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基于ATmega128L的大容量MP3播放机
基于ATmega128L的大容量MP3播放机 关键词：ATmega128L MP3播放机 解码器LCD 引言 以Flash为存储介质的MP34播放器，由于其体积小、携带方便、价位合理 及其时尚的外围观设计，受到很多人的青睐。但Flash的价位由于受其制造工艺 的制约一直居高不下，从而使MP3播放器的容量仅限于32M、64M、128M等几个 档次。本文旨在提出一种以笔记本硬盘为存储介质的MP3播放机的设计方案。该 款播放机既具有移动硬盘的功能，又可作为MP3播放机使用。1 系统结构 在该系统的设计中，采用Atmel公司生产的ATmega128L作为主控MCU。
整个系统的结构框图如1所示。PC机通过USB接口实现对硬盘的管理和对MP3歌 曲、文档等数据信息的存储。系统启动后，首先将硬盘上的一部分MP3歌曲送入 Flash中存储，由MCU控制将储存于Flash中歌曲的码流信息送入MP3解码芯片中 解码，并产生解码输出。在系统的DAC模块把解码输出转换为模拟音频声音后， 经一级音频放大并驱动耳机，实现MP3歌曲的播放功能。在按键的控制下，通过 LCD中菜单选项的选择，实现对歌曲播放模式、声音音效、液晶对比度的调度以 及歌曲选择等功能；
在播放的同时，LCD上显示的信息除滚动的歌曲名称、演唱 者、码流率等ID3信息外，还包括系统供电电池的电量及歌曲播放模式等图标。
系统包括主控MCU、硬盘、Flash缓存、按键、LCD、解码器和D/A转换 器等几部分。
2 ATmega128L的主要特点 ATmega128L内核为AVR，具有以下特点：
*先进的RISC架构，内部具有133条功能强大的指令系统，而且大部分指 令是单周期；
32个8位通用工作寄存器+外围接口控制寄存器。
*内部有128KB在线可重复编程Flash、4KBEEPROM和4KB SRAM。
*有53个I/O引脚，每个I/O口分别对应输入、输出、功能选择、中断等多个寄存器，使功能口和I/O口可以复用，大大增强了端口功能和灵活性，提高了 对外围的开发能力。
*内部有2个8位定时器/计数器和2个具有比较/捕捉寄存器的16位定时器/ 计数器；
1个具有独立振荡器的实时计数器；
1个可编程看门狗定时器；
2通道8 位PWM通道；
8路10位A/D转换器；
双向I2C串行总线接口；
主/从SPI串行接口；
可编程串行通信接口；
片内精确的模拟比较器等。
*功耗低。CPU可工作在IDLE、POWERSAVE、POWERDOWN、STANDYBY 等几种省电模式下；
可软件编程选择时钟频率。ATmega128L的软件结构也是针 对低功耗而设计的，具有内外多种中断模式。丰富的中断能力减少了系统设计中 查询的需要，可以方便地设计出中断程序结构的控制程序、上电复位和可编程的 低电压检测。
*带JTAG接口。通过该口利用JTAG仿真器，可以很方便地实现程序的在 线调试和仿真，编译调试正确的代码，通过JTAG口直接写入ATmega128的Flash 代码区中。另外，支持Bootloader功能，即MCU上电后，首先通过驻留在Flash 中的BootLoader程序，将存储在外部媒介中的应用程序搬移到ATmega128L的 Flash代码区。搬移成功后自动去执行代码，完成自启动。这对于产品化后程序 的升级和维护提供了极大的方便。
*电源电压为2.7～5.5V 3 系统硬件设计中的各个接口模块 3.1 MCU与硬盘的接口设计 系统设计中选择2.5英寸的笔记本硬盘作为存储介质。笔记本硬盘接口是 标准并行IDE接口。MCU与硬盘的接口电路如图2所示。ATmega128L的PA、PC 口与硬盘的16根数据线相连。IDE接口是基于寄存器结构的，所有对硬盘的控制 操作均通过对相应寄存器操作来实现。IDE接口的硬盘驱动器有16个寄存器，分 为2段，每段有8个寄存器，两段寄存器的选择由CS0、CS1来确定，通过DA0、 DA1、DA2来选通每个段的8个寄存器。寄存器如表1所列。IDE接口有两种传输 模式：PIO模式和DMA模式。在本系统的设计中，采用PIO传输模式。PIO传输 模式由处理器负责信息的传输，硬盘以扇区为单位与处理器进行数据交换；
