1、 1 本科毕业设计 (论文 )文献综述 电子信息 工程 基于单片机音乐播放器设计 摘要 ：本文简单介绍了几种音乐播放器可以播放的音乐格式，又查阅资料提出了两种基本的音乐播放器设计方案，通过比较，发现优点与不足。结合实际，想到了利用 51 单片机完成音乐播放器的新设计。 关键词： 单片机；音乐播放器 一 、 音乐文件的格式 1. WAV 格式，是微软公司开发的一种声音文件格式，也叫波形声音文件，是最早的数字音频格式，被 Windows 平台及其应用程序广泛支持。 WAV 格式支持许多压缩算法，支持多种音频位数、采样频率和声道，采用 44.1kHz 的采样频率， 16 位量化位数，跟 CD 一样，
2、对存储空间需求太大不便于交流和传播。 2. MIDI 是 Musical Instrument Digital Interface 的缩写，又称作乐器数字接口，是数字音乐 /电子合成乐器的统一国际标准。它定义了计算机音乐程序、数字合成器及其它电子设备交换音乐信号的方式，规定了不同厂家的电子乐器与计算机连接的电缆和硬件及设备间数据传输的协议，可以模拟多种乐器的声音。 MIDI 文件就是 MIDI 格式的文件，在 MIDI 文件中存储的是一些指令。把这些指令发送给声卡，由声卡按照指令将声 音合成出来。 3. 大家都很熟悉 CD 这种音乐格式了，扩展名 CDA，其取样频率为 44.1kHz， 16
3、位量化位数，跟 WAV 一样，但 CD 存储采用了音轨的形式，又叫“红皮书”格式，记录的是波形流，是一种近似无损的格式。 4. MP3 全称是 MPEG-1 Audio Layer 3，它在 1992 年合并至 MPEG 规范中。 MP3 能够以高音质、低采样率对数字音频文件进行压缩。换句话说，音频文件 (主要是大型文件，比如 WAV 文件）能够在音质丢失很小的情况下 (人耳根本无法察觉这种音质损失 )把文件压缩到更小的程度。 5. MP3Pro 是由瑞典 Coding 科技公司开发的，其中包含了两大技术：一是来自于 Coding 科技公司所特有的解码技术，二是由 MP3 的专利持有者法国汤姆
4、森多媒体公司和德国 Fraunhofer集成电路协会共同研究的一项译码技术。 MP3Pro 可以在基本不改变文件大小的情况下改善原先的2 MP3 音乐音质。它能够在用较低的比特率压缩音频文件的情况下，最大程度地保持压缩前的音质。 6. WMA (Windows Media Audio)是微软在互联网音频、视频领域的力作。 WMA 格式是以减少数据流量但保持音质的方法来达到更高的压 缩率目的，其压缩率一般可以达到 1:18。此外， WMA还可以通过 DRM（ Digital Rights Management）方案加入防止拷贝，或者加入限制播放时间和播放次数，甚至是播放机器的限制，可有力地防止盗
5、版。 二 、 方案提出 方案一： 基于 C8051F350 单片机和 AT45DB642D 存储器的音频播放器 音频播放器系统结构如图 2-1所示 , 它主要由 C8051F350 单片机、 PC 机、 AT45DB642D 存储器、RS232 串行通信接口、显示电路、键盘电路以及信号放大电路等组成。系统中单片机是控制核心 , 通过 UART串口与 PC 机通讯 , SPI 串口对存储器进行读、写操作。写操作就是数据下载过程 , 即写入存储器的音频文件经 PC 机里的 Lab Windows/CVI 软件处理 , 通过 RS232 串行通信接口传输到单片机 , 由单片机通过 SPI 串口写入存
6、储器。读操作就是音频信号播放过程 , 即由键盘选择播放曲目 , 单片机通过 SPI 串口读取存储器中的音频代码 , 以单片机的电流模式 DAC 输出 , 再经信号放大电路后音频输出。键盘用来调节信号频率、控制音量和选择曲目 , 单片机通过扫描方式读取键盘接口命令 , 并根据 查表程序选择相应的控制命令 , 执行相应的操作。液晶显示模块显示曲目序号和相应的播放时间。该系统突出特点是合理应用了 Flash 存储器 AT45DB642D,可以根据需要由PC 机将音频文件转换为适合音频播放器播放的文本文件 , 并下载到存储器。存储在 AT45DB642D 中的音频信息由单片机读取后播放 ,用户可以根据
