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目录前言 (I)第1章绪论 (2)§1.1课题研究背景和意义 (2)§1.2研究的主要内容 (5)第2章设计方案选择 (7)§2.1设计方案 (7)§2.2选定最终设计方案 (8)第3章MP3系统硬件设计 (9)§3.1 MP3系统硬件设计的原则 (9)§3.2主控CPU的性能介绍和原理图 (10)§3.3调试接口电路 (13)§3.4 Flash存储系统 (14)§3.5电源系统部分 (15)§3.6音频和功率放大电路 (17)§3.7 MP3的原理图和PCB图 (18)第4章MP3系统软件设计 (22)第5章实验结果 (25)结论 (26)参考文献 (27)致谢 (28)附录 (29)外文资料译文 (59)摘要随着科学技术的发展，带数字语音功能的嵌入式终端类产品在日常生活中得到了广泛的使用，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以其优异的性能得到了广泛的使用。
现在，具备MP3功能已成为嵌入式终端类产品的发展趋势之一。
本文介绍了一种基于51单片机的MP3播放器设计方案。
它采用ATMEL 公司专门针对MP3设计需求出品的AT89C51SND1C芯片。
文章详细论述了MP3播放器的硬件和软件结构设计流程，采用Protel99se软件画出原理图、制做印刷电路板，通过Keil编程软件对MP3软件设计中的文件解码程序、按键控制程序、USB通讯控制程序和FAT文件管理程序进行编程，通过电脑的串口和相应的软件进行调试,实现MP3实时解码过程。
实验表明，该系统工作达到了设计要求，为后续的嵌入式系统研发打下了基础，具有一定的实用价值。
关键词：单片机，MP3，AT89C51SND1C，USB，FATMP3 PLAYER DESIGN BASED ON 51 SINGLE-CHIPABSTRACTAlong with the development of science and technology, the embedded terminal products with digital audio function is widely used in our daily life, and the associated digital audio compression technologies are also highly developed, MP3 is the most popular one in various digital audio compression technologies according it’s excellent performance. Now, with MP3 function have became the trends of the embedded terminal products.This paper introduce a MP3 player design based on 51microcontroller.It uses AT89C51SND1C chip,which ATMEL company produce for MP3 design requiresments.We detailed discuss the MP3 player hardware and software design process,use Protel99se software to draw MP3 schematic, make printed circuit boards, through Keil programming software design MP3 software,such as file decoding procedures, key control procedures, USB communication and control procedures,and FAT file management procedures and programming procedures, use the computer's serial port and the corresponding software debug programs, realize real-time MP3 decoding. The experiment results show that the system meets the design requirements, creat the condition of the subsequent development of embedded systems, and has some practical value.KEY WORDS:Single chip,MP3,AT89C51SND1C,USB,FAT前言嵌入式技术作为在信息、网络与服务等支撑发展中最重要的实用技术之一，已经开始广泛应用于移动通信、消费电子、无线网络、工业控制和军事国防等社会生活的各个领域。
