歌曲下载到u盘

1绪论

随着人们生活水平的不断提高以及对美好生活的渴望，对便携视听的要求也越来

越高。而磁带，CD机等播放器在许多方面与MP3播放器都无法相比。MP3播放器以它

近似完美的播放效果和丰富歌曲资源，可靠性高，功耗低，无机械结构等特点受到广

大音乐爱好者的普遍欢迎。MP3全称为MPEG-1AudioLayer-3。是目前被广泛使用的

几种音频格式之一，利用MP3技术，可以将原来的音乐（包括语言）数据大大压缩，

同时还可以非常好地保持原有音质，而且，还有一个非常大的用途，就是可以充当移

动硬盘，可以让用户很方便地移动文件数据。MP3之所以能成为时尚和数码的代言，

海量存储是其中必不可少的部分，一种基于集成MP3功能单片机（MCU）及U盘的MP3

播放器就成为人们研究和发展的方向。

1．1设计背景及来源

嵌入式在中国的发展和应用已经有20多年的历史，从早期的单片机，到后来的

DSP，再到现今的32位的基于ARM架构的处理器及以Soc片上系统的应用，嵌入式的

应用已经渗透到各个领域。随着嵌入式应用的发展,与嵌入式有关的行业飞速发展。

不管是从社会的发展角度，还是从企业对人才的需求角度，以及技术的发展趋势来看，

嵌入式都将具有广阔的需求背景。

本文设计的MP3即是嵌入式系统的一个实例，主要基于单片机，在该设计的整个

过程中包括单片机、数字电路、电路板设计制作、C程序设计等知识。

1．2设计思路

功能定义=>方案选定=>电路原理图设计=>采购元件=>印制电路板设计=>电路板

加工=>电路焊接与调试=>软件设计。

1．3设计意义

通过本次毕业设计，掌握电路设计、C51程序设计和USB设计思路与方法，并在

一定现在的工作基础上，成功完成MP3与U盘的设计与制作。学习项目开发的思路和

方法，掌握面对问题、分析问题和解决问题的能力，奠定下一步深入学习嵌入式的基

础。

2单片机的相关知识

2．1单片机的概念

单片微型计算机简称单片机。它是在一块芯片上集成中央处理器（CPU），随机

存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），定时/计数器及I/O接口电路等部件，构

成一个完整的微型计算机。它的特点是：高性能，体积小，价格低廉，稳定可靠，应

用广泛。

2．2单片机的发展史

单片机的发展历史并不长，它的产生和发展与计算机的产生和发展大体上同步，

也经历了四个阶段。

第一阶段（1970年——1974年）：为4位单片机阶段。

第二阶段（1974年——1978年）：为低中档8位单片机阶段。

第三阶段（1978年——1983年）：为高档8位单片机阶段。

第四阶段（1983年——现在）：为8位单片机巩固发展阶段及16位单片机，32

位单片机推出阶段。

2．3单片机的应用

单片机的主要应用是实现计算机控制和嵌入式应用领域。多数情况下，由于计算

机处于应用系统当中，因此对计算机有体积小、质量轻、功耗低和可靠性高等要求，

有的还要求降低系统成本，要满足这些可以说是非单片机莫属了。根据应用系统结构，

同时考虑到所使用的单片机类型的不同，单片机应用系统结构可以分为总线方式和非

总线方式。

总线方式：总线方式单片机应用系统都具有完整的外部总线结构，通过这些总线

可以方便地访问外围设备和接口等。常用总线结构有并行总线（数据总线、地址总线

和控制总线）和串行总线等。采用总线方式的应用系统一般是比较复杂的系统，如工

控系统、智能仪表及监控系统等；在不使用并行总线时，外部并行总线引脚可以作为

I/O口来使用。

非总线方式：非总线方式单片机应用系统省去了外部并行总线。使用非总线式单

片机，可以提供用户更多的I/O口，以尽量减少应用系统的芯片数量。采用该方式的

应用系统多属于比较简单的应用系统，如小型控制器和单元仪表等。

3MP3的工作原理

3．1MP3播放器的基本结构

MP3播放器为全电子化设计，没有任何机械结构，携带非常方便，高度防震；其

内部构造的主要部件包括主控芯片、Firmware芯片和存储功能的闪存芯片、以及MP3

解码芯片、数/模转换芯片、功放芯片和周边的滤波及供电单元。它的通信接口一般

采用USB接口，可以通过USB接口与计算机传输数据，它的效率远比串行口和并行口

高的多，部分MP3播放器内置麦克风，配有立体声调频收音机,播放时可以采用多种

播放模式。同时，MP3播放器除了可以播放音乐以外，还可以充当移动硬盘。

当前流行的MP3播放器其主要结构如下图所示。可见，一个MP3播放器主要应包

括：单片机控制系统，大容量的移动存储设备，MP3解码器，D/A转换芯片，音频放

大电路，USB接口，LED显示和键盘电路等。

图3-1MP3播放器的主要结构

本次设计的具有U盘功能的MP3播放器有下面特点:具有MP3功能,可以听歌,选

