一种基于VS1003解码器的MP3播放器设计

　　引言

　　虽然MP3就是采用国际标准MPEG中的第三层音频压缩模式，对声音信号进行压缩的一种格  创新-小石头式，中文也称“电脑网络音乐”。MPEG中的第三层音频压缩模式比层和第二层编码要复杂，但音质要比层和第二层高，甚至可与CD音质相比。CD唱片采样率频率为44.1MHz, 16Bits, 数据量为1.4Mbps，而相应的。现有的MP3播放器大部分还是将解码器与存储器一体化。这种设计对MP3播放器的便携性起了关键性的作用，但与此同时也带来了一些问题：一方面存储容量不易扩展，另一方面也不利于MP3播放器在其他领域的应用。本系统将存储器与解码器分离，可以利用多余的I／O接口，只要适当增加少量硬件开销并添加相应代码，

　　1 系统设计

　　MP3播放器系统结构框图如图1所示。系统在硬件上主要包括MSP430F149单片机系统、音频解码模块、SD卡读写模块、液晶显示模块以及用来存储自制字库的Flash存储器等重要模块。

　　MSP430F149是美国TI公司的MSP430系列单片机，它具有适合于各种应用的16位结构。具有超低功耗性能，同其他微控制器相比，MSP430是德州公司新开发的一类具有16位总线的带FLASH 的单片机，由于其性价比和集成度高，受到广大技术开发人员的青睐。它采用16位的总线，外设和内存统一编址，寻址范围可达64K,还可以外扩展存储器。具有统一的中断管理，具有丰富的片上外围模块，片内有精密硬件乘法器、两个16位定时器、一个14路的12位的模数转换器、一个看门狗、6路P口、两路USART通信端口、一个比较器、一个DCO内部振荡器和两个外部时钟，支持8M 的时钟。由于为FLASH型，则可以在线对单片机进行调试和，且JTAG口直接和FET的相连，不须另外的仿真工具，方便实用，而且，可以在超低功耗模式下工作，对环境和人体的辐射小，测量结果为100mw左右的功耗（电流为14mA左右），可靠性能好，加强电干扰运行不受影响，适应工业级的运行环境，适合与做手柄之类的自动控制的设备，它还具有灵活、强大的处理能力、丰富的存储器、外设等优点。

　　2 硬件模块的具体实现

　　2.1 MSP430F149单片机系统

　　MSP430F149系统是整体设计中的部分，控制着系统各个子模块之间的协调运行。如图 2所示，SPX1117M3-3.3是系统稳压芯片，为系统提供稳定的3.3 V电源。SP708S是系统管理芯片，与手动复位开关一起，考虑到MP3播放器的人机交互操作，共设计了6个按键。

　　2.2 音频解码模块

　　VS1003 是一个单片MP3/WMA/MIDI音频解码器和ADPCM编码器。它包含一个高性能，自主产权的低功耗DSP 处理器核VS_DSP4,工作数据存储器，为用户应用提供5KB 的指令RAM 和0.5KB 的数据RAM。串行的控制和数据接口，4 个常规用途的I/O 口，一个UART，也有一个高品质可变采样率的ADC和立体声DAC，还有一个耳机放大器和地线缓冲器。其内部结构图如图3所示。

　　音频解码模块对单片机从SD卡里读取的数字MP3音频数据流进行解析，并转换成模拟信号进行输出。图4是该MP3播放器的音频解码模块电路原理图。

　　VS1003与控制器MSP430F149的数据通信是通过SPI总线方式进行的。 VS1003通过串行命令接口（SCI）和串行数据接口（SDI）来接收MSP430F149的控制命令和MP3的数据；通过xCS、xDCS引脚的置高／低来确认是哪一个接口处于传送状态。VS1003的功能控制，是通过SCI口写入特定寄存器实现的。

　　2.3 SD卡模块

　　SD卡价格低，存储容量大，使用方便，通用性与安全性强，MP3、数码相机等设备上都采用SD卡作为其存储设备。

　　SD卡支持两种总线模式：SD模式与SPI模式。其中，SD模式采用6线制，而SPI模式采用4线制。采用单片机对SD卡进行读写时一般都采用SPI模式。可用不同的初始化方式使SD卡工作于SD或SPI模式。

　　本设计中，音频数据MP3文件以SD卡为载体，图5为SD卡模块（SPI模式）的接口电路。

　　2.4 液晶显示模块

　　LCD3310液晶带有低功耗PCD8544的CMOS LCD控制驱动器，串行输入速度可达4.O Mb／s。写液晶时就不用直接写入LCD3310的静态 DDRAM了，可以先写入系统为它开辟的数据缓冲区，再刷新修改的部分就可以显示出要显示的内容。其电路如图6 所示。

　　3 软件设计

　　图7是MP3播放器的软件流程。系统启动后，先初始化硬件模块。由单片机通过FAT32文件系统接口读取SD卡的一些基本信息，通过这些信息就可以找出SD卡是否有可以播放的音乐文件。若有，单片机通过SPI总线方式读出音频信息，并将歌曲的码流信息送入到VS1003芯片中，通过VS1003解码芯片及其内含的高质量立体声DAC和耳机驱动电路，在按键的控制下，通过 LCD3310中菜单选项的选择。

　　经过运行测试，系统可以正常流畅地播放出320 kb／s的高音质MP3音乐文件，而且在使用500 mA锂电池的情况下，可以连续正常地播放长达10个小时。

　　结语

　　本着低成本、实用性强的原则，设计了一种解码器与存储器分离的MP3播放器，同时，只要适当增加少量硬件开销并添加相应代码，即可以利用多余的I／O口在此系统基础上方便地增加如电压测量、频率测量、温度测量等功能。