基于DSP技術(shù)的MP3播放器的研究與設(shè)計(jì)

作者Email:  lyfen@eyou.com

摘要：隨著數(shù)字編解碼及壓縮技術(shù)的發(fā)展，語(yǔ)音文件也朝著高壓縮比、高保真的方向發(fā)展，從MP1、MP2到目前的MP3格式。本文設(shè)計(jì)了一種廉價(jià)基于DSP的MP3播放器，利用硬件存儲(chǔ)語(yǔ)音文件，并能夠從PC 機(jī)下載，從而可以隨時(shí)更新MP3音樂。該MP3播放器同時(shí)附加了文本閱讀的功能，可做到語(yǔ)音和文本的同步輸出。

關(guān)鍵詞： MP3播放器  DSP  編碼

前言

現(xiàn)在市場(chǎng)上推出了各種型號(hào)的MP3隨身聽，它們采用先進(jìn)的智能控制技術(shù)，利用先進(jìn)的芯片，不僅實(shí)現(xiàn)了MP3格式語(yǔ)音的播放，而且集多種功能于一身。

但這些精巧的隨身聽價(jià)格較昂貴，因此本文根據(jù)要求設(shè)計(jì)了一種廉價(jià)MP3播放器，利用硬件存儲(chǔ)語(yǔ)音文件，并能夠從PC 機(jī)下載，從而可隨時(shí)更新MP3音樂。該MP3播放器同時(shí)附加了文本閱讀的功能，可做到語(yǔ)音和文本的同步輸出。

MP3播放器系統(tǒng)構(gòu)成

MP3播放器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由圖1所示，根據(jù)MP3播放器特點(diǎn)要求選擇了TI公司的TMS320VC5402芯片，該DSP芯片優(yōu)越的效價(jià)比既可充分勝任本設(shè)計(jì)的信號(hào)處理又能滿足本設(shè)計(jì)要求的價(jià)廉目的。而主機(jī)選用功能較強(qiáng)的AT89C51芯片。
設(shè)計(jì)原理上，C5402芯片的信號(hào)處理部分和89C51的智能控制部分來分別完成電路設(shè)計(jì)，并相應(yīng)制作兩塊PCB，可以明確設(shè)計(jì)思路，實(shí)物的大小也減半。

由圖1，MP3播放器系統(tǒng)選用大容量的FLASH MEMORY作為主存儲(chǔ)器硬件存儲(chǔ)語(yǔ)音文件，DSP程序也存儲(chǔ)在FLASH中，運(yùn)行時(shí)再引導(dǎo)到DSP的高速RAM，從而省去DSP芯片部分的程序存儲(chǔ)空間。利用串口通信電路可以實(shí)現(xiàn)由PC機(jī)下載語(yǔ)音文件功能，利用液晶顯示屏LCD，還可以從PC機(jī)下載小說并在LCD上閱讀。

DSP、MPU硬件設(shè)計(jì)

MP3播放器中，DSP芯片的Bootloader采用了HPI口方式。由于在硬件上HPI引腳與DSP的數(shù)據(jù)、地址總線引腳是相互獨(dú)立的，同時(shí)HPI口內(nèi)部又有控制機(jī)制，所以外部主機(jī)通過HPI口訪問DSP內(nèi)部RAM時(shí)不會(huì)影響DSP的正常運(yùn)行。HPI利用DSP芯片上1000H地址開始的一塊具有共享存儲(chǔ)器功能的2K字RAM，來實(shí)現(xiàn)主機(jī)與從機(jī)間的數(shù)據(jù)交換。

DSP擴(kuò)展了一片64K字高速靜態(tài)RAM(CY7C1021V33-10)，作為DSP芯片的片外RAM，用以適應(yīng)各種音頻處理算法對(duì)存儲(chǔ)器容量的要求。

DSP芯片處理后的信號(hào)由D/A輸出到耳機(jī)，我們就可聽到MP3音樂。D/A變換由LM4545實(shí)現(xiàn)，它具有48K字轉(zhuǎn)換速度，可直接和DSP芯片的輸出相連。