歌,音量和音效控制。同时具有U盘功能,连接到计算机的USB口时,可进行U盘与计

算机之间文件的复制,剪切和粘贴。

3．2MP3播放器的工作原理

MP3播放器的主要作用就是解压压缩的MP3数字音频,再现MP3音乐,同时为携带

方便还要能存贮MP3文件,MP3歌曲可以从电脑上下载。MP3播放器主要由MP3文件解

码部分、文件存贮部分、文件下载接口和语音播放部分构成。根据解码的方法播放器

可分为软解码和硬解码两种:软解码是利用控制器软件解压缩MP3文件,它要求控制器

LCD显示器

键盘按钮

单片机

控制系统

大容量移

动存储器

USB

MP3

解码

D/A

转换

音频

放大

声音

输出

MP3

数据流

的处理速度要快.MP3等里面使用就是硬解码，它是一个芯片，本次设计中集成在

AT89C51SND1芯片中。

首先将MP3歌曲文件从内存中取出并读取存储器上的信号→到解码芯片对信号进

行解码→通过数模转换器将解出来的数字信号转换成模拟信号→再把转换后的模拟

音频放大→低通滤波后到耳机输出口，输出后就是我们所听到的音乐了。

3．3MP3播放器的通信接口

MP3的通信方式大多已经使用了支持热插拔的USB接口，通信速率最高可以达到

400-500KBbytes/s，用户下载32KBbytes的MP3音乐只需大约一分半种时间，大

大缩短了用户上/下载MP3音乐的时间，有的甚至采用了USB2.0接口。

3．4U盘的性能描述

3.4.1USB的设计目标

USB的工业标准是对PC机现有的体系结构的扩充。USB的设计主要遵循以下几个

准则：

·易于扩充数据的充分支持

·协议灵活，综合了同步和异步数据传输

·兼容了不同设备的技术；多个外围设备

·价格低廉，且支持12M比特率的数据传输

·对声音音频和压缩视频等实时数据的充分支持

·综合了不同PC机的结构和体系特点

·提供一个标准接口，广泛接纳各种设备

·赋予PC机新的功能，使之可以接纳许多新设备

3.4.2使用的分类

按照数据传输率(USB可以达到)进行了分类。可以看到，12M比特率可以包括中

速和低速的情况。总的来说，中速的传输是同步的，低速的数据来自交互的设备，USB

设计的初衷是针对桌面电脑而不是应用于可移动的环境下的。软件体系通过对各种主

机控制器提供支持以保证将来对USB的扩充。如表3-2

表3-2USB使用的分类

性能应用特性

低速

互交设备

10-20kb/s

键盘

鼠标

游戏棒

低价格

热插拔

易用性

中速

电话音频压缩视频

500kb/s-10Mb/s

ISBN

PBX

POTS

低价格、易用性

动态插拔

限定带宽和延迟

高速

音频磁盘

25-500Mb/s

音频

磁盘

高带宽

限定延迟

易用性

3.4.3USB的特色

USB的规范能针对不同的性能价格比要求提供不同的选择，以满足系统和部件的

不同功能，其主要特色可归结为以下几点：

•终端用户的易用性

•广泛的应用性

•同步传输带宽

•灵活性

•健壮性

•与PC产业的一致性

•价廉物美

•升级路径

3.4.4USB系统的描述

一个USB系统主要被定义为三个部分：

·USB的互连

·USB的设备

·USB的主机

4基于单片机的MP3和U盘的制作

4．1MP3播放器的方案

技术角度上说，MP3播放器存在多种方案，其分类方法也较多。这里仅按MP3播

放器内部的主要芯片类型进行分析，大体可分：

1基于分离芯片的MP3播放器

采用分离芯片的MP3的播放器，主要包括MP3解码芯片，立体声D/A转换芯片，

移动存储设备，微控制器芯片（单片机）和LCD显示电路等。

2基于集成MP3功能单片机（MCU）的MP3播放器

当MP3市场逐渐活跃，一些半导体公司看准这个市场，适时推出了集成MP3功能

的MCU，这就使得仅需少量外围器件就可以构成MCU单芯片的MP3播放器，如ATMEL

公司的AT89C51SND1就是一款集成MP3功能的单片机。

3基于定制ASIC电路的MP3播放器

当MP3市场开始细化，竞争越来越激烈，同时MP3开始向成熟市场发展的同时，

基于定制ASIC电路的MP3播放器方案开始推出，这种方案的显著特点是电路集成度

高，可降低成本，扩展功能，增强竞争力。

4采用FPGA实现MP3播放器的方案

这一方案中，FPGA器件主要用于实现存储器与输入/输出器件的管理和接口功能，

RC32364则用来实现MP3解码、图形用户界面和控制其它器件的功能。如有的方案采

用立体声数模转换器CS4343，FLASH存储器KM29U64000T，SDRAM存储MT48LC1M16A1S，

USB控制器USBN9602，FPGA器件Spartan-II.

