引言

　　雖然MP3就是采用國際標準MPEG中的第三層音頻壓縮模式，對聲音信號進行壓縮的一種格  創(chuàng)新-小石頭式，中文也稱“電腦網(wǎng)絡(luò)音樂”。MPEG中的第三層音頻壓縮模式比層和第二層編碼要復雜，但音質(zhì)要比層和第二層高，甚至可與CD音質(zhì)相比。CD唱片采樣率頻率為44.1MHz, 16Bits, 數(shù)據(jù)量為1.4Mbps，而相應(yīng)的。現(xiàn)有的MP3播放器大部分還是將解碼器與存儲器一體化。這種設(shè)計對MP3播放器的便攜性起了關(guān)鍵性的作用，但與此同時也帶來了一些問題：一方面存儲容量不易擴展，另一方面也不利于MP3播放器在其他領(lǐng)域的應(yīng)用。本系統(tǒng)將存儲器與解碼器分離，可以利用多余的I／O接口，只要適當增加少量硬件開銷并添加相應(yīng)代碼，

　　1 系統(tǒng)設(shè)計

　　MP3播放器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。系統(tǒng)在硬件上主要包括MSP430F149單片機系統(tǒng)、音頻解碼模塊、SD卡讀寫模塊、液晶顯示模塊以及用來存儲自制字庫的Flash存儲器等重要模塊。

　　MSP430F149是美國TI公司的MSP430系列單片機，它具有適合于各種應(yīng)用的16位結(jié)構(gòu)。具有超低功耗性能，同其他微控制器相比，MSP430是德州公司新開發(fā)的一類具有16位總線的帶FLASH 的單片機，由于其性價比和集成度高，受到廣大技術(shù)開發(fā)人員的青睞。它采用16位的總線，外設(shè)和內(nèi)存統(tǒng)一編址，尋址范圍可達64K,還可以外擴展存儲器。具有統(tǒng)一的中斷管理，具有豐富的片上外圍模塊，片內(nèi)有精密硬件乘法器、兩個16位定時器、一個14路的12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、一個看門狗、6路P口、兩路USART通信端口、一個比較器、一個DCO內(nèi)部振蕩器和兩個外部時鐘，支持8M 的時鐘。由于為FLASH型，則可以在線對單片機進行調(diào)試和，且JTAG口直接和FET的相連，不須另外的仿真工具，方便實用，而且，可以在超低功耗模式下工作，對環(huán)境和人體的輻射小，測量結(jié)果為100mw左右的功耗（電流為14mA左右），可靠性能好，加強電干擾運行不受影響，適應(yīng)工業(yè)級的運行環(huán)境，適合與做手柄之類的自動控制的設(shè)備，它還具有靈活、強大的處理能力、豐富的存儲器、外設(shè)等優(yōu)點。

　　2 硬件模塊的具體實現(xiàn)

　　2.1 MSP430F149單片機系統(tǒng)

　　MSP430F149系統(tǒng)是整體設(shè)計中的部分，控制著系統(tǒng)各個子模塊之間的協(xié)調(diào)運行。如圖 2所示，SPX1117M3-3.3是系統(tǒng)穩(wěn)壓芯片，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的3.3 V電源。SP708S是系統(tǒng)管理芯片，與手動復位開關(guān)一起，考慮到MP3播放器的人機交互操作，共設(shè)計了6個按鍵。

　　2.2 音頻解碼模塊

　　VS1003 是一個單片MP3/WMA/MIDI音頻解碼器和ADPCM編碼器。它包含一個高性能，自主產(chǎn)權(quán)的低功耗DSP 處理器核VS_DSP4,工作數(shù)據(jù)存儲器，為用戶應(yīng)用提供5KB 的指令RAM 和0.5KB 的數(shù)據(jù)RAM。串行的控制和數(shù)據(jù)接口，4 個常規(guī)用途的I/O 口，一個UART，也有一個高品質(zhì)可變采樣率的ADC和立體聲DAC，還有一個耳機放大器和地線緩沖器。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

　　音頻解碼模塊對單片機從SD卡里讀取的數(shù)字MP3音頻數(shù)據(jù)流進行解析，并轉(zhuǎn)換成模擬信號進行輸出。圖4是該MP3播放器的音頻解碼模塊電路原理圖。

　　VS1003與控制器MSP430F149的數(shù)據(jù)通信是通過SPI總線方式進行的。 VS1003通過串行命令接口（SCI）和串行數(shù)據(jù)接口（SDI）來接收MSP430F149的控制命令和MP3的數(shù)據(jù)；通過xCS、xDCS引腳的置高／低來確認是哪一個接口處于傳送狀態(tài)。VS1003的功能控制，是通過SCI口寫入特定寄存器實現(xiàn)的。

　　2.3 SD卡模塊

　　SD卡價格低，存儲容量大，使用方便，通用性與安全性強，MP3、數(shù)碼相機等設(shè)備上都采用SD卡作為其存儲設(shè)備。

　　SD卡支持兩種總線模式：SD模式與SPI模式。其中，SD模式采用6線制，而SPI模式采用4線制。采用單片機對SD卡進行讀寫時一般都采用SPI模式?？捎貌煌某跏蓟绞绞筍D卡工作于SD或SPI模式。

　　本設(shè)計中，音頻數(shù)據(jù)MP3文件以SD卡為載體，圖5為SD卡模塊（SPI模式）的接口電路。

　　2.4 液晶顯示模塊

　　LCD3310液晶帶有低功耗PCD8544的CMOS LCD控制驅(qū)動器，串行輸入速度可達4.O Mb／s。寫液晶時就不用直接寫入LCD3310的靜態(tài) DDRAM了，可以先寫入系統(tǒng)為它開辟的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，再刷新修改的部分就可以顯示出要顯示的內(nèi)容。其電路如圖6 所示。

　　3 軟件設(shè)計

　　圖7是MP3播放器的軟件流程。系統(tǒng)啟動后，先初始化硬件模塊。由單片機通過FAT32文件系統(tǒng)接口讀取SD卡的一些基本信息，通過這些信息就可以找出SD卡是否有可以播放的音樂文件。若有，單片機通過SPI總線方式讀出音頻信息，并將歌曲的碼流信息送入到VS1003芯片中，通過VS1003解碼芯片及其內(nèi)含的高質(zhì)量立體聲DAC和耳機驅(qū)動電路，在按鍵的控制下，通過 LCD3310中菜單選項的選擇。

　　經(jīng)過運行測試，系統(tǒng)可以正常流暢地播放出320 kb／s的高音質(zhì)MP3音樂文件，而且在使用500 mA鋰電池的情況下，可以連續(xù)正常地播放長達10個小時。

　　結(jié)語

　　本著低成本、實用性強的原則，設(shè)計了一種解碼器與存儲器分離的MP3播放器，同時，只要適當增加少量硬件開銷并添加相應(yīng)代碼，即可以利用多余的I／O口在此系統(tǒng)基礎(chǔ)上方便地增加如電壓測量、頻率測量、溫度測量等功能。