1、本科毕业论文（20 届）智能音乐演奏器设计所在学院 专业班级 通信工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 目录摘要 .IIIAbstract.IV第一章 绪论 .11.1 智能音乐演奏器播放器现状 .11.2 课题研究的意义 .3第二章 系统设计 .4第三章 各模块具体功能、原理及实现 .63.1 P89LPC932 单片机最小系统 .63.2 SD 卡模块 .73.3 LCD3310 液晶 .103.4 M25P80FLASH 字库存储器模块 .103.5 SPI 系统 .113.6 VS1003MP3 解码系统 .133.6.1 VS1003 特性 .133.6.2 VS1
2、003 概述 .14第四章 软件介绍 .154.1 智能音乐演奏器音乐文件的播放流程 .154.2 文件系统的选择 .164.3 Unicode 编码到 GB2312 编码转换实现技术 .174.4 智能音乐演奏器部分软件码 .184.4.1 智能音乐演奏器程序 .184.4.2 智能音乐演奏器功能按钮设计 .20总结 .25参考文献 .26致谢 .27附录 .28智能音乐演奏器设计摘要本设计以 P89LPC932 作为核心控制器和 VS1003 音频解码器为基础,设计了一种简单的 SD 卡智能音乐演奏器播放器，并且给出了智能音乐演奏器播放系统的软硬件设计。P89LPC932 是飞利浦公司的
3、LPC900 系列的低功耗微控制处理器。硬件设计上解码器与存储器分离，增加存储容量,极大地方便了应用同样节省了成本，整个系统的功耗也比较小。此智能音乐演奏器可以流畅地播放出 320kpbs 高质量的 MP3 音频文件其效果也较好。本次设计主要针对智能音乐演奏器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。使用者只需要将兼容的音乐格式文件放到存储卡中，便可以播放这些音乐。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。本次设计首先针对基于 SD 卡的智能音乐演奏器的播放器整体设
4、计加以研究和介绍，并讨论系统软硬件的选择，及具体开发调试环境；然后，深入介绍了系统设计方案及其实现，并着重研究了 SD 卡、FAT32 格式、解码芯片及其软件驱动的设计；最后，详细介绍了性能优化等方面的工作及其开发前景。关键词：智能音乐演奏器;存储器解码器分离;音频解码器;SD 卡;FAT32 分析Intelligent music player devicesAbstractBased on P89LPC932 and VS1003 audio decoder controller, we designed a simple SD card Intelligent music player
5、devices and provided the software and hardwares designing of this intelligent music playback system. P89LPC932 is a LPC900 series low-power micro-control processor of Philips company. On the hardwares designing , we separate decoder and memory , increase storage capacity to greatly facilitate the ap
6、plication and make the cost and the overall system power saved. The Intelligent music player devices can smoothly broadcast out the high quality 320kpbs MP3 audio files and its effect is very good.The article is mainly aimed at the mp3s capacity on the market and play format limited and so on to be
7、designed to facilitate micro-SD or MMC memory cards, the capacity expansion, and play MP3, WMA, WAV, MIDI and other files. Users only need to put MP3 and other format files into the memory card, will be able to play the music. This design supports heavy bass, surround sound audio. This design not on