根据以上各方案的介绍，我们可以选出几种可行的方案，如下表所示

表4-1带有U盘功能的MP3的可选方案

CPUUSBDevice接

口芯片

MP3解码芯片D/A转换与音

频放大芯片

Flash存储器

方案1

AT89C51SND1CS4330A+

双路运放

K9F2808

方案2

PIC16C64PDIUSBD12MAS3507DDAC3550

方案3

AVR8515PDIUSBD12STA013CS4330A+

双路运放

芯片方案组合情况确定以后，要对这些芯片的可购情况及价格进行查询，如果某

些芯片目前无现货，或者价格太高而无法接受，则要进行修改与调整。在最终比较了

各芯片方案的性能和参数后，才能作出选择，如下表：

表4-2影响方案综合评价的主要因素

开发难度可靠性主要芯片

数量

是否可购价格综合评价

方案1集成度高，

开发容易

集成芯片，

可靠性高

3可适中1

方案2较难一般5可高3

方案3较难一般5可低2

参考上表，我们可以选择方案一作为我们制作MP3播放器的最终方案。

4．2芯片介绍

基于本篇所选MP3的设计方案，我们所选主要芯片是：AT89C51SND1单片机，Flash

存储芯片。

方

案

内

容

方

案

种

类

因

素

种

类

4.2.1AT89C51SND1单片机

AT89C51SND1单片机是ATMEL公司MCS-51系列单片机的集大成作品。以51为核

心，几乎继承了现阶段所有的外围接口，并设置了MP3解码器。和AT89C5132系列类

似，AT89C51SND1和AT83C51SND1单片机的区别是在于内部程序存储器是FLASH和

E2ROM。该器件提供PLCC-48和TQFP-80两种不同的封装。下面是AT89C51SND1的内部

结构图

图4-3AT89C51SND1内部结构图

从图中我们可以看出，该芯片集成了以下的功能：

64KB的内部代码存储器，支持在系统编程ISP功能，通过USB或者串行口读芯片

进行编程操作，内部数据存储器为2056字节；

最高20MHz的工作频率，工作电压为3V；

提供MP3解码功能，支持48，44.1，32，24，22.05及16KHz的采样序列；

支持直接和DAC音频芯片进行连接，提供PCM和I2S两种音频接口；

支持USB1.1全速引擎；

提供相应的键盘中断，IDE/ATATPI，MMC及SIP等接口。

AT89C51SND1是一款功能非常强劲的单片机。

AT89C51SND1C芯片包括8个功能块：

(1)MP3音频解码器：AT89C51SNDlA可实时解码MP3数据为PCM音频数据，同时

也支持MP3其他频率。解码器也支持其它特性如声音控制、低音放大、辅助数据提取

等．

(2)音频输出接口：允许音频解码位流以不同的格式输出，并可兼容PCM和I2S

格式。

(3)通用串行总线(USB)接口：支持USB存储类的MP3音频解码文件下载；支持USB

固件类升级的在系统编程。

(4)外插闪存卡接口：该接口适应多媒体卡模式的V2.2规范．允许移动闪存卡上

音频解码文件的存储，这样在应用时可轻易地插入和拔除，此接口亦可用于在系统编

程。

(5)IDE／ATAPI接口：该接口允许C2LROM读卡机、压缩闪卡、硬盘等驱动设备

的连结。由一个具有低电平ANSI规范的16位双向总线部分组成，具有多存储接口，

但只能用于连接C2LROM时的在系统编程。

(6)串行外设接口：支持主模式和从模式，具有以下功能：MP3音频解码文件存储

到数据闪存的接口；主机远程控制AT89C51SNDlA芯片；在系统编程。

(7)双线控制器：支持4个标准的主模式和从模式，多主性能。具有以下功能：

从设备如LCD控制器、音频DAC的连接；主机远程控制AT89C51SNDlA芯片及在系统

编程。

(8)A／D控制器：2道10位模数转换．具有电源管理、录音等功能。

4.4.2Flash存储芯片

Flash存储器是一种可擦除，可改写的只读程序存储器。但是现在已经把他当作

一种单独的存储器品种来对待，因为它有一般的只读存储器所没有的良好性能。

（1）Flash存储器的分类

a.标准的并行接口

这种芯片具有独立的地址线和数据线，在和CPU接口时，基本上和一般的存储器

接口相似，只要三类总线分别连接就可以。

（与非）型闪存

NAND（与非）型闪存也是一种并行接口芯片，但是在接口时采用了引脚分时复用

的发法，使得数据，地址和命令线分时复用I/O总线。结果，使得接口的引脚数可以

减少很多。当然，要注意这种芯片的接口时序，以保证和CPU有正确的连接。

c.串行接口的Flash存储器

这种产品只通过一个串行数据输入，一个串行数据输出和CPU接口，因此和CPU

的连接非常简单。但由于数据和地址都是由同一个线传输，要用不同的命令来区分是

地址操作还是数据操作。

（2）Flash盘的FAT结构

在制作MP3作为U盘的过程中，它有1024个Block,每个Block有32个page，

每个page有512+16=528个字节。

NANDFlash的读写有其自身特点：

a.必须以Page为单位进行读写

b.写之前必须先擦除原有内容