在进 行扇区读写时，一次通过端口的数据为16位。8G以上的硬盘支持CHS、LBA两种寻址方式，寻址方式的选择通过驱动器/磁头寄存器的第6位控制。通过LBA寻 址方可以实现对硬盘的每一个物理地址的访问。
表1 3.2 Flash接口 作为便携式产品的设计，功耗问题是一个要重点解决的问题。作业存储介 质的硬盘，其工作电压为5V，最大功耗可达20W，硬盘工作时间的长短对系统 功耗将产生直接的影响。由于硬盘提供了STANDBY、IDLE、SLEEP等几种低功 耗运行模式，因此在系统设计过程中，考虑使用一片Flash存储器作业缓存，即 首先将存储硬盘中的一部分音频压缩文件送入Flash中存储（文件数目由Flash的 容量决定），然后控制硬盘进入SLEEP低功耗模式。存储在Flash中的数据进入解 码芯片中进行解码。待Flash中所有音频文件播放完，则唤醒硬盘重新进入正常 的工作模式，启动下一次的数据缓存任务。
图3 解码+D/A接口 系统中采用Sumsung公司生产的KM29U128T Flash存储器作为缓存。
KM29U128T是16M×8位NAND Flash存储器。该芯片支持块擦除、页读、页写的 功能。它的寻址采用串行方式，即8根数据线既作地址线也作数据线。先输入地 址，再传送数据。控制地址、命令锁存口和读写允许口实现对Flash的读写。
3.3 解码和D/A接口 压缩音频数据的解码和D/A转换采用Micronas Intermetall公司专为个人音 频播放器设计的MAS3507D和DAC3550A芯片组。MAS3507D是单芯片解码器， 数据的处理由内部嵌入的RISC DSP核来完成。单芯片上嵌入的还有电源管理器、 程序存储器、时钟管理器、音频基带处理器以及I2S、I2C、PIO多种接口。采用 集成I2S的音频输出方式，可方便地与DAC3550A连接。在芯片内集成了数字、 音量、立体声、声道混合、低音、高音控制等功能。DAC3550A是与MAS3507D 匹配的高质量的音频DAC，内部集成了耳机放大器；
内置时钟振荡器并由 CLKOUT端提供给MAS3507D；
具有I2S总线音频输入和I2C控制总线；
具有低功 耗模式。它把MP3播放机中D/A转换和音频放大两部分集成在一起，非常适合于 便携式MP3播放机的开发。图3所示为MCU、MAS3507D和DAC3550A的接口示意图。ATmega128L 通过SPI串行总线与解码器MAS3507D的I2S接口相连，实现音频压缩码流的传输。
当解码芯片MAS3507D需要数据码流时，通过DEMAND口向MCU发出请求信号。
解压缩后的音频码流通过MAS3507D的I2S的输出端口送入DAC3550A进行D/A 转换和放大。MAS3507D和DAC3550A都具有I2C总线，Atmega128L通过I2C总线 实现对MAS3507D和DAC3550A各个寄存器的读写控制，完成音量、音效等调节。
3.4 其它模块接口 人机界面是便携式系统的重要组成部分，尤其对本系统，由于硬盘可以存 储海量的歌曲，如果能够对硬盘中的歌曲进行有效管理和搜索，无疑会大大提高 系统使用的方便性和灵活性。基于该考虑，本系统采用了多个按键和1块点阵式 LCD，用于控制和显示。LCD液晶模块采用Solomon公司的SSD1815。SSD1815 是单片CMOS LCD控制器，有串/并行两种控制方式。本系统中采用串行控制方 式。SSD1815内部有一个用于存放图形点阵信息的存储区，将要显示的图形或字 符的点阵信息送入该区域即可完成显示。由于控制的复杂性，系统需要罗多的按 键，为了尽可能地减少I/O口的占用和降低控制复杂性，对按键的查询采用I2C串 行口，通过一片I2C扩展芯片PCF8574，可以实现对多个按键的查询。
4 系统的软件设计
