基于单片机的电子导游MP3设计

基于单片机的电子导游MP3设计

电子科技大学通信与信息工程学院 陈桂培 林水生

摘 要：本文介绍了一种基于TI单片机MSP430F133的用于电子导游的专用MP3播放器的软硬件设计。该播放器的硬件电路主要由微功耗单片机、MP3解码芯片、存储器等构成；软件采用模块化结构进行设计。
关键词：单片机；电子导游；存储器；MP3；I2C

引言

MP3播放器近年来发展很快，目前已有大量产品面世。旅游这个新兴行业近年来得到了蓬勃发展，电子导游与人工导游相比，能避免由于导游个人因素带来的服务质量的不稳定性，为游客提供更加全面客观的服务。
电子导游系统是将导游对珍贵文物、旅游景点的介绍进行录音，并转换为MP3格式文件，以减小数据的存储量，按景点分割成不同的文件，通过USB接口到MP3中，然后通过红外自动或人工手动选择播放、收听各个文物、景点的介绍。

电子导游系统包括微机、电子导游、选曲控制器三个部分。微机用于对旅游景点的资料录入、存储、编辑和格式转换，为电子导游提供足够的原始素材。
选曲控制器安装在各个文物展台、旅游景点，定时发射景点编码信号。电子导游接收到景点编码信号后，进行解码并选择相应的内容进行播放。
电子导游由游客携带，但之前需要通过USB接口从微机中景点资料。本文主要介绍电子导游的软硬件设计。

电子导游硬件电路结构 电子导游的硬件结构框图如图1所示，主要包括用于主控的MSP430单片机，MP3解码及D/A转换芯片，存储旅游景点介绍信息的FLASH存储器以及景点选择控制接口、人机交互接口、USB接口等。

MSP430单片机及外围接口电路

TI公司的MSP430F133单片机具有16位RISC结构，内部有2个16位的定时器、1个12位高速A/D转换器和串行接口。内设JTAG模块，具有在线调试和在线编程功能。具有低电压和多种低功耗工作模式，待机模式电流仅1.3 A，关闭RAM时的待机电流低至0.15 A。数控振荡器使得从低功耗模式唤醒仅需6 s，非常适合于便携式应用场合。

MSP430单片机的6个8位的IO端口与外围芯片连接，其连接关系如表1所示。

按键电路采用行列扫描键盘结构，按键功能包括选曲控制、模式选择、音量控制等。液晶显示屏用于显示曲目的序号和播放状态，该接口包括数据、时钟等6根接口信号线。

红外管接收的信号经过放大整形后，送入到MSP430单片机解码，并由单片机根据解码结果进行选曲播放。

本系统采用NAND FLASH存储器，该类存储器有8根数据信号和6根控制信号。信号线的数目与存储器芯片的容量无关，便于存储器容量升级。

解码电路

MAS3507D是Micronas公司推出的单片MP3解码芯片，能够对8KHz、11.025KHz、12KHz和24KHz、44.1KHz等多种采样速率的音频数据流解码，具有I2C控制接口、异步MPEG位流输入接口、I2S解码数据流输出接口。内建DC/DC升压模块，适用于单节电池供电。电路图连接如图2所示。

DAC3550A是Micronas公司推出的与MAS3507D配套的音频D/A转换及放大芯片，如图3所示。MSP430通过I2C总线能够对DAC3550进行音量控制、均衡控制等。该芯片不仅能接收来自I2S总线的音频数据流，而且提供了多个模拟输入接口。

软件设计

软件结构

图4为电子导游的软件结构，包括初始化、FLASH存储器操作、USB接口驱动、人机交互模块和解码模块等，直接控制硬件的程序模块采用汇编语言编程。

初始化模块主要包括时钟频率设置、LCD显示器初始化、音效音量和播放模式的设置等。

人机交互模块主要是在或者播放过程中给用户信息提示。根据提示信息，用户可以对电子导游进行相应的控制。如音量的增减、播放、快进、快退、暂停、音效的设定、直选曲目、停止等。