c.擦除操作必须对Block进行，既一次至少擦除一个Block的内容，针对这种情

况，将Flash的一个Page定为一个扇区，将两个Block，64个扇区定为一个簇，这

样，簇的容量刚好为512*64=32K，满足FAT16对簇的大小。

（3）FAT文件系统结构

一个FAT文件系统卷（卷可以理解为是一张软盘，一个硬盘或一个Flash电子盘）

由4个部分组成：

保留区、FAT区、根目录区、数据区。

保留区中的第一个分区必须是BPB,也称作“引导扇区”,因为它含有对文件系统

进行识别的关键信息,计算机将以此信息识别存储器文件格式,因此十分重要。

FAT区存放的是文件分配表。操作系统的存储空间是按簇来分配的,簇是操作系统

分配的最小存储单元,每个簇在FAT表中占据一个16位的位置,称为一个表项。同一

个文件的数据并不一定存放在存储区的一个连续的区域内,往往会分成若干段,像一

条链子一样的存放,这种存储方式称为文件的链式存储。为了实现文件的链式存储,必

须准确地记录哪些簇已经被占用,还必须为每一个已经占用的簇指明后继内容的下一

个簇的簇号,对于一个文件的最后一个簇,则要指明本簇没有后继簇,这些就是由FAT

表来存储的。

根目录区存放的是目录项,每个目录项为32个字节,记录一个文件或目录的信

息。目录项所占的空间与目录项的个数有关。

文件和目录数据区是真正存放文件数据的位置,所有数据都按照以上信息分配存

储的。

通过对MP3主芯片的认识，我们就可以从容的把芯片的各个引脚和相应的电路连

接到一起，从而实现各部分电路的功能，达到最终的MP3的播放和存储功能。

MP3播放器是由控制存储电路，电源电路，数模转换电路，USB接口电路等电路

组成的，各部分电路虽然是分工协作，但它们之间又是相互联系的。

本次设计采用K9F2808芯片，如下图所示：

图4-4K92808U0A-YCB0/YIB0

该FLASH芯片采用了NAND技术集成，与传统的NOR技术相比性能优越，集成度

高，所以才能以低廉的成本获得这样大的容量。该芯片允许一百万次以上的编程和察

除，并能保持数据十年以上，且有硬件数据保护机制，防止误操作引起的数据丢失。

由于考虑到单片机的编程的方便和USB总线供电等因素，系统电路板的主要部件

都采用了5V电源供电，而2808要求2.7-3.6V电源供电，为了给2808供电，又附加

了电压转换芯片，将5V电源电压转换为3.3V。

2808除了16M*8字节的存储空间外，还集成了512K*8字节的备用空间，可以用

作存放数据校验等冗余信息，以保证数据存放的可靠性。

对与51单片机，2808最突出的特点在于它是针对8位微处理器设计的。我们知

道，对与于一般的51系列单片机，它的地址总线只有16位，也就是说，最多只能寻

址到64KB空间。2808解决8位微处理器的这个局限是用了以下的方法：不再象传统

的存储器那样采用分离的外部地址总线和外部数据总线，数据总线总是用来寻址存储

器内部的数据空间，而是通过内部的一个控制逻辑，分时的从8位数据口输入命令，

地址和数据，并以位部的引脚片选和地址有效分3次送出24位地址这样就使16位地

址总线和8位数据总线的51单片机可以轻松的寻址到16M字节空间。此外,2808还有

响应速度快等特点。

5电路原理图的设计

5．1电路设计基本知识

电路设计过程中，包括两个部分工作，一是原理图的设计，这个部分只从功能原

理的角度考虑，不考虑实际电路板的情况。另外一部分工作是印制电路板设计，这部

分根据原理图中的芯片和元件的连接情况，将元件和芯片布置在一块特定大小的电路

板上，这些芯片与元件之间以特殊工艺加工的铜线来连接。

要完成这两部分的工作，都要使用计算机软件进行。这时就该用到了Protel软

件。Protel软件是一个集原理图设计，印制电路板设计于一体的设计软件。在其中可

以完成从原理图到印制电路板的整个设计流程。

5.1.1Protel基本操作

首次运行Protel时，可以创建新的设计数据库，从菜单上选择File/New命令，

即可创建新的设计数据库。在新的NewDesignDataba对话框中，选择存放数据

库的位置并确定数据库的名称，然后单击OK按钮。

在Documents中单击鼠标右键，从弹出菜单上选择New命令可以新建文件。当然，

如果选择Import,ImportFolder,ImportProject命令，可以将单个文件，文件夹

或整个设计从当前设计数据库之处导进来。

Protel自动在Documents中创建名为的原理图文件，为了更好的识

别文件，可以更改文件名，改名操作与Windows浏览器中操作一致。再双击新建的原

理图文件，便进入到原理图编辑状态。

5.1.2ProtelDDB文件的组成

Protel是按数据库的形式来组织、存储和管理设计中的有关文挡的。要在Protel

中处理文挡，不论是原理图，还是印制电路，都必须首先打开一个数据库文件，然后

才可以在其中处理文件。如果试图用Protel打开单个的SCH或PCB文件时，Protel

会为其创建一个DDB数据库文件，然后将设计文件置于其中，才进行处理。

数据库中文件的存储方式有两种选择，一是存储成Access数据库格式，这种格

式下，整个设计为一个DDB文件，只有用Protel打开此文件时才可以查看其中的单