而MPU主要完成三項(xiàng)功能，分別是LCD顯示，控制DSP芯片的運(yùn)行和文件的串口下載。89C51與29F040B的連接電路如圖2所示。

MPU用來訪問FLASH的地址線由P0口和P2.0～P2.5組成。這14根地址線既提供14位頁(yè)內(nèi)地址又提供5位的頁(yè)碼地址，P0口同時(shí)與兩片74LS373相連，分別以P3.5和ALE作為這兩個(gè)芯片的片選信號(hào)；第一片74LS373A輸出信號(hào)的低5位作為5位頁(yè)碼地址與29F040B的A14～A18連接，第6位作為片選信號(hào)連接29F040B的CS，后兩位則留作以后擴(kuò)展用；第二片74LS373B的8位輸出連接29F040B的A0~A7；89C51的P2.0～P2.5直接連接29F040B的A8~A13，和74LS373B的8位輸出共同構(gòu)作14位的頁(yè)內(nèi)地址。

相應(yīng)的尋址過程（假設(shè)訪問地址1FFFFH）是：第一步，先將P3.5置1，打開74LS373A，再向 P0口寫入所要尋址的頁(yè)碼地址，1FFFFH的頁(yè)碼為7H；第二步，再將P3.5置0，關(guān)閉74LS373A，向P0口和P2口寫入14位頁(yè)內(nèi)地址，1FFFFH的頁(yè)內(nèi)地址為3FFFH。因?yàn)?strong>74LS373B由ALE片選，每次MPU訪問外設(shè)時(shí)自動(dòng)打開，所以這兩步驟次序不能顛倒，否則訪問的地址就出錯(cuò)。

軟件設(shè)計(jì)

能夠從PC機(jī)下載音樂是MP3播放器的特點(diǎn)，這一功能由MPU與PC機(jī)的串口通信來實(shí)現(xiàn)。而且設(shè)計(jì)所需的下載軟件要求能夠下載書籍文本，要求能夠中文字符的串口通信。因此實(shí)現(xiàn)中文傳輸也是本設(shè)計(jì)的程序部分的關(guān)鍵。 
圖3是用VB實(shí)現(xiàn)MP3播放器的下載軟件。  

 圖3的文件下載軟件，由Mscomm控件來實(shí)現(xiàn)。Setting設(shè)置為"9600，N，8，1"，89C51的串口寄存器SCON和PCON也做對(duì)應(yīng)的設(shè)置。用Mscomm控件可以實(shí)現(xiàn)發(fā)送中文字符功能，具體方法如下：

　?。?）直接發(fā)送
　　直接發(fā)送即把中文字符等同于英文字符。如：MSComm1.output="這是一行中文數(shù)據(jù)！"，但這種方法發(fā)送的中文數(shù)據(jù)不能太長(zhǎng)，發(fā)送緩沖區(qū)和接收緩沖區(qū)的大小需設(shè)定為中文字符的兩倍以上，否則會(huì)出現(xiàn)接收或發(fā)送緩沖區(qū)溢出之類的錯(cuò)誤。這種方法可用于一般要求不太高的場(chǎng)合。

（2）間接發(fā)送
在發(fā)送端將漢字或字符轉(zhuǎn)換為機(jī)器內(nèi)碼或區(qū)位碼數(shù)據(jù)數(shù)組，然后將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)發(fā)送到串口，在接收端接收到數(shù)據(jù)后，按照相反的順序?qū)⒌玫降臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的漢字或字符，對(duì)于MPU這端要求能有較大容量的漢字表。在轉(zhuǎn)換過程中，我們采用位運(yùn)算，在取得漢字的內(nèi)碼后將高字節(jié)和低字節(jié)分開，求整數(shù)高、低字節(jié)的函數(shù)如下：
　　Public Function HiByte(a As Integer)
　　 Dim b
　　 b = a And &HFF00
　　 b = b / 256
　　 If b < 0 Then b = b + 256
　　 HiByte = b
　　End Function
　　Public Function LowByte(a As Integer)
　　 Dim b
　　 b = a And &HFF
　　 LowByte = b
End Function

結(jié)語(yǔ)

該MP3播放器基于DSP技術(shù)，采用慢速大容量外存加高速小容量外存的組合方式，音樂文件先從慢速外存下載至高速外存再載入DSP的高速RAM，下載一部分處理一部分。采用與PC機(jī)的串口通信方式實(shí)現(xiàn)文件的下載速度較慢，也可利用USB接口進(jìn)行高速的通信。另外系統(tǒng)中連接的電話線可充作電話的錄音。

實(shí)踐證明，這種方法設(shè)計(jì)的MP3播放器成本較低，同時(shí)附加文本閱讀的功能做到語(yǔ)音和文本的同步輸出，能滿足特殊的需要。