基于51单片机的音乐播放器的软件设计学院：专业：学生姓名：学号：指导教师（职称）：评阅教师：完成日期：基于51单片机的音乐播放器的软件设计[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 MCUAutomation Specialty Hao Shuai-chenAbstract: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.......................... 错误！未定义书签。
基于C51单片机的MP3播放器的硬件系统设计原理相关专题：电子应用时间：2012-04-01 09:11 来源：icbuy亿芯网便携式MP3播放器作为一种集音频播放、数据存储为一身的数码产品，其功能结构为电子设计人员所津津乐道。
MP3是MPEG一1音频III(1ayerIII)的简称。
MPEG一1音频(ISO／IECll 172―3)是目前普遍应用的音频压缩标准，其中层III的算法最为复杂，但压缩比最大，效果也最好，在低码率的条件下基本能达到CD的音质效果。
MP3标准用尽可能低的码流实现CD音质的声音而不会产生数据损失。
如果对于一段声音不进行压缩的话，那么每存储一秒钟的立体声CD音质音乐必须用1．4Mbit，这是个十分大的开销。
通过运用MPEG音频标准的压缩技术，我们可以把存储空间压缩到原来的1／12而不会降低声音的音质。
即使使用1／24的压缩因子，仍然比单纯降低采样率的音质要好。
低数据量和高播放品质的优点使其成为音乐存储、数字广播、网上音乐传输的主要方式。
人们不仅可以使用计算机软件，还可以通过数字随身听来欣赏音乐。
本设计以C51内核单片机为核心，设计了MP3播放器。
1 MP3硬件设计在该硬件系统的设计中，采用Atme 1公司生产的AT89C51SNDlC作为主控MCU。
AT89C5lSNDlC是ATMEL公司专门针对MP3的需求而设计的一款多媒体8位微处理器，使用通用的C51内核，片上集成了多种外设，为MP3产品提供了一套方便的解决方案。
该芯片对电路的高度集成大大降低了系统的耗电和发热，提高了系统的稳定性和速度，抗干扰能力也显著增强。
AT89C51SNDlC具有如下外设的集成，大大简化了电路的设计：a．MP3硬件解码器；b．可编程音频输出接口DAC；c．8位MCU C51：d．USBl．1控制器；e．内建锁相环PLL；f．多媒体卡接口适配器；g．SPI接口适配器；h．IDE／ATAPI接口；i．两路10位ADC，8kHz；j．44个通用I／0；k．两个16位定时器／计数器；1．硬件看门狗定时器；m．标准全工UART；n．两线主被动模式控制器；o．SPI主被动模式控制器；p．电源管理模块。
本科毕业论文(设计)题目：基于51单片机音乐播放器的设计学院：班级：姓名：指导教师：王振义职称：副教授完成日期：2015年5月20日基于51单片机音乐播放器设计摘要：在当今这个繁杂的社会，随着生活节奏的加快，人们从事长期的工作和面对学习过大的压力导致我们处于紧绷的状态，因此音乐对于调节压力不言而喻的十分重要。
校园里的上下课的铃声，广场中爷爷奶奶伴随着音乐进行锻炼身体。
此设备为人们目前压力过大的生活带来了乐趣。
本文是利用51单片机原理设计音乐演奏的硬件电路，并运用C语言进行程序部分的设计。
经过51单片机来产生频率不同的波，这些波经过单片机输出和放大电路的放大驱使喇叭发出不一样的音调，延迟系统有可控制音符发音长短。
把音乐转化成可以从发音设备中发出的悦耳动听的音乐。
关键字：单片机；音乐播放器；C语言Design based on 51 SCM music player Abstract：In today's complex society, with the accelerating rhythm of life, the people in the long-term work and face learning too much pressure lead to us is in a state of tension, so the music is very important for regulating pressure self-evident.The ringing of a campus of adding and dropping classes, grandma and grandpa accompanied by music in the square to exercise.This device at present stress for people brought joy of life.This paper is the use of 51 single chip microcomputer hardware circuit design of music playing, and part using C language program design.After 51 single chip microcomputer to produce different frequency of wave, the wave through single chip microcomputer output and amplifying circuit amplifier drives the horn a different tone, length of the