8、ly can be used as car audio, but also can be used for home playing, office occasions, or in portable equipment.In this paper, first of all for the SD card-based MP3 player to study the overall design and presentation, and discuss the system hardware and software choices, and specific developing and
9、debugging environment; and then insight into the system design and its implementation, focusing on the SD card, FAT32 format, decoder chip and software-driven design; Finally, the detailed performance optimization aspects of the work and its development prospects.Keywords: Intelligent music player d
10、evices, LPC900 Micro Chip Unit, SD Card, Audio Decorde,FAT32 Analysis第一章 绪论1.1 智能音乐演奏器播放器现状现在许多智能音乐演奏器可以播放 MP3、WMA、 WAV、MIDI 等格式的音乐。MP3 问世后，很快就成为年轻人趋之若鹜的数字音乐格式，曾有专业网站统计，一直以来 MP3 都是互联网上最热门的搜索关键词。这一类的智能音乐演奏器现在都统称为MP3 播放器，它不仅仅是播放 MP3 格式的播放器，是由于 MP3 格式太热门造就这一统称：MP3 播放器。随着信息技术的发展，便携式播放器应用越来越普及。播放器以无可比拟的优
11、势，逐渐成为传统磁带随身听，CD 随身听之后市场上新的竞争者，越来越得到大众的接受现阶段这类便携式设备主要包括便携式音频多媒体播放器(俗称 MP3)和便携式音视频多媒体播放器(俗称 MP4)1。至今，便携式音乐播放器产品已经经历了磁带机、CD 机、 MD 播放器、MP3 播放器四个阶段。目前的主流音频格式其实不少，不同的格式有自己的用途，比如大家都应该很熟悉的 MP3 格式就是用来听的 1。下面我们逐一介绍智能音乐演奏器常用的四种音频格式：MP3：流行的风尚MP3 格式诞生于八十年代的德国，所谓的 MP3 也就是指的是 MPEG 标准中的音频部分，也就是 MPEG 音频层。根据压缩质量和编码处
12、理的不同分为 3 层，分别对应“*.mp1“/“*.mp2”/“*.mp3”这 3 种声音文件。需要提醒大家注意的地方是：MPEG 音频文件的压缩是一种有损压缩，MPEG3 音频编码具有 10：112：1 的高压缩率，同时基本保持低音频部分不失真，但是牺牲了声音文件中 12KHz 到 16KHz 高音频这部分的质量来换取文件的尺寸，相同长度的音乐文件，用.mp3 格式来储存，一般只有.wav 文件的 1/10，而音质要次于 CD 格式或 WAV 格式的声音文件。由于其文件尺寸小，音质好；所以在它问世之初还没有什么别的音频格式可以与之匹敌，因而为.mp3 格式的发展提供了良好的条件。直到现在，这
13、种格式还是风靡一时，作为主流音频格式的地位难以被撼动。但是树大招风，MP3 音乐的版权问题也一直是找不到办法解决，因为 MP3 没有版权保护技术，说白了也就是谁都可以用。WAV：无损的音乐是微软公司开发的一种声音文件格式，它符合 PIFF Resource Interchange File Format 文件规范，用于保存 WINDOWS 平台的音频信息资源，被 WINDOWS 平台及其应用程序所支持。 “*.WAV”格式支持 MSADPCM、CCITT A LAW 等多种压缩算法，支持多种音频位数、采样频率和声道，标准格式的 WAV 文件和 CD 格式一样，也是44.1K 的采样频率，速率
14、88K/秒，16 位量化位数，看到了吧， WAV 格式的声音文件质量和 CD 相差无几，也是目前 PC 机上广为流行的声音文件格式，几乎所有的音频编辑软件都“认识 ”WAV 格式。MIDI：作曲家的最爱经常玩音乐的人应该常听到 MIDI（Musical Instrument Digital Interface）这个词，MIDI 允许数字合成器和其他设备交换数据。MID 文件格式由 MIDI 继承而来。MID 文件并不是一段录制好的声音，而是记录声音的信息，然后在告诉声卡如何再现音乐的一组指令。这样一个 MIDI 文件每存 1 分钟的音乐只用大约 510KB 。今天，MID 文件主要用于原始乐器
15、作品，流行歌曲的业余表演，游戏音轨以及电子贺卡等。.mid文件重放的效果完全依赖声卡的档次。.mid 格式的最大用处是在电脑作曲领域。.mid 文件可以用作曲软件写出，也可以通过声卡的 MIDI 口把外接音序器演奏的乐曲输入电脑里，制成.mid 文件。WMA：最具实力的敌人WMA(Windows Media Audio)格式是来自于微软的重量级选手，后台强硬，音质要强于 MP3 格式，更远胜于 RA 格式，它和日本 YAMAHA 公司开发的 VQF 格式一样，是以减少数据流量但保持音质的方法来达到比 MP3 压缩率更高的目的，WMA 的压缩率一般都可以达到 1：18 左右，WMA 的另一个优点
