1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写

2000字左右的文献综述：

文 献 综 述

一、研究背景及意义

近些年，随着科技的飞速发展与人们对生活质量的追求，电子类产品日益增大，但相应的对这些电子产品的技术要求也越来越高。^[1]

世界上第一台MP3播放器#8212;#8212;MPMan F10是韩国世韩（Saehan）公司于1998年推出的。MP3 作为典型的嵌入式音频设备，凭借着超小的体积、优异的音质等特点而成为市场上流行的数字音乐播放设备之一。^[2]

MP3是MPEG Audio Layer3的简称，其实就是一种音频压缩标准，它通过音频压缩，降低了音乐文件的体积。^[3]MP3技术使得音乐数据压缩比率大，回放质量高。例如CD格式的音乐数据压缩成MP3格式，其大小至少可压缩12倍，音效却相差无几。^[4]通过用MP3编码技术，可以得到大约12：1压缩的有损音乐信号。^[5]

研究开发一款功能强大、界面友好、操作简单的MP3 播放器，普通用户可以通过它满足自己的视听需求，这些都使得嵌入式媒体播放器成为了一个新的研究热点。^[6]

二、研究及应用现状

现在市场上普遍流行以硬核处理器为核心，利用数字信号处理器DSP来完成处理传输和解码MP3文件的任务的MP3播放器。这类播放器的工作原理是以DSP为核心，实现数据传输、设备接口控制和文件解码回放等功能。这类硬核处理器的优点是速度快，缺点是硬件配置不够灵活，用户要想获得一些功能上的提升，可以通过更新软件来实现，但是当用户需要增加某些更高级的功能时，就必须重新购买更高级也更昂贵的MP3播放器。^[7]

进入21世纪，嵌入式产业飞速发展，其中消费电子产业的蓬勃发展功不可没。作为典型的嵌入式系统产品之一，MP3音频播放在嵌入式产业中得到了空前而广泛的实现和应用。^[8]随着人们生活水平的不断提高以及对美好生活的渴望，对便携试听的要求也越来越高。MP3播放器近乎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，普遍受到广大音乐爱好者的欢迎。

三、系统基本组成及工作原理

MP3播放器系统的工作原理是通过USB接口把SD存储器上的MP3、WMA等格式的数字音乐文件送到单片机，接着单片机内部集成的解码芯片对发来的音乐文件进行解码，经解码后这些音乐文件成为数字信号,然后音频DAC通过D/A即数模转换将数字音频信号转换为模拟音频信号,再通过功率放大器进行音频放大,最后通过耳机输出音乐，这就是整个音乐播放器的工作过程。^[9]

下图是MP3播放器系统的总体框图。

图1 系统总体框图

1、硬件电路设计

通常来说，一个完整的MP3播放器系统要分以下几个部分：中央处理器、音频解码模块、液晶显示模块、键盘控制模块、电源模块等几个部分。中央处理器通常称为MCU(单片微处理器)，即我们所说的单片机。^[10] 具体的硬件模块电路如下：

（1）单片机最小系统

图2 单片机最小电路

单片机最小电路，即单片机能正常工作的最简单的电路。单片机内部集成的解码芯片对音乐文件进行解码，然后送到音频转换模块。C51单片机的最小系统一般包括：电源、单片机、时钟电路和复位电路。

电源部分为整个系统提供电源；时钟电路由晶振和电容器组成，晶振的作用是在通电时产生特定频率的震荡，从而通过电路输出一个频率稳定的时钟信号，驱动单片机工作；复位电路的原理是上电时通过电阻给电容充电，使高电平变为低电平。^[11]

（2）音频编解码模块

图3 MP3音频解码模块

音频解码模块功能是对单片机从SD卡里读取的数字音频数据流进行解析，并转换成模拟信号进行输出。^[12]

（3）音频放大模块

图4 音频放大电路

该部分的主要芯片是音频功率放大器，构成的功放电路实现音频的功率放大，从而使人耳可以听见。

（4）液晶显示模块

图5 显示模块电路

该部分电路主要用于显示歌曲信息。

（5）音频文件存取模块

该部分的核心是SD卡，单片机读写SD卡采用的是SPI总线，SD卡通过外接SD卡专用的USB读写控制芯片以实现SD卡与上位机之间的USB通信。

2、软件设计

系统工作时，当选择进入MP3目录后，程序进入MP3播放功能，首先进行各个模块的初始化，然后打开MP3 文件不断读取音频数据，进行音频解码直到数据结尾。同时在播放过程中不断检测键盘按键，根据不同的按钮可进行歌曲的切换、音量的增减、播放模式的切换等操作。^[13] 总体软件结构如下图所示：

图6 系统软件结构

软件部分按模块划分，可分为以下几个部分：SD卡读取软件，音频解码单元软件，液晶显示软件，键盘控制软件。

（1）SD卡读取文件

该部分的软件设计除了规定的通信方式和SD 卡通信外，还包含SD卡中已有的文件存储方式。由SPI总线模式，采用FAT32文件系统进行数据存储。因此，该模块分为2 个部分: 单片机与SD卡间SPI通信的实现和FAT32文件系统读写的实现。^[14]下图就是SD卡初始化流程图:

图7 SD初始化流程图

SD卡初始化后，可以通过对应函数完成读写操作，在此基础上，可实现对文件的创建、删除和读写。

（2） 解码模块

音频解码芯片用SPI总线与单片机进行通信，其解码过程的实现通过单片机操作其内部相应寄存器的值来完成。单片机驱动VS1003芯片流程如下图所示：

图8 单片机驱动VS1003芯片流程图

VC1003芯片初始化后，可执行读写功能。向VS1003芯片功能寄存器读取数据时，首先将VS_XCS=0以选择芯片，再通过函数传送0x03读操作码和8位地址，时序图如图9；向VS1003芯片写入数据时，要先将VS_VCS=0选择芯片，再通过函数传送0x02写操作码和8位地址，然后传送两个字节的数据，时序图如图10。^[15]

图9 读命令工作时序

图10 写命令工作时序

四、总结

通过查阅大量的文献资料，我们发现绝大多数的MP3音乐播放器设计都是以嵌入式技术为核心，搭配不同型号的单片机与音频解码芯片来完成设计。硬件设计时要考虑芯片间的兼容，各部分的元器件是否适合使用等问题。同时软件设计也不可或缺，首先要熟悉播放器的整体工作流程，了解每一环节的软件模块的功能，每个模块部分的软件编写要遵循对应的系统要求及相关协议。因此不仅要掌握一些热门单片机的电路结构和接口功能，也要能熟练地运用相关软件编写程序。

参考文献

[1] 邓娟．基于嵌入式系统的MP3播放器的软件设计及实现[D].武汉：武汉轻工大学，2014．

[2] 张超，马宏兴.基于单片机的MP3播放器 [J]．科技视界，2015，（4）：138～140．

[3] 李伟，张真，范文豪.文基于STM32微控制器的mp3播放器设计 [J]．现代电子技术，2015，38（4）：118～124．

[4] 徐阳. 基于AT89C51SND1C单片机的MP3音乐播放器设计 [J]．长江大学学报（自科版），2015，12（25）：34～37．

[5] 焦正才，樊文侠. 基于Qt/Embedded的MP3音乐播放器的设计与实现 [J]．电子设计工程，2012，20（7）：148～150．

[6] 潘浩．嵌入式MP3播放系统研究文献题名[D].杭州：北方工业大学，2008．

[7] 蔡英．嵌入式Linux下MP3播放器的研究与实现 [D].昆明：昆明理工大学，2007．

[8] 博创科技．MP3 播放器与U 盘设计[M]．北京:清华大学出版社,2004．

[9] 王歧涛. 基于单片机的 MP3播放器设计 [J]．电子世界，2014，（5）：141～143．

[10] 景妮琴，王琳娜，徐龙刚，马会. 基于单片机的播放器的设计[J]．电源技术应用，2014，（2）：157～159．

[11] 凌泽明，刘桂林. 基于单片机的便携式MP3播放器设计[J]．科技创新导报，2011，（4）：56～57．

[12] 黄勇坚,王亚丽.智能MP3播放控制系统的设计[J].电子技术,2006,(10):36-38.

[13] Haskell, Bert. Portable Electronics Product Design and Development : For Cellular Phones, PDAs, Digital Cameras, Personal Electronics, and More[M]. New York : McGraw-Hill. 2004．

[14] Karlheinz Brandenburg. ISO/MPEG-1 audio: A generic standard for coding of high-quality digital audio [J]. AES - Journal of the Audio Engineering Society. 1994, 42(10):780-792．

[15] Sturm, Jeanne. MP3 Players [M]. Vero Beach, FL : Rourke Educational Media. 2009.

２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

本课题主要研究MP3音乐播放器系统中，音频解码、模数转换、以及信号的放大传输、人机信息交换等问题。

一、 主要研究内容或解决的问题

1、主要研究内容：

（1）当前市场以及电子消费者对MP3音乐播放器的硬性要求。

（2）MP3播放器的主流发展方向及热门产品型号的整体结构。

（3）适用于MP3播放器的单片机类型及其工作原理。

（4）MP3播放器设计的相关通信协议。

（5）对MP3播放器的软件进行设计与调试。

2、硬件部分涉及的器件选型

（1）单片机的选型

单片机是整个系统的核心，鉴于近些年嵌入式产业的飞速发展，市场上的单片机也种类繁多，作为毕业设计的课题要求，在能满足能实现基本功能的情况下，还要考虑经济性，是否易于购得等因素。

本次设计拟采用单片机STC12C5A60S2，它是STC生产的单时钟/机器周期的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换，适用于电机控制，强干扰等场合。

（2）音频解码芯片

音频解码部分是整个系统中最为重要的一个部分,该部分芯片的选择关系到MP3播放器声音效果的好坏。

本设计拟选用芬兰VLSI半导体公司出品的VS1003这款音频编解码芯片。该芯片是一款单芯片的MP3、WMA、MIDI音频解码和ADPCM编码芯片，其拥有一个高性能低功耗的DSP处理器核VS_DSP，5k的指令RAM，0.5k的数据RAM，串行的数据输入接口，4个通用I /O 口，1个UART口，同时片内带1个可变采样率的ADC，1 个立体声DAC 以及音频耳机放大器。

(3) 液晶显示部分

该部分拟采用LCD1602,也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。

二、研究方法及手段

（1）阅读文献，了解现有的MP3结构，模块，发展背景等等。

（2）学习常用的单片机类型及其基本结构与各部分功能。

（3）了解音频解码芯片VS1003的解码原理及经典电路设计。

（4）了解SD卡的工作模式、原理和工作流程。

（5）熟悉系统的软件运行环境并学会设计调试相关代码。

（6）系统软硬件综合调试。