码调制、LED红外发送器;接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。LED编码调制键盘光/电放大解调解码遥控接收器图3-5 红外遥控系统框图遥控发射器及其编码:遥控发射器专用芯片很多,根据编码格式可以分成两大类,这里我们以运用比较广泛,解码比较容易的一类来加以说明,现以兼容NEC的uPD6121G芯片发射码格式的芯片组成发射电路为例说明编码原理。当发射器按键按下后,即有遥控码发出,所按的键不同遥控编码也不同。这种遥控码具有以下特征:采用脉宽调制的串行码,以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”;以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期
22、为2.25ms2的组合表示二进制的“1”,其波形如图3-6所示。bit“0”bit“1”0.56ms0.56ms1.125ms2.25ms图3-6 遥控码的“0”和“1”上述“0”和“1”组成的32位二进制码经38kHz的载频进行二次调制以提高发射效率,达到降低电源功耗的目的。然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射。红外解码的关键就是识别 0和1。从位的定义我们可以发现“0”、“1”均以0.56ms的低电平开始,不同的是高电平的宽度不同,“0”为0.56ms,“1”为1.68ms,所以必须根据高电平的宽度区别“0”和“1”。如果从0.56ms低电平过后,开始延时,0.56ms以后,若读到
23、的电平为低,说明该位为“0”,反之则为“1”,为了可靠起见,延时必须比0.56ms长些,但又不能超过1.12ms,否则如果该位为“0”,读到的已是下一位的高电平,因此取(1.12ms+0.56ms)/2=0.84ms最为可靠,一般取0.84ms左右均可。根据码的格式,应该等待9ms的起始码和4.5ms的结果码完成后才能读码。红外接受电路如图3-7。图3-7 红外接收电路3.5 VS1003音频解码电路介绍VS1003 是一个单片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 处理器核VS_DSP4,工作数据存储器,为用户应用提供5KB 的指令RA
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