个文件，对文件进行复制等文件操作。另外一中存储方式为按Windows文件系统来存

储文件，即创建一个与设计同名的文件夹，然后将设计中的文件全部置于此文件夹中。

在Windows浏览器中可以查看这些文件，对其进行复制、粘贴等文件操作。

5．2原理图层次设计

对于一个简单的原理图设计，将所有的元件和连线均放置在一张原理图中。保存

成一个文件当然是可以的。但当原理图较复杂时，分成几个部分，将不同的部分放在

不同的原理图中SCH文件中，然后在这些文件之间建立起一个层次的结构关系，则非

常有利于模块化设计思想。所以，整个MP3的结构分成3个部分。如图5-1所示

图5-1原理图的结构层次定义

MP3播放器主要是由AT89C51SND1（MCU），K9F2808U0A（Flash芯片），电源部

分，音频部分，串行通信部分和人机接口部分组成。

MCU部分：控制整个系统，提供USB控制和MP3解码功能；

Flash芯片：存放系统文件；

电源部分：提供系统工作所需要得电源，包括1个升压和1个降压部分；

音频部分：把数据流转化为声音信号；

人机接口部分：包括按键和LED指示等等

整个MP3电路是由4部分主要电路构成的，各部分电路协同工作，共同完成MP3

的存储和播放工作。下面就各部分电路进行设计。

D/A转换与音

频放大

电源转换

与电压整

Flash存储芯片

AT89C51SND1基本系统

串口调试电平转换

5.2.1电源部分电路设计

电源部分：整个系统采用3.3V电源供电，系统电源可以取自USB接口，也可来

自干电池，所以系统电源由两个部分组成，一个部分提供从USB接口的5V转3.3V的

DC-DC降压转化；另外一个部分提供从1.5V干电池到3.3V的DC-DC升压转化。如图

5-2是利用AS1117进行电压转换的电路图。图中，从USB接口出来的5V电源通过

AS1117芯片被转化为3.3V电源，给整个系统供电。

图5-2利用AS1117进行电压转化

图5-3是利用MAX856进行升压的电路图，它是通过MAX856把干电池的1.5V电

压为提供系统使用的3.3V电压。整个电路中比较重要的是二极管1N5817，总的说来，

按照图5-3连接之后，在输入端加上1.5V电压，就可以在输出端上得到需要的电压

图5-3MAX856外围电路

5.2.2控制器部分电路设计

控制器部分：控制器是整个系统的核心部分，电路图如图5-4所示。需要注意的

是，由于在系统中有MP3和USB传输等相对来说是高频信号，为了避免噪声对系统的

影响，所以在AT89C51SND1C的正负电源之间需要加上一个RC滤波电路以消除电路中

的噪音，而且对于AVDD和UVDD两个模拟电压和数字电源而言，两者都需要在数字地

和模拟地处单点通过一个磁珠相连接，以避免数字电源和模拟电源之间的影响。此外，

在16和17引脚之间还要加一个晶振连接电路，在13引脚处加一个PLL过滤电路。

图5-4控制芯片AT89C51SND1C外围电路

5.2.3串口电平转换电路

串口转换芯片采用MAX3232将单片机串口中输出的TTL信号转换成与PC机串口

兼容的电平信号。同时将PC机上的电平信号重新转换成TTL信号，以便使单片机与

PC之间可以通过串口通信。MAX3232的接口电路按其芯片资料中的典型电路连接，然

后将单片机上的RXD和TXD信号接到MAX3232芯片的对应引脚上，如图5-5所示。

图5-5串口转换芯片MAX3232外围电路

5.2.4音频部分电路

音频部分：音频部分是整个系统中最为重要的一个部分，在把数字信号转化为模

拟信号的过程中，容易产生噪音，这个关系到MP3播放器的声音效果的好坏。本系统

选择的是CS4330芯片，其外围电路如图5-6所示。CS4330能够兼容48kHz,44.1kHz

和32kHz的音频。声音数据通过串行输入引脚SDATA输入。左右输入时钟LRCK决定

了左右声道，而在串行输入时钟SCLK的驱动下数据被送入CS4330的数据缓存中，而

主时钟决定了数据滤波器的使用。

图5-6CS4330的外围电路

1.主时钟MasterClock(MCLK)

主时钟MCLK必须是采样时钟的256，384或者512倍，采样时钟和LRCK的频率

相等，而MCLK对LRCK的频率可以自动的检测和初始化。CS4330内部的分频器在初始

化的时候自动把时钟信号转化为需要的时钟信号。表5-7给出了采样时钟信号LRCK

和MCLK的关系。

表5-7典型采样时钟和主时钟的关系

典型采样时钟

（LRCK）KHz

主时钟（MCLK）MHz

256X384X512X

328.192012.288016.9344

44.111.289616.934422.5792

4812.288018.432024.5760

2.串行时钟SerialClock(SCLK)

串行时钟驱动了数据的输入，CS4330支持内部和外部的串行时钟模式。

外部时钟格式：

当任何时候的4个低到高的变化在DEM/SCLK引脚上被检测到，CS4330进入外部

时钟模式。当进入外部时钟模式后，内部时钟模式和内部的滤波器都不能够使用。如

果要跳出外部时钟格式，CS4330必须掉电.

