33第1卷 第20期
梁延淼
付晓雪
（长春光华学院，吉林 长春 130000）
摘要：伴随着芯片技术的发展，音乐芯片类型越来越多，利以单片机进行音乐的存储并控制播放的播放器系统最为 广泛。将单片机作为音乐存储和播放的控制核心，可以实现播放器的多种功能，而且具有设计简单、成本低廉的特点。在基于单片机的音乐播放器系统设计中，单片机是整个系统的数据处理核心，除此之外还有液晶显示屏、控制
键盘、音频解码芯片、D/A转换芯片、扬声器、MIC麦克风等软硬件器件。
关键词：单片机；音乐播放器；液晶显示屏；矩形键盘
中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：2096-6164（2019）20-0033-02
二氯烟酸
1 单片机系统的发展
单片机系统自20世纪70年代诞生后，迄今已有50余年的发展历程。基于单片机的音乐播放器系统因为设计成本低廉、播放音质较好、性能稳定、功耗低等优点，在近年来成为音乐播放器的主流类型，在家庭音乐播放器、专业音乐播放器和车载音乐播放器中获得了大力的推广和普及。
2 基于单片机的音乐播放系统设计框架
基于单片机的音乐播放系统其整个工作流程主要是通过单片机（MCU）控制USB接口芯片与PC电脑进行通讯，利用PC电脑从互联网上下载音乐文件并存储到SD卡；在音乐播放时，单片机（MCU）控制从CD卡中读取音乐文件后传送给解码芯片，通过总线来控制其解码；单片机（MCU）同时负责将解码后的数字音频信号通过D/A转换器转换为模拟音频信号，然后输送至扬声器，以此来实现音乐的播放。当系统进行录音时，单片机（MCU）控制声源自MIC存储到CD卡中。
触摸笔
在基于单片机的音乐播放系统设计中，单片机是整个系统的核心器件，通过在单片机的外围连接电源、通信电路、复位电路、控制电路、存储电路、显示电路、音频处理器、外放电路等，实现单片器控制系统中其它器件之间的协调工作。
3 基于单片机的音乐播放器系统硬件电路设计3.1 AT89C51单片机
车载mp3播放器随着集成电路技术的发展，单片机的发展方向更倾向于高速度、高性能、大容量和性能更稳定、体积更小、成本更低、适用性更强两个方向发展。Intel 公司为了占领单片机市场，推出了具备高性价比、兼容性更强、品种类型更完善特点的MCS-51系列，其不仅拥有8位微处理器和控制器，而且含有一位布尔运算处理器，对数据的操作和运算更加直接，逻辑控制性能更强。
毫米波天线>肩垫
AT89C51具有40引脚双列直插式封装，其中4个并行口具备了32根引脚。这32根引脚分别是地址线、数据线和I/O线；2根电源线；2根始终振荡电路引脚和4根控制线。AT89C51自带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，采用了ATMEL高密度非易失存储器制造技术，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相互兼容；由于AT89C51将多功能的8位CPU和闪烁存储器集合在一个芯片中，使其控制性能更加的高效，控制方案也更加的灵活，成本更加低廉。AT89C51的主要特征包含以下方面：与MCS-51兼容；带有4K字节可编程闪烁存储器；不低于1 000写/擦循环的使用寿命；10年以上的数据保留时间；0Hz～24Hz的静态工作；三级程序存储器锁定；128*8位内部RAM；32可编程I/O线；两个16位定时器/计数器；5个中断源；可编程串行通道；低功耗的闲置和掉电模式；片内振荡器和时钟电路。
3.2 矩形键盘
基于单片机的音乐播放器系统通常采用独立的矩形键盘，键盘中的各个功能按键相互独立存，每个控
制按键都有自己独立的I/O接口线，使得其可以独立工作且不会互相影响；在这种相互独立的功能案件设计下，电平状态的工作状态可以判断按键的状态。矩形键盘的工作方式采用了定时描述方式，通过对输出数据的读取来识别功能按键的工作状态。
*基金项目：吉林省教育厅“十三五”社会科学研究规划项目“高师声乐课程中的情感教育研究”（JJKH20201285SK）。
作者简介：付晓雪（1982- ），女，吉林辉南人，硕士，讲师，主要从事音乐学方面研究。
产业科技创新 2019，1（20）：33~34Industrial Technology Innovation
产业科技创新 Industrial Technology Innovation
34Vol.1 No.20
