第１３卷第４期 湖南工业职业技术学院学报 Ｖ０１．１３ ＮＯ．４ ２０１３年８月 ＪＯＩ瓜ＮＡＩ ＯＦ ＨＵＮＡＮ ＤＵＳＴ ＰＯＬＹＴＥＣＨＮ【Ｃ Ａｕｇ．２０１３ 单片机音乐播放器功能多样性的设计与实现 田媛 （陕西工业职业技术学院信息工程学院，陕西西安，７１２０００） ［摘要］本文主要论证了基于通用８位单片机的音乐播放器多功能．化的硬件实现与软件设计。笔者选用了ＡＶＲ系列 中最具代表性的高性能８住单片机ＡＴ９０Ｓ８５１５，辅以少量各类外围电路，使其成为能够完成数据存储，音频解码、播放， ＬＣＤ用户信息显示，用户预置曲目演奏，即时演奏等多方面功能的便携式音乐播放器。 ． ［关键词］通用单片机：多功能：音乐播放器 ［中图分类号】ＴＮ９１２．２ ［文献标识码】Ａ［文章编号】 １６７１—５００４（２０１３ Ｊ ０４．０００１．０３ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｕｌｔｉ－ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｍｕｓｉｃ Ｐｌａｙｅｒ Ｕｓｉｎｇ Ｍｉｃｒｏ－・ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｕｎｉｔ ‘ １＇ＩＡＮＹｕａｎ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｘｉＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉ’ａｎ ７１２０００，Ｓｈａｎｘｉ） 【Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｊ Ｔｈｉｓ ｐ ｐｅｒ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｓ ｔｈｅ ｒｅａｌｉｚａｉｔｏｎ ｏｆ ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｏｔｆｗａｒｅ ｏｆ ｍｕｌｔｉ—ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｍｕｓｉｃ ｐｌａｙｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｇｅｎｅｒａｌ—ｐｕｒｐｏｓｅ ８一ｂｉｔ ｍｉｃｒｏ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍａｋｅ ｉｔ ａ ｐｏｒｔａｂｌｅ ｍｕｌｔｉ—ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｍｉｌｓｉｅ ｐｌａｙｅｒ ｗｉｔｈ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｄａｍ ｓｔｏｒａｇｅ，ａｕｄｉｏ ｄｅｃｅｄｉｎｇ ａｎｄ ｐｌａｙｉｎｇ，ＬＣＤ ｕｓｅｒ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｄｉｓｐｌａｙｉｎｇ，ｔｒａｃｋｓ ｐｒｅｓｅｔｔｉｎｇ，ｉｎｓｔａｎｔ ｐｌａｙｉｎｇ’ｅｔｅ．，ｔｈｅ Ｐ￣ｎ．ｈｔｏｒ ｕｓｅｓ ｔｈｅ ｈｉ曲－ＰＯ￣ｒｍａｎｅｅ ８－ｂｉｔ ｍｉｃｒｏ－ｃｏｎｔｏｒｌｌｅｒ ＡＴ９０Ｓ８５１５，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｔｈｅ ｔｎｏｓｔ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ ｉｎ ＡＶＲ ｓｅｒｉｅｓ．