内部时钟模式：

在内部串行时钟中，串行时钟在内部和MCLK以及LRCK时钟同步。SCLK/LRCK频

率可以是32，48或者64。和外部串行时钟一样，内部串行时钟和LRCK同步。这种模

式下可以使用数字滤波功能

3.初始化和掉电模式

CS4330进入掉电模式决定于初始化上电。内部分类滤波器和delta-sigma调制器

重置，内部的电压参考，一位数字-模拟转化器选择电容低通滤波器并且掉电。一直

到MCLK和LRCK提供，CS4330都会保持在掉电模式。当检测到MCLK和LRCK后，MCLK

将计算一个LRCK时钟周期来决定MCLK/LRCK的频率。随即根据供给内部的电压参考，

决定是5V或者3.3V电压模式。最后，电压提供给D/A转化器和选择电容滤波器，模

拟输入也会变化为大约2.3V（1.3V在3.3V模式下）。这个过程需要大约1ms，1024

个LRCK时钟周期。

在一个LRCK时钟周期下，如果MCLK或者LRCK都没有，CS4330进入掉电模式。

当MCLK和LRCK恢复后初始化顺序马上进行。如果MCLK/LRCK频率或者电压在掉电模

式下发生了变化，CS4330将进行相应的改变。在有时钟输入的时候，CS4330最好不

要进行上电操作。

4.供电模式

CS4330名义上的供电可以是5V或者3.3V。“SMART类似电路”在进入初始化的

时候或者跳出掉电模式的时候将自动的选择电压。当VA+引脚上输入电压为4.75—

5.5V时候，输出电压是3.7V；当VA+引脚上输入电压为2.7—4.0V时输出电压为1.85V。

在4.0——4.75V的时候，输出电压将是3.7V，但是这种情况必须要尽量避免，因为

这种情况将带来极大的功耗损失。同样的，CS4330也需要加上滤波电路，而且这个电

路离CS4330越近越好。CS4330的模拟滤波器是一个开关电容滤波器，而且该滤波器

的频率决定于时钟频率以及采样频率。

5.配置寄存器

CS4330支持I2S数据格式，这种定义式由定义寄存器内容来管理。这个5位寄存

器决定了能够接受串行数据格式，这种内部时钟频率必须在SCLK时钟沿上音频数据

有效，并且位的数目被放入输入缓存中。在初始化上电时，寄存器内部进行默认的设

置，如果格式合适的话，就不用向寄存器中写入。

5.2.5Flash接口电路

Flash接口信号的接法，根据其芯片资料中的说明，采用P5.0—P5.3共4个信号

线作为FLASH芯片的R/BC，CLE，ALE和CE信号；用单片机的P0口作为与Flash的

数据交换口；WR和RD信号作为Flash的读写信号，同控制芯片AT89C51SND1A外围电

路一样Flash接口电路正负电源之间也需要加上一个RC滤波电路以消除电路中的噪

音，如下图

图5-8Flash电路

5.2.6人机接口部分

人机接口部分主要是提供一个人和系统进行信息交换的接口，包括键盘输入，LED

显示以及串行接口3个部分。键盘输入提供给用户选择功能的能力，LED显示系统现

在的工作状态，如前面所提到的，串行接口可以方便开发过程中的调试，通过串行调

试助手等工具，把系统运行情况反馈到PC机的屏幕。键盘输入，数码管，分别如图

5-9以下给出各个人机接口的功能定义。

指示灯1（U盘指示灯1）：当执行U盘功能时，无数据传输是灯亮，有数据传输时

闪烁。

指示灯2（MP3指示灯2）：当执行MP3功能时候，等待播放的时候该灯亮，播放

时候该灯闪烁。

按键1（系统复位键）：按该按钮几秒钟，整个系统回到系统上电时候的状态。

按键2（MP3歌曲选择键）：每按一次，歌曲序号自动向上加1，马上从该首进行