在矩形键盘中的按键设计上，采用具备机械触点合断作用的机械弹性开关；但因为机械触点在在断开或闭合时，其会根据自身的机械特性产生10 ms～100 ms不等的抖动，造成电平信号波动，从而使CPU误认为是多次的按键操作，影响按键控制功能的准确性和稳定性。鉴于此，为了保证点评信号的稳定，确保CPU能够准确识别按键动作，需要采取软件或硬件的消除方法。如果按键较少，则可以采取硬件消抖；按键较多的话，软件消抖则更加合适。
基于单片机的音乐播放器的矩形键盘采用2×2的矩形键盘，键盘上分布有四个按键，分别是MP3播放时的开始键、暂停键、继续键、停止键。通过然硬件的设计，当播放器系统进行音乐播放时，软件去除按键抖动，采用延时程序播放音乐。
3.3 液晶显示芯片
液晶显示利用了液晶的物理特型，通过电压来对显示区域进行有效控制，当电压通过液晶显示区域时，该区域会显示相应的信息。现阶段，液晶显示屏已被广发应用在电脑、摄像机、移动通讯设备等众多领域，其易于显示全彩屏的特性使得其成为当前显示屏的首先。液晶显示的种类有很多种，一般按照其显示的方式划分为段式、字符式和点阵式三种；按照驱动方式划分为静态驱动、单纯矩阵驱动、主动矩阵驱动三种。
在基于单片机的音乐播放器系统中，液晶显示屏幕主要用于显示当前播放歌曲信息和下一首将要播放的曲目。鉴于此，出于对系统整体功能和设计成本的考虑，一般情况下的基于单片机的音乐播放系统的液晶显示屏会选用LED数码管，其中以驱动电路相对简单、体积更小的LCD-1602显示模块最为常见。LCD-1602属于工业字符型液晶显示器件，是一种专门用来现实字母、数字、符号等内容的点阵型液晶模块，其能够以16×2的方式同时完整的现实32个字符。3.4 SD卡存储器
虽然AT89C51单片机自身带有一定的存储空间，但这远不能够满足MP3文件的存储需求；鉴于此，考
虑到系统整体实用性的需求，特为系统的存储空间进行了扩展。当前用于电子产品存储空间扩展的方式非常多，考虑到基于单片机的音乐播放系统的实际需求，选择了SD卡作为存储媒介。
SD卡通常具备SD和SPI两种总线方式，SD式是6线制，采用CLK、CMD、DAT0-DAT3进行数据通讯；SPI式是4线制，采用CS、CLK等进行数据通信。从整体性能上看，虽然SD式的数据传输速度要优于SPI 式，但一般基于单片机控制的系统中多采用SPI式。当然，SD卡采用不同的初始化方式可以在SD式和SPI 式之间进行选择。
在SD卡完成初始化后，既可以通过发送SD卡命令完成其读写。SPI总线模式支持单块和多块写操作；单块写入命令为CMD34，多块写入命令为CMD25；当系统需要读取SD卡中的数据时，操作命令是CMD17。SD 卡中写入和读取操作都需要在初始化后，基于相对应的命令完成操作。
4 系统调试
基于单片机的音乐播放系统在完成设计后需要进行硬件系统的调试，系统调试分为断电调试和上电调试，主要是对设计原理的正确性和可实现性进行验证。
4.1 断电调试
在对硬件系统进行调试时，处于安全性的考虑，首先需要进行断电调试。断电调试主要是短路检测、
设计原理正确性检测。
首先，短路检测是在系统电路焊接结束后进行的；其次，在电阻值稳定后观察其具体数值，如果存在充放电现象，电阻值为几千欧姆，则可排除系统短路问题的存在；如果没有充放电现象，且电阻值很小。在进行系统断电调试时需尤其注意，当系统存在短路问题时，需要对其电路系统进行全面排查，否则不能进行过电调试。设计原理正确性调试需要根据系播放系统的设计原理，具体问题具体分析。
4.2 上电调试
首先，上电调试要对系统时钟的稳定性进行验证，基于单片机的系统，其正常运转的一个必要的前提条件就是系统时钟能否正常启震。对系统时钟稳定性进行验证，可使用数字万用表的直流电压档分别测量单片机的18脚和19脚电压，如果电压数值在2.5 V上下则可以认定系统时钟相对比较稳定。
其次，在完成系统时钟稳定性测试后要进行系统复位电路进行测试。系统无法正常复位也会导致其无法正常工作，如果复位脚为高电平，则系统处于复位状态中；如果复位脚为低电平，则代表系统复位所需的高电平脉冲不足，系统无法正常复位，此时需要对相关电路的正确性进行全面检测。
基于单片机的音乐播放系统设计的原理是，在单片机的控制下读取SD卡中存储的数据文件，由MP3解码芯片对数据文件进行解码后，经S/D转换后在扬声器中进行播放。随着技术的发展，基于单片机的音
乐播放器将向着稳定性更好、功能更强大、体积更小、成本更低的趋势发展，这也对单片机的发展提出了更高的要求。
参考文献：
[1] 余永权. ATMEL89系列单片机应用技术[M]. 北京：北京航
空航天大学出版社，2002.
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