7、爱好调节播放频率和音量。 串口通信 SPI 3.3v 图 2-1 C51F350 单片机播放器系统结构图 系统控制核心器件选用美国 Cygnal 公司的 C8051F350 单片机 , C8051F350的 CIP-8051 结构 , 流水作业执行指令 , 大大提高指令的运行速度 AT45DB642D 存储器 ( Flash RAM) 具有宽电源电压、大容量、接口简单、读写速度快等特点。设计应用中 , 由于 AT45DB642D 同时有 EPROM 的掉电数据不丢失和 E2PROM 的电可擦写功能 , 又能像 SRAM 进行随机快高密度、高可靠性的存储器。电源电路 PC 机 键盘电路 C805
8、1F350 AT45DB642D 信号放大电路 显示电路 音频输出 3 液晶显示屏采用定制的段位式液晶 , 采用 HT1620 驱动器驱动 , 单片机和液晶屏的接口只需 3 条数据线。 方案二：基于 SPCE061A 16 位单片 机的音乐播放器 音乐播放器的硬件结构如图 2-2 所示 ,选用 SPCE061A 单片机作为嵌入式系统的微处理器 ,SPCE061A 是一款资源丰富、功能强大、集成度高的 16 位结构微控制器 ,数字信号处理功能是其特色 .它功耗小 ,系统处于备用状态 (睡眠状态 )时的耗电仅为 2 A/3.6 V;内置 2K字 SRAM和 32K的 FLASH;2 个 16 位可
9、编程定时器 /计数器 ;2 个 10 位 DAC(数 /模转换 )输出通道 ;2 个 16 位通用可编程输入 /输出端口 IOA 和 IOB;丰富的中断资源 :定时器 A/B 中断、时基中断、 2 个外部中断以及触键唤醒中断 ;7 通 道 10 位电压模 /数转换器 (ADC)和单通道声音模 /数转换器 ;具备串行设备接口(SIO);低电压复位功能和低电压检测功能 ;WatchDog 功能等。 图 2-2 SPCE061A 16 位单片机音乐播放器硬件结构框 该系统集成了存储器、高速数 /模转换器和原驱鸟器芯片功率放大器、键盘 4 个功能模块 ,具有对语音信号压缩、存储、解码和播放的功能 ,以
10、及数字滤波语音信号实时数 /模转换和定时播放 ,并将语音信号输出到功率放大电路。 三 、 方案比较 从以上两种方案中可以看出不同的设计方法各有优缺 点： 方案一 ：基于 C8051F350 单片机和 AT45DB642D 存储器的音频播放器采用 AT45DB642D 存储器解决了嵌入式系统中大容量数据存储的问题 , 采用功能强大的 C8051F350 单片机作为控制核心 , 减少了系统的外围器件 , 简化了硬件设计 , 提高了可靠性 , 降低了成本。缺点在于信号放大及音频输出系统比较复杂，成本较高。播放器模式较多，不够简化。 键盘 MCU/SPCE061A 高速 D/A 内存 / SPR409
11、6 宽屏功放 喇叭 4 方案二 ：基于 SPCE061A 16 位单片机的音乐播放器使用常用的音频形式和压缩算法 ,波形编码 :sub-band 即 SACM-A2000 ,其特点是高质 量、高码率 ,适于高保真语音 /音乐。声音播放模块决定对存储在语音芯片中的驱鸟声音的调用方式 ,并调用定时模块进行间隔播放和随机播放。 .高速和高精度保证了转换后的信号的质量和平滑性。缺点是存储器容量不大，声音采集通道单一。 对于 C51 单片机，它抗干扰性较强，且集成度高、功能强、指令丰富等，可以应用的地方较数字电路更多些，广泛应用于工业控制系统，数据采集系统、智能化仪器仪表，及通讯设备、日常消费类产品、玩
12、具等。而且单片机已经深入到工业生产的各个环节以及人民生活的各层次中，如车间流水线控制、自动化系统等、智能型家用 电器（冰箱、空调、彩电）等，都含有 C51 单片机控制器。 四、 结 论 随着电子技术的不断发展， 单片机具有低功耗 、 小体积 、 可靠性高、大容量 、 价格低廉等一系列优点，克服 模拟电路体积大，成本高， 易 老化，控制的精度达不到标准 的缺点 。随着半导体工艺技术的发展及系统设计水平的提高 ， 我们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路， 通过实现不同功能的程序的写入，实现灵活多变的功能 。 通过对各种单片机的分析，确认设计一个至少能播放三首歌曲以及能显示歌曲曲号和播放时间的音
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