播放，当到最后一首时候从第一首开始计数。

按键3（MP3声音控制键）：每按一次，声音级别自动向上加1，当达到31级时

候从0级开始重新播放。

按键4（MP3开始键）：当处于MP3系统初始化状态时候，按一下开始播放歌曲，

指示灯2开始闪烁；如果没有歌曲可供播放，则没有作用。

图5-9键盘输入电路

6电路焊接与硬件调试

6．1电路焊接基本知识

电路焊接本身是一个复杂的物理化学过程，但对于普通的电路焊接而言，只要将

被焊对象可靠地焊在一起就可以了。

6.1.1焊接必备工具

电路焊接过程需要几种特别的工具，进行电路板焊接前，请备齐以下工具：

（1）烙铁，钎架，万用表和镊子（必备）

（2）焊锡与松香（必备）

（3）助焊剂与清洗剂（可选）

（4）吸锡器（可选）

（5）吹风机（可选）

6.1.2元件焊接基本方法

第1步，烙铁置于焊盘，直至焊盘表面锡层熔化。

第2步，当发现焊盘表面锡层熔化，将焊锡送人焊区。

第3步，焊锡不可过多，焊盘稍突起后，先抽走焊锡，这时烙铁保持不动。

第4步，快速向斜上方抽走烙铁即完成上锡过程。

6．2电路板调试

具备了焊接工具，和焊接的基本知识，就可以进行焊接与调试了。对电路板的焊

接与调试可以分成几个部分进行：

（1）电源系统调试

（2）单片机最小系统调试

（3）外围接口设备调试

（4）U盘功能调试

（5）D/A转换及音频放大电路调试

（6）MP3功能与U盘功能的整合

6.2.1电源系统调试

电源系统电路分为两部分电路：利用AS1117芯片升压电路，利用MAX856芯片降

压电路。

1.升压电路调试

作为U盘使用。当电源部分电路各元件焊接完成后，就可进行通电测试。通电之

前，先要测一下USB接口上的5V和GND之间是否短路，若短路，说明焊接有问题，

须检查。若无误，即可将USB插头接入计算机的USB接口。当插入时用手接触AS1117

芯片，若芯片明显发热，则应立即取下，检查问题。若不发热，且发光二极管如期而

亮，则电路正常。

电源系统调试完成后，必须对电压进行测量。如果电压超出3.3V，则需要试着换

掉AS1117芯片，直至电压符合要求，才可以继续往下进行；如果电压低于2.7V，可

能导致芯片工作不稳定。

2.降压电路调试

作为MP3电路使用。电路焊接完成后，在装电池以前，先用万用表检查电路板是

否短路，元件与焊盘之间是否干净，元件有没有与过孔相连。一切无误后，用手触芯

片，打开电源开关，感觉芯片是否发热，若发热，即关电源。另一方面，看AS1117

旁边的LED是否变亮，变亮，则电压输出。芯片既不发热，LED也不变亮，则测输出

电压。若电压为3.3V，则电路正常，调试成功。否则芯片可能损坏。

6.2.2单片机最小系统调试

电路焊好后，开始测试最小系统。一个最小系统要工作，须要两个条件：晶振工

作正常，复位电路工作正常。

条件一的判断是通过测一下晶体的两个引脚输出有无波形而定。条件二是通过测

量复位引脚在上电后的电压变化而定。经过验证，这两部分电路工作都很正常，然后

尝试给单片机最小系统通电。检验方法和电源电路调试一样。

6.2.3外围接口设备调试

1.串口电路调试

电路焊接完成后，通过FLIP软件，将配套网站（）上用于测试

其工作情况的固件下载到单片机的Flash中，然后与计算机串口连接。然后打开计算

机上的串口调试工具进行调试。

调试

此电路焊好后，通电时，同样将手指方在芯片上，感觉是否发热，若发热，则立

即断电检查。若不热，则将相应的固件下载到单片机上。

6.2.4U盘功能调试

由于Flash已经调试通过，此时可下载U盘固件，测试U盘功能。根据所使用的