解码模块的是比特流传输。在传输前，要对解码芯片进行相应的初始化操作。

NAND FLASH存储器操作模块实现存储器的物理检查、存储器链表建立和映射、存储器读写访问等。

时钟系统初始化模块

MSP430单片机是多时钟芯片，在降低系统功耗的同时，为了充分发挥其性能，需要对系统时钟进行编程。

系统将XT2外接8MHz晶振，获得8MHz的主系统时钟MCLK。而子系统时钟SMCLK为DCO振荡器产生的频率为800KHz的信号。时钟调整程序为：

BIS.W #OSCOFF,SR ;关闭LFXT1振荡器
BIC.B #XT2OFF,&BCSCTL1 ;启动XT2振荡器
SETUPOSC：
BIC.B #OFIFG,&IFG1 ;清除振荡器失效中断
MOV.W #0FFh,R15
SetupOsc1：
DEC.W R15 ;计算等待时间至"0"
JNZ SetupOsc1 ;等待循环
BIT.B #OFIFG,&IFG ;测试振荡器失效中断标志
JNZ SETUPOSC ;重复测试，直至标志始终复位
BIC.B #OFIFG,&IFG1 ;清除振荡器失效中断
BIS.B #80H,&BCSCTL2;选择SMCLK时钟源

模拟I2C总线模块

MSP430F133没提供I2C的硬件电路，因此需要用IO口线模拟。用于通过I2C来控制MAS3507D和DAC3550A。模拟I2C时序的程序包括启动模块、停止模块、发送一个字节模块、接收一个字节模块、主应答模块（MACK）、主非应答模块（MNACK）、从应答模块（CACK）等。

在程序设计中，充分利用了MSP430F133 I/O端口的特性，减少相关寄存器的操作次数，简化接口控制，缩小代码量。下列程序段是模拟I2C总线的启动功能。要求置时钟线为高，数据线为下降沿触发。

BIC.B #SCL+SDA,&PORT_DIR
BIS.B #SDA,&PORT_DIR ;SDA为输出
BIS.B #SCL,&PORT_DIR ;SCL为输出
RET

位流传输模块

当解码芯片的请求信号有效时，单片机要从外挂的FLASH中读取存放的数据，发送给解码芯片。数据是按逐位传输的，先传输高位，后传输低位，在SIC时钟下降沿锁存位数据到解码芯片。

DATA_TO_MAS： BIT.B #REQ,&P1DIR
JZ DATA_TO_MAS
;REQ为0表示MAS不需要数据
CALL #BYTE_READ
;从FLASH读一个字节到RAM
MOV.B #8,R4 ;用R4计数
TRANSFER： RLA.B &READ_BYTE_A
JC BIT_1
BIT_0: BIC.B #SID,&P5OUT
JMP LOCK_BIT
BIT_1: BIS.B #SID,&P5OUT
LOCK_BIT: BIS.B #SIC,&P5OUT
BIC.B #SIC,&P5OUT
DEC.B R4
JNZ TRANSFER

结束语

本文设计的电子导游以TI公司的MSP430F133为主控制芯片，使用Micronas公司的解码芯片MAS3507D以及配套的D/A转换芯片。本系统不仅具备了MP3播放器的全部功能，而且可作为便携式存储器，用于存储文件、相片等。其特定的设计功能不仅可用于电子导游，还可用于公交报站、博物馆、展览馆、无人值守交通路口的语音提示等。

  

参考文献:

[1]. MSP430F133 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/MSP430F133_307447.html.
[2]. MSP430 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/MSP430_490166.html.
[3]. RISC datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/RISC_1189725.html.
[4]. MAS3507D datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/MAS3507D_470629.html.
[5]. DAC3550A datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/DAC3550A_253258.html.