ａｎｄ ｖａｒｉｏｕｓ ｔｙｐｏｓ ｏｆｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｃｉｒｃｕｉｔｓ ａｒｅ ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔｅｄ． 【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］ｇｅｎｅｒａｌ—ｐｕｒｐｏｓｅ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ｍｉｃｒｏｅｏｍｐｕｔｅｎ ｍｕｈｉｆｕｎｅｔｉｏｎａｌ；ｍｕｓｉｃ ｐｌａｙｅｒ ０引言 该系统硬件连接框图如图１所示。其整个工作过程为： ＭＣＵ控制ＵＳＢ接口芯片与计算机通讯，将从计算机上下载的 便携式ＭＰ３播放器作为一种集音频播放、数据存储为一身 文件存储于ＳＤｃａｒｄ。播放时，ＭＣＵ控制从ＳＤｃ￣ｄ读取文件并传 的数码产品，多应用有高集成度，整合了各类音频处理或数据 送给解：码芯片，通过总线控制其解码，解码后的数字音频信号 通信模块的８位乃至多位单片机，以达到最小系统设计。但是， 在ＭＣＵ的控制下通过Ｄ／Ａ转换器转换成模拟音频信号，放大， 它们在保证便携性的同时，音质受到了一部分的损失。另一方 输出。演奏时，ＭＣＵ扫描判断摁键工作情况，并产生相应频率方 面，现在市场上大多单片机音乐播放器只能完成音频解码播放 波，转换，放大，输出。 的过程，不能满足用户更多方面的需求，如邸时弹奏，ＬＥＤ便携 本系统以单片机ＡＴ９０Ｓ８５１５的核心，主要负责控制各个部 文档阅读。本文正是将二者有机结合，并鉴于当前市场上音乐 分协调：【作。在其外围接上：电源、通信电路、复位电路、控制电 播放器功能过于单一的现状，在保证了音质与速度的前提下， 路、存储电路、显示电路、音频处理电路及外放电路。各部分核 从功能多样性出发，提出了相应优化拓展的方案。 心元件分别为：ＵＳＢ１．１接口、ＵＳＢ控制芯片ＰＤＩＵＳＢＤ１２、 １４．７４５６ＭＨｚ晶振、４＊４矩形键盘、ＳＤｃａｒｄ、液晶显示ＬＣＤ１６０２、 １硬件系统设计 解码芯片ＳＴＡ０１３、小功率集成功放ＴＤＡ２８８２、Ｄ／Ａ转换芯片 一个单片机应用系统的硬件电路设计包含有两部分内容： ＣＳ４３３４、扬声器。其硬件ＰＲＯＴＵＳ仿真原理图如图２所示。下面 一是系统扩展，即单片机内部的功能单元；二是系统配置，即按 对各模块具体情况逐一进行简单介绍。 照系统功能要求配置外围设备。 １．１中心控制模块 ＡＶＲ（Ａｄｖａｎｃｅｄ ＲＩＳＣ）单片机是ＡＴＭＥＬ公司继ＡＴ８９系列 之后推出的全新配置的精简指令集ＲＩＳＣ的高性能８位单片 机。设计上采用低功耗的ＣＭＯＳ技术，而且在软件上支持Ｃ高 Ｋ ￣ｌｍａｒｄ．矩形按键，ｌ－－Ｉ Ｍ，。Ｃ。。Ｕ ，， Ｍ Ｐ。３川￣ｌｆｔ ， 级语言及汇编语言。本次采用的ＡＴ９０Ｓ８５１５是该系列中比较有 代表性的一种，但实质上可替换为通用８位单片机。该系列单 片机硬件应用Ｈａｒｗａｒｄ结构，具有预取指令功能，使得指令可以 在一个时钟周期内执行；具有１２０条功能强大的指令，大多数执 行为单周期，每１２ＭＨｚ可实现ＩＭＩＰＳ的处理能力。片内带有８Ｋ 字节可下载的ｆｌａｓｈ程序存储器，５ １２字节在线可编程Ｅ２ＰＲＯＭ 图１系统硬件连接框图 闸 擦写１０万次）和５１２字节的ＳＲＡＭ。 ［收稿日期］２０１３—５—２７ ［作者简介］ 田嫒（１９８９一），女，陕西咸阳人，陕西工 职、 ｉ技术学院助教，研究方向：嵌人式系统设计。 ２０１３年 湖南工业职业技术学院学报 ｔ＝ＴＩ２＝１／２ｆ 第４期 （３－１） 通过软硬件设计，模式转换按键触发外部中断，中断使程 序跳转，实现模式转换，启动电子琴。