存储器的大小，将固件目录中的“U盘固件.Hex”文件下载到单片机中。同时，取消

BJLB位，并断开电路板上的ISPC，连接串口线，然后将MP3插入到USB口中，看看

是否得到相应结果。

6.2.5D/A转换及音频放大电路调试

焊接完电路以后，便可以将配套网站（）上相应固件下载到单

片机中，然后运行程序，看串口输出信息是否对应。如果一切正常，便可听到所下载

的MP3音乐。

6.2.6MP3功能与U盘功能的整合

MP3音频部分调试完成以后，开始整合MP3功能和U盘功能。当MP3插入USB

口时，USB-Inrt处可得到高电平，单片机端口可以检测到这一高电平，于是执行U

盘部分的程序。当用电池供电时，USB5V处没有电压，USB-Inrt处于低电平，于是

执行MP3部分的程序。

最后，再重新焊上MAX856电路周围的电感，并重新焊上电池盒，可以分别用电

池供电，看看是否正确执行MP3功能。如果可以输出相应信息，按Play键后，就可

以播放歌曲了。至此，一个MP3硬件就完满的设计成功了。余下来的工作就是MP3的

程序设计了。

结论

本次毕业设计主要是基于单片机的MP3播放器与U盘的设计中的硬件部分,到目

前为止,已经基本上完成了设计任务书所要求的任务.整个毕业设计的过程如下:功能

定义与方案的选定,电路原理图设计,印刷电路板的设计与加工、焊接(由于条件有限,

没有完成,但有老师的指导与帮助,下面如实进行)硬件与软件的调试等.

主要实现一个具有U盘功能的3具有最基本的播放、选曲、音量与音效控

制功能,从这一点来讲,与普通的MP3播放器无异.另外,当连接到计算机上的USB接口

时,MP3将变成U盘,可以向U盘中复制文件.文件包括MP3歌曲文件和普通文件.从

这一点来讲,与普通的U盘无异.

MP3的制作是较简单的嵌入式系统应用，一个复杂的嵌入式系统的设计，不管是

处理器的控制，还是调试手段和方法以及外围设备连接和驱动，还有电路板设计和布

线，都有很多的技术细节内容，需要在不断的实践和学习中才能掌握。但其设计的思

路和调试的基本思路是基本一致的。学海无涯,我会以此为契机,去追寻自己的梦想.

参考文献

1李军等主编，51系列单片机高级实例开发指南。北京航空航天大学出版社

2004.6

2杨心怀，周洁，便携式MP3播放器的设计。电子技术应用。2003.2

3博创科技编著，MP3播放器与U盘设计:自己动手打造心仪的个性MP3.清

华大学出版社2004

4何立民，单片机初级教程—单片机基础.北京：北京航空航天大学出版社，2000

5李朝青，单片机原理及接口技术北京航空航天大学出版社

6李华主编，MCS-51系列单片机实用接口技术.

7邵贝贝，单片机技术的发展与单片机应用的广泛选择。电子技术应用。1999.3

8王文林，MP3播放器电路图集.北京：新时代出版社，2005.1

9梁合庆，吕京建，博洋等编著。从C到嵌入式C编程语言——入门，使用，

深入。北京航空航天大学出版社。2000

10所用芯片的芯片资料，包括ATMEL、MAXIN等

11李军等主编，51系列单片机高级实例开发指南。北京航空航天大学出版社

2004.6

12李朝青，单片机原理及接口技术北京航空航天大学出版社

13邵贝贝，单片机技术的发展与单片机应用的广泛选择。电子技术应用。1999.3

14杨心怀，周洁，便携式MP3播放器的设计。电子技术应用。2003.2

89C51SND1AUr’sGuide[Z].2002.

-MPEG-IAudio:AGenericStandardFor

.10,October1994