delay system with control pronunciation notes.Can put the music into sweet music from pronunciation in the device.Keywords : Single-chip processor; Music player; C programming language目录1 引言 (1)2 51单片机的结构与原理 (2)2.1 51单片机的基本结构 (2)2.1.1 8051单片机的基本组成及主要性能 (2)2.1.2 8051单片机的外部引脚说明 (4)2.1.3并行输入/输出口电路结构 (5)2.1.4时钟电路 (6)2.2 51单片机的微处理器 (6)2.2.1 运算器 (6)2.2.2 控制器 (6)2.3 51单片机的存储器 (7)2.3.1 内部数据存储器 (7)2.3.2 内部程序存储器 (7)3 硬件电路设计 (8)3.1 总体设计框图 (8)3.2原理图 (8)3.3 焊接实物图 (9)3.4 时钟电路 (9)3.7 音频发生及放大电路 (9)4软件程序设计 (10)4.1单片机发声原理 (10)4.2 程序流程图 (11)4.3 程序代码 (12)5 调试与故障分析 (12)5.1 软件程序调试 (12)5.2 硬件电路调试 (13)6 总结与展望 (13)7参考文献 (14)8致谢 (15)1、引言单片机又被人家称为微控制器，是一种大规模构成的电路模块，其特点是功能实用、体积又小、性能优秀、价格优惠，适用大多数人群。
题目：音乐播放器课程设计（论文）任务书课程设计（论文）题目：音乐播发器基本内容：利用单片机的定时器产生各种频率的方波，信号经过放大后送到喇叭从而产生各种音调。
自行定义键盘，每按一键，可选择一首歌曲进行演奏，至少能够存储并播放十首歌曲，在LCD上显示演奏歌曲的名称并滚动显示歌词，单片机可连续播放这首歌曲，演奏可通过按键停止。
课程设计（论文）专题部分：题目：音乐播放器基本内容：通过单片机设计可以播放十首歌曲的音乐播放器，同步显示歌曲名称和歌词。
学生接受毕业设计（论文）题目日期第19 周指导教师签字：2009年7月摘要随着电子技术的发展和计算机越来越普遍的使用，单片机作为这两项技术的有机结合也得到了广泛的应用，在某些领域具有不可替代的作用。
音乐播放功能随处都会用到，如，在开发儿童智力的玩具中，等等。
目前，基于单片机实现音乐播放，其体积小、价格低、编程灵活等特点在这一领域独领风骚。
单片机的英文名称为single chip microcomputer，最早出现在20世纪70年代，国际上现在已逐渐被微控制器（Microcontroller Unit 或MCU）一词所取代。
它体积小，集成度高，运算速度快，运行可靠，功耗低，价格廉，因此在数据采集、智能化仪表、通讯设备等方面得到了广泛应用。
而8051单片机在小到中型应用场合很常见，已成为单片机领域的实际标准。
随着硬件的发展，8051单片机系列的软件工具也有了C级编译器和实时多任务操作系统RTOS，为单片机编程使用C语言提供了便利的条件；并针对单片机常用的接口芯片编制通用的驱动函数，可针对常用的功能模块，算法等编制相应的函数；C语言模块化程序结构特点，可以使程序模块大家共享，不断丰富，这样就使得单片机的的程序设计更简单可靠，实时性强，效率高。
作为测控技术与仪器的学生，掌握8051单片机硬件基础及其相关软件操作，将其应用于现代电子产品中是必要而且重要的，这次课程设计我们的题目是用单片机实验箱系统制作音乐播放器。
目录一、概述：_____________________________________________________________ 1二、实验目的：_________________________________________________________ 1三、实验设计：_________________________________________________________ 1四、调试与仿真：_______________________________________________________ 5五、板子外观：________________________________________________________ 15六、设计及调试中的体会：______________________________________________ 16一、概述：现当今，单片机的应用无处不在。
利用单片机控制的万年历也多不胜举。
时钟芯片也相当之多，而利用单片机存储音乐，控制播放最为广泛。
它有功能多﹑价格优﹑外围电路简单的特点，备受音乐爱好者及音乐芯片制造商的青昧。
本实验，用80C51单电机及少数外围实现音乐播放器功能，并伴有彩灯闪烁。
C语言是一种编译型程序设计语言，它兼顾了多种高级语言的特点，并具备汇编语言的功能。
此外，C语言程序具有完善的模块程序结构，从而为软件开发中采用模块化程序设计方法提供了有力的保障。
因此，使用C语言进行程序设计已成为软件开发的一个主流。
C 语言来编写目标系统软件，会大大缩短开发周期，且明显地增加软件的可靠性，便于改进和扩展，从而研制出规模更大、性能更完备的系统。
因此，用C语言进行8051单片机程序设计是单片机开发与应用的必然趋势。
