基于LPC932A1的SD卡MP3播放器设计

摘  要： 提出了一种基于单片机的MP3播放器的设计方法。采用NXP公司的低电压、低功耗的LPC932A1高速单片机作为控制核心，采用SD卡作为歌曲存储介质，使用芬兰VLSL公司的VS1003B芯片（具有高速DSP芯）进行音频解码和回放，使之具有高性能、便携式、低成本的优点，实现了MP3播放器的播放部分与存储部分的分离，达到了大容量存储MP3播放器的目的。
关键词： LPC932A1；单片机；SD；VS1003B
   　MP3是MPEG-1音频III（layer III）的简称，MP3标准用尽可能低的码流实现CD音质的声音而不会产生数据损失。低数据量和高播放品质的优点使其成为音乐存储、数字广播、网上音乐传输的主要方式。从第一款MP3 MPMan10诞生到现在已经十几年了。十几年来，MP3随身听以无可比拟的优势，逐渐成为传统卡带式随身听、CD随身听、MD随身听之后市场新的竞争者甚至是终结者[1]。但是目前市面上的MP3播放器的内存已经固定，用户只能被动地选择容量大小，而不能根据自己的实际需求使用可调的内存容量，例如内存容量不够使用时，只能去购买新的产品，造成各方面的浪费；况且随着MP4和音乐手机的推出，MP3已经受到很大冲击。为此，本设计采用大容量、高速度、具有极大移动灵活性的SD卡作为MP3播放器的存储介质，实现MP3播放器的播放部分与存储部分的分离，达到大容量存储MP3播放器的目的。
1 系统总体方案设计
　系统结构框图如图1所示。系统硬件主要包括LPC932A1单片机最小系统、VS1003B音频解码模块、SD卡读写模块、4个LED灯指示模块。本设计在电路板背面MCU附近设计了大容量的DataFlash芯片AT45DB161D的封装，这部分属于可选部分；只需焊上2~4 MB的Flash芯片，通过编程可实现固态介质放音功能，此时就更加接近真正意义上的便携式MP3播放器了。
   
   　操作时，将SD卡插入系统，系统上电时主动识别SD卡并由LED灯D1显示系统自检状况，自检通过时该指示灯亮。系统读取SD卡上存储的MP3文件并将其送入音频解码芯片VS1003B进行解码播放。在播放过程中，D3指示灯闪亮，每读取一个扇区的数据时，该指示灯的亮灭状态改变一次，所以播放的音乐文件比特率越低，闪烁的频率也越低。按键模块可进行上下曲选取和音量加减的操作。
2 硬件模块的具体实现
2.1 LPC932A1单片机最小系统
　LPC900系列单片机是PHILIPS公司面向小型控制领域推出的一类性价比极佳的控制器，此系列兼容MCS-51单片机，开发人员很容易掌握，开发工具和一些应用例程也非常多；本播放器所用LPC932A1单片机采用高性能处理器结构，指令执行时间只需2~4个时钟周期，6倍于标准80C51器件[2]；LPC932A1的宽电压和低功耗是本播放器选为主控MCU的主要因素之一，整机播放时功耗在80 mA以内。
　LPC932A1 单片机最小系统是整体设计中最核心的部分，控制着系统各个子模块之间的协调运行，其设计的成功与否直接关系到整个设计能否正常运行。最小系统包括稳压模块、晶振电路、复位电路以及人机交互式按键输入部分。电源开关接口为2.54间距的双芯排针，便于外接电源开关。同时，用下载程序用的USB转串口模块也可以为整机供电。AMS1117-2.5V是系统稳压芯片，为系统提供稳定的2.5 V电源。考虑到MP3播放器的人机交互操作，本系统共用6个按键（SW1~SW6），即复位、暂停/播放、下一曲、上一曲、音量+、音量-功能键。
2.2 音频解码模块
　VS1003是芬兰VLSI公司生产的单芯片MP3/WMA/MIDI音频解码器和ADPCM编码器。它包含一个高性能、低功耗的DSP处理器核VS_DSP，为用户提供工作数据存储器；5 KB的指令RAM和0.5 KB的数据RAM，串行的控制和数据输入接口；4个通用I/O口，1个UART口；拥有1个高品质可变采样率的ADC，1个立体声DAC以及一个耳机放大器和地线缓冲器[3]。VS1003B通过SPI总线与LPC932A1进行命令及数据的传输，其接口电路如图2所示。VS1003B主要通过SPI的3条数据线（串行输入SO、串行输出SI、SCLK）和4条控制线（片选输入XCS、数据片选端XDCS、数据请求DREQ、XRESET）实现与单片机的通信。
2.3 SD卡模块
　大小如一张邮票的SD卡（Secure Digital Memory Card）是基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，拥有高记忆量、快速数据传输、极大的灵活性以及很好的安全性等特征，在便携式装置上广泛使用，例如MP3、数码相机和个人数码助理（PDA）等[4]。
　SD卡支持三种传输模式：SPI模式（独立序列输入和序列输出）、1位SD模式（独立指令和数据通道，独有的传输格式）、4位SD模式（使用额外的针脚以及某些重新设置的针脚）。采用单片机对SD卡进行读写时一般都采用SPI模式[5]。图3为SD卡模块（SPI模式）的接口电路。