然后通过查询电子琴所按 下的按键．读取电子琴输入状态，跳转到对应的程序人口，实 一这个时间ｔ也就是单片机上定时器应有的中断触发时间。 般情况下，单片机奏乐时，其定时器为工作方式１，它以振荡 二分频信号为计数脉冲。设振荡器频率为１０，则定时器 现即时演奏。当需要取消电子琴编曲功能时，再次按下模式转 器的十：换按键引起外部中断。即可退出电子琴功能而返回到原来音乐 的予置初值由下式来确定： ｔ＝１２ （Ｔｓｔｒ一’ ），ｍ （３－２） 播放处。当播放歌曲时，软件去抖动，如果“ｓｔａｒｔ／ｐａｕｓｅ”按下就向 下执行，采用延时程序进行对歌曲的播放，否则跳到开始。 式中 Ｉ ＝２１６＝６５５３６，Ｔｍ为定时器待确定的计数初值。 因此定时器的高低计数器的初值为： ＴＨ＝’Ｉ ，２５６＝（Ｔ舭一ｔ｝ｔ０／１２），２５６ＴＬ：＝Ｔｍ％２５６＝（Ｔ＾ＬＬ—ｔ牛ｆ０／１２）％２５６ ２软件程序设计 系统初始化后，进入默认播放功能，开始从第一首曲目开 （３－３） （３－４） 始循环播放。若启动中断，判断是否为模式切换。如果是，则进入 自编电子琴功能。实现自弹自编。如果否，则继续循环播放内设 音乐。播放过程中如果出现跳选曲目，则进人相应的曲目程序。 主要程序流程有：主程序、演奏子程序、音乐播放子程序、 ＵＳＢ通信子程序、音频解码子程序、人机交互子程序。主程序流 程校验，系统完成初始化后循环检查各个功能当用户使用某个 功能时，按下相应的按键，单片机进入相应的功能处理流程。其 主干程序流程如图４所示。 图４系统软件主干流程图 单片机演奏原理介绍：单片机演奏音乐基本都是单音频率， 它不包含相应幅度的谐波频率，因此单片机奏乐只需弄清楚每 个乐音的音调，即相应的发声频率。一般说来，常采用的方法就 是通过单片机的定时器定时中断，将单片机上对应蜂鸣器的 ＦＯ口来回取反，或者说来回清零，置位，从而让让单片机发出 相应频率的声音。为了让单片机发出不同频率的声音，只需将 定时器予置不同的定时值就可实现。关于确定一个频率所对应 的定时器的定时值，有以下对应关系： ３试验与仿真结果 采用绘制电路图软件ＰＲＯＴＥＵＳ和用于编写程序的 ＫｅｆｌＣ Ｖｉｓｉｏｎ２实现系统设计的仿真。ＫｅｉＩｃ Ｖｉｓｉｏｎ２中创建一 个新项目。然后在ＰＲＯＴＥＵＳ中为该项目加入ＫｅｌｆＣ源程序。调 试后结：果和设计目标完全吻合。上电后液晶显示器显示 “Ｗｅｌｃｏｍｅ”，接着显示第一首歌曲名字，连续播放直到手动选 择。按下模式转换按钮，可以弹奏用户喜欢的音符和乐曲。 ４进一步功能拓展的软件开发 就系统目前现有的硬件电路，可通过一些软件开发进一步 拓展其多功能性，例如：扬声器与耳机相互切换输出，闹钟功 能，电子书阅读功能，万年历功能等。再辅以少量外围，￣ｇ．－－ｆ完 成录音功能，太阳能电池系统供电等更为复杂的功能。 ５结语 该设计实现了多功能音乐播放器预期的基本功能和指标。 采用通用８位单片机控制，在确保音质与运行的前提下，系统 最小化。同时，扩展了普通音乐播放器的功能，实现了自弹自唱 和自动播放两种模式的转换，并且能显示歌曲英文名字。该设 计具有较强的移植性和适应性，就实用与产品系统化而言，具 有很大的开发潜力。 ［参考文献］ 【１周润景．基于ＰＲＯＴＥＵＳ的电路及单片机系统设计与仿真【ｌ】Ｍ］．北京： 北京航空航天大学出版社，２００６． 【２】吴金戌．８０５１单片机实践与应用［Ｍ］． 北京：清华大学出版社， ２ｏｏ３． 【３】马忠构．单片机的ｃ语言应用程序设计【Ｍ】．北京：北京航空航天大学 出版社，１９９８． 【４１沈红卫．单片机应用系统设计实例与分析【Ｍ】．北京：北京航空航天大 学出版社，２００３． ３