设计时采用Keil C软件编程，用protues软件仿真，核心器件采用灵活性高且价格低廉的A T89C51芯片。
设计完成后系统可播放自编歌曲，同时发光二极管随着歌曲的不同而闪烁。
第6卷第3期长沙航空职业技术学院学报Vo1.6No .32006年9月CHANGS HA AERONAUTI C AL VOC ATI O NAL AND TECHN I C AL C OLLEGE JOURNALSep.2006基于C51单片机的MP3播放器的设计与实现严 芸(无锡商业职业技术学院,江苏无锡 214153)摘要:介绍一种基于C51内核的单片机MP3解码系统的设计与实现,系统采用高性能51单片机和灵活的模拟音频接口,通过对M P3的编解码算法和编程的改进与优化,实现实时解码过程。
关键词:单片机;M P3;解码器中图分类号:G467.8 文献标识码:A 文章编号:1671-9654(2006)03-033-04收稿日期:2006-02-20 作者简介:严芸(1982-),女,江苏无锡人,教师,从事电子方面的教学工作。
D esi gn and Rea li za ti on of M PEG -1Aud i o Layer III COD EC Ba sed on C 51M i crocon trollerY AN Yun(W uxi Institute of Co mm erce,W uxi J iangsu 214153)Abstract:I n this paper a C51M icr ocontr oller -based MPEG -1Audi o Layer III real -ti m e CO 2DEC is p resented .The syste m adop ts high perfor mance M icr ocontr oller and flexible audi o interface,op 2ti m izes the algorithm ofMP3and realizes the encoding and decoding p r ocess in real ti m e.Key words:m icr ocontr oller;MP3;decoder MP3是MPEG -1音频层Ⅲ(layer Ⅲ)的简称。
MPEG 音频(I O S/I EC11172-3)是目前普遍应用的音频压缩标准,其中层Ⅲ的算法最为复杂,但压缩比最大,效果较好,在低码率条件下基本能达到CD 的音质效果。
低数据量和高播放品质的优点使其成为音乐存储、数字广播、网上音乐传输的主要方式。
1 MP3编码系统原理与结构MP3为获取很高的数据压缩比,根据音频位流语法,采用了较为复杂的位流结构。
MP3码流是由很多帧组成,每一帧由帧头、压缩的音频数据及辅助数据等组成。
帧头是一个32比特长的数据,它包含输入输出采样率、输出比特率以及单双声道等信息。
对每一帧的576(单声道,或1152,立体声)个输入音频采样压缩而得到音频数据,具体的压缩后的比特数可以根据公式得到。
图1是MP3音频编码器的一个流程图。
数字音频采样通过由两个滤波器组成的滤波器组输入到心理声学模型中,由心理声学模型的输出控制音频屏蔽等参数,最终通过量化和霍夫曼(Huff man )编码得到输出的比特流。
图1 MP3编码器流程1.1 滤波器组(Filer bank )第3期严 芸:基于C51单片机的MP3播放器的设计与实现MP3中的滤波器组是一个混合滤波器,由一个线性相位滤波器组和一个改进的离散余弦滤波器(ModifiedD iscrete Cosine Transf or m ,MDCT )组成。
该滤波器与MPEG Layer -I 和Layer -II 兼容。
1.2 心理模型(Percep tualModel ,or Psycho 2acoustic model )心理模型是编码器中最重要的部分,主要由它决定该编码器的压缩质量。
它主要计算每一个谱线的能量,用于进行屏蔽计算,它的输出为每一个谱线的屏蔽门限或所允许的最大噪声。
如果量化后的噪声在所计算的屏蔽门限之下,其结果是压缩后的音频信号与原始音频信号无法区别。
心理声学主要利用了下面的2个原理。
第一是人耳的带宽是有限制的,只能感受到一定带宽范围内的声信号,因此带宽范围外的信号可以抛弃。
人耳的第二个感知特性是信号的屏蔽作用。
一个很强的信号将掩蔽与其频率相近的较弱的信号,但是并不能掩蔽与其频率相差很多的同样强度的信号。
2 MP3解码系统硬件结构图2 MP3解码系统结构框图在该硬件系统的设计中,采用A t m el 公司生产的AT89C51S ND1C 作为主控MCU 。
整个系统的结构框图如图2所示。
PC 机通过US B 接口实现对U 盘的MP3歌曲、文档等数据信息的存储。
系统启动后,由MCU 控制将储存于Flash 中歌曲的码流信息送入MP3解码芯片中解码,并产生解码输出。
在系统的DAC 模块把解码输出转换为模拟音频声音后,经一级音频放大并驱动耳机,实现MP3歌曲的播放功能。
在按键的控制下,实现对歌曲播放模式、声音音效以及歌曲选择等功能。
系统包括主控MCU 、解码器、Flash 存储系统、供电系统、按键和D /A 转换器等几部分。
2.1 解码部分这是MP3播放器的核心部件,采用硬件解码技术。