16、是内容提供商可以通过DRM（Digital Rights Management）方案如 Windows Media Rights Manager 7 加入防拷贝保护。这种内置了版权保护技术可以限制播放时间和播放次数甚至于播放的机器等等，这对被盗版搅得焦头乱额的音乐公司来说可是一个福音，另外 WMA 还支持音频流(Stream)技术，适合在网络上在线播放，作为微软抢占网络音乐的开路先锋可以说是技术领先、风头强劲，更方便的是不用象 MP3 那样需要安装额外的播放器，而Windows 操作系统和 Windows Media Player 的无缝捆绑让你只要安装了 windows 操作系统就可以直接播
17、放 WMA 音乐，新版本的 Windows Media Player7.0 更是增加了直接把 CD 光盘转换为 WMA 声音格式的功能，在新出品的操作系统 Windows XP 中，WMA 是默认的编码格式，大家知道 Netscape 的遭遇，现在“ 狼”又来了。WMA 这种格式在录制时可以对音质进行调节。同一格式，音质好的可与 CD 媲美，压缩率较高的可用于网络广播。虽然现在网络上还不是很流行，但是在微软的大规模推广下已经是得到了越来越多站点的承认和大力支持，在网络音乐领域中直逼.mp3 ，在网络广播方面，也正在瓜分 Real 打下的天下。因此，几乎所有的音频格式都感受到了 WMA 格式的压
18、力。无论一种音频格式目前是否是主流，在未来都有可能被更新更先进的技术所取代。不过从目前的形势来看,音频技术已经发展到了一个成熟的、优胜劣汰的阶段那些没有技术优势的音频格式将很快就会被市场淘汰掉 2。而存活下来的音频技术由于技术性能方面已经非常接近且基本上不存在继续发展的空间那么不同的音频技术支持者将会努力从网络功能和应用功能两方面去吸引用户并打倒竞争对手 2。1.2 课题研究的意义本次论文主要是为了开发出一套低成本、可扩展容量的智能音乐演奏器。现在一般个人随身携带使用的音乐演奏器存在容量固定，性价比较低的情况。此次设计便是根据这些情况而设计。在半导体行业中，消费类电子是近年来发展最迅猛的一个领
19、域。2006 年消费类电子在中国 MCU 市场的需求所占份额超过了百分之四十。此次设计的突出优势是：（1）突破存储容量的限制。本系统提供 SD 卡接口，能够方便地访问外部的移动存储介质，如此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，那么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。因为 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，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。第二章 系统设计目前市场上有许多种专用
20、 MP3 解码芯片，设计只需要选择常用的 51 系列或其他8 位低档 CPU 作为主控制器进行管理工作即可 3。主控制器器的基本功能是通讯、存储器管理、LCD 显示和键盘管理，以及提供 MP3 数据流，选掸一款同时具有 USB 接口和 LCD 驱动的 CPU，可以减少 PCB 尺寸，降低系统总成本 3。选择解码芯片的原则是在保障功能的前提下，优先考虑价格和功耗 3。本次设计采用 P89LPC932 作为主控制器和 VS1003 作音频解码器来进行搭建。P89LPC932 是 LPC900 系列的旗舰产品，它是一款单片封装的微控制器,适合于许多要求高集成度和低成本的应用场合，可以满足多方面的性能
21、要求。P89LPC932 采用高性能的处理器结构，指令执行时间只需 2 至 4 个时钟周期，是标准 80C51 器件的 6 倍，因此，P89LPC932 只需要较低的时钟频率即可达到同样的性能，这无疑降低了功耗和EMI4。同其它微控制器相比，LPC900 系列可以大大延长电池的使用寿命，这对手持设备、及一些要求低功耗电子产品中是非常重要的。而且它还具有灵活、强大的处理能力、丰富的存储器、外设等优点。所谓音频流解码系统，就是以高性能和高运算速率的单片中央处理器为核心，将打包过的 MP3/WMA/MIDI 等音频编码文件按照固定频率的时序对二进制代码进行传输和解码处理，将数字信号源源不断地还原成模拟音频信号并通过模拟运放电路播出的集成电路系统 5。整体系统框图如图 2.1 所示，系统在硬件上主要可以分为 P89LPC932 单片机最小系统、VS1003 音频解码模块、SD 卡读写模块、液晶显示模块以及用来储存自制字库的 FLASH 存储器等重要模块。由系统框图可以看出项目硬件部分相对比较简单，主要难点在于程序的设计。SD 卡 VS1003 解码器键盘SPI 总线LCD3310 液晶P89LPC932M25P80 FLASH 储存器图 2.1 系统框架图