在本系统采用AT89C51S ND1C 芯片,该芯片是一块自带MPEG I/II -Layer 硬件解码器和Human I nterface 的51内核单片机。
它可支持对8—320Kbp s 基本数据流的解码,支持的取样频率范围为16KHz —48KHz,非常适合于MPEG 的音频解码,并带有数字语音录音的MPEG 播放模块,具有很高的性能/价格比。
解码后的信号是可以直接输出到DAC 的立体声、单声道或双声道的数字信号,SPCA751A 与DAC 的接口是可编程的。
只要通过通用的串行I/O 口和控制接口就能对MPEG 比特流进行输入/输出和回放控制,系统控制器能很轻易的对MPEG 音频信号进行解码。
通过一个通用的可编程I 2S 接口,就能把一解码的音频PC M 数据输出到外部的DAC 中,因此,大多数常用的音频DAC 都能和本芯片兼容。
2.2 存储部分目前一般采用32MB 的F LASH 存储器,32MB 的存储器能够存储36分钟128kbp s (达到CD 音质)的音乐,如果是播放16kbp s 的压缩话音,可以存储4个小时的内容。
在该系统中采用了S AM 2S UNG 生产的32M F LASH 存储芯片K9F5608U0B2.3 接口部分一般通过PC 的US B 接口进行MP3文件的下载,传输速率可以高达12Mbp s 。
在主控芯片AT89C51S ND1C 中支持US B1.0规范。
2.4 电源管理便携式MP3的体积小,可以使用3V 电池供电,同时也可以通过US B 接口取电,因此采用低电压以及进行有效的功率管理是非常必要的。
3 MP3解码系统软件结构Layer III 采用了比较复杂的比特流结构,其编码方法前已述及,解码软件流程如图3所示。
首先获得每一帧的同步字,取得头信息,获得各相应参数,根据对头信息的解析进而获得实际的一帧音频数据。
读取主数据获得缩放因子数据和霍夫曼码字,接着根据边信息中霍夫曼码本的选择信息进行霍夫曼解码,然后进行反量化,根据帧头的立体声信息(单、双声道,联合立体声、强度立体声),对反量化结果进行立体声处理。
最后通过混叠处理、长沙航空职业技术学院学报第6卷IM DCT 和合成滤波器重建数字音频信号。
图3 MP3解码流程3.1 信息的读取及相应处理由于MP3为了获得更高的数据压缩比采用较为复杂的比特流结构,当处理帧的主数据(包含缩放因子和霍夫曼码字)起始位置一般不在该帧边信息后,而是根据边信息中参数main -data -begin 的值决定主数据起始位置的前移字节数。
由于main -data -begin 为9bit,其最大值可达511,由于帧内比特数=帧的大小×位率采样率,而对于Layer III每帧有1152个采样。
采样率有44.1KH 、48KH 、32KH 三种,码率可从32kbp s 到320kbp s 不等,故而一帧内最大字节数达到1152×320k /(32k ×8)=1440B 。
根据main -data -begin 和当前字节数可确定数据缓冲区的内容和大小。
在读区帧数据时,只需要将比例因子和霍夫曼码字送入缓冲区即可,而边信息中的参数则可直接作为全局变量。
3.2 读取比例因子、霍夫曼码字并进行霍夫曼解码根据最大的量化值和信号的局部统计特性选用不同的霍夫曼码表,由于对领域量化值进行编码,故把从零到奈奎思特频率整个频率范围上的量化值分为大值区、小值区和零值区三部分,对大值区和小值区采用不同的编码策略,大值区每两个量化值转换为一个霍夫曼码字,而小区值每四个量化值转换为一个霍夫曼码字。
考虑到可能有少量极大值的出现,为此设计一个提供额外量化值的方法,当解码出来的值等于某一数时(标准中规定为15),根据当前选用霍夫曼码表的额外比特数读入几个额外比特的数据。
对于某些较大的表,采用一种快速搜索的方法,当前搜索节点的增加值为某一定数(MAXOFF =250)时,当前节点下移MXOFF,并加上该节点的移动值,使用该策略能够快速到达表的下半区,缩短了霍夫曼查表的过程及霍夫曼码字的长度。
3.3 非均匀反量化对于不同的快类型采用不同的反量化方式。
每帧有两个粒度组组成,根据帧首边信息,粒度组有纯长块组、纯短块组、混合组三种类型。
对于长块和短块作用了不同的反量化方式。
3.4 混迭信号的消除对于长块与特殊短块,合成滤波器组的输入在做I M DCT 处理之前要进行混迭信号消除。
Layer III 的混迭信号消除采用与FFT 类似的蝶形结构。
3.5 I M DCT经过混迭消除后的信号要进行I M DCT 变换。
长块进行18点到36点的I M DCT 变换,短块进行3个6点到12点的I M DCT 变换,再将这3个长为12的输出矢量进行叠加,生成一个长为36的最终变换结果。
3.6 子带合成滤波器子带合成滤波器将32个等频带宽内的频域信号反变换成时域信号,是由初始化、I M DCT 、采样值加窗和32个样值叠加输出等部分组成。
子带合成滤波器接收到的是经过Hatt m an 解码、反量化、混迭消除及I M DCT 变换的一个通道中32个子带的样值,经过I M DCT 变换后,32个样值将会生成64个中间值。
将这64个中间值输入到一个长为1024的F I F O 缓存,再在这1024个值中抽取一半,构成一个512的矢量,进行加窗运算,窗函数的系数由I S O /I EC MPEG 标准中的合成窗系数表格提供。
