畢業(yè)論文-基于ATmega16的MP3的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、 太原理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)用紙 緒論1.1 應(yīng)用背景與意義1.1.1 背景1998年韓國世韓(SEAHAN)推出了世界上第一臺MP3MPManF10，在世韓為人們帶來驚喜之后，美國的美國的帝盟（Diamond）公司挑頭，于1998年底推出了Rio PMP300，這是第一個(gè)讓全世界都印象深刻的MP3。MP3(MPEG Audio Layer 3)是采用國際標(biāo)準(zhǔn)MPEG（Moving Pictures Experts Group，動態(tài)圖象專家組）中的第三層音頻壓縮模式，對聲音信號進(jìn)行壓縮的一種格式。MPEG聲音壓縮算法是一種通用的聲音編碼技術(shù)，它對音源的性質(zhì)沒有作任何假設(shè)，而是利用人耳的聽覺特

2、性對聲音進(jìn)行壓縮。MPEG音頻層根據(jù)壓縮質(zhì)量和編碼復(fù)雜程度劃分為三層，即Layer1、Layer2、Layer3，且分別對應(yīng)MP1、MP2、MP3這三種聲音文件，并根據(jù)不同的用途，使用不同層次的編碼。MPEG音頻編碼的層次越高，編碼器越復(fù)雜，壓縮率也越高，MP1和MP2的壓縮率分別為4：1和6：1-8：1，而MP3的壓縮率則高達(dá)10：1-12：1。也就是說，一分鐘CD音質(zhì)的音樂，未經(jīng)壓縮需要10MB的存儲空間，而經(jīng)過MP3壓縮編碼后只有1MB左右?？缛?1世紀(jì)，MP3的高速發(fā)展使人們不再滿足于閃存那以MB為單位的容量。2000年1月，音頻硬件領(lǐng)域的老大哥創(chuàng)新推出了世界第一臺2.5寸硬盤MP3N

3、OMAD Jukebox，它采用了富士通6.4GB的2.5英寸硬盤作為HYPERLINK /view/25689.htm存儲介質(zhì)，可以存儲相當(dāng)于100多張CD的MP3音樂，容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了當(dāng)時(shí)的閃存MP3，不過體積也非常驚人，竟比一般的CD隨身聽還要大，其外形也跟CD隨身聽非常相似。雖然采用硬盤介質(zhì)，但為了保證在運(yùn)動時(shí)音樂能流暢地進(jìn)行播放，創(chuàng)新為其設(shè)計(jì)了可支撐5分鐘的8MB防震緩存，這樣即使在外出及移動的條件下也不會出現(xiàn)音樂跳軌現(xiàn)象。當(dāng)日歷翻到2014年這一頁的時(shí)候，MP3隨身聽已經(jīng)經(jīng)歷了數(shù)年的發(fā)展,而隨身聽市場的競爭亦趨于白熱化,幾乎每個(gè)星期甚至每天都會有新品MP3的推出，其發(fā)展的速度實(shí)在驚人

4、！但一體化的設(shè)計(jì)導(dǎo)致存儲容量固定，如果想下載更多的歌曲還得重新購買新的產(chǎn)品，造成了重大的浪費(fèi)，另一方面，一體化又限制了MP3播放器在其他領(lǐng)域的應(yīng)用，比如在一些固定場所使用MP3(非便攜式)，不方面拆卸。于是，將存儲器和播放器分離成為MP3的另一個(gè)發(fā)展方向。1.1.2 意義基于ATmega16的音樂播放器應(yīng)用的方面特別廣，不僅便攜簡單，而且在一些特殊環(huán)境，如車載MP3，浴室MP3，這些不易移動的產(chǎn)所有很廣泛的用途，別且可以作為很多系統(tǒng)的輔助功能，如智能家具，智能手機(jī)的一個(gè)功能模塊。本論文設(shè)計(jì)的MP3在于播放器與存儲器相分離的思想，U盤在市場上很容易買到，支持常用的文件系統(tǒng)FAT12,FAT16以

5、及FAT32，并且支持容量達(dá)100G，只要手上有U盤，而且有MP3等音頻格式的文件，那么就可以使用本系統(tǒng)所提供的USB接口，直接插上去就可以播放音樂，同時(shí)，通過顯示屏可以知道當(dāng)前播放的歌曲，還可以通過按鍵直接控制音量和歌曲，比起過去用flash保存的音樂要方便的多。 最后，對我們大學(xué)生而言，提高了解決問題的能力，增強(qiáng)了動手能力，熟練了一些常見電子芯片的使用。理論分析與方法論證2.1 理論分析針對MP3音樂播放系統(tǒng)，要選擇合適核心控制芯片和外部芯片來配合實(shí)現(xiàn)，因?yàn)楸菊n題要求基于ATmega16的控制芯片，所以核心控制芯片選擇ATmega16，下面分別介紹芯片選用原則和最終芯片和模塊的確定。2.1

6、.1 ATmega16開發(fā)板和下載器控制芯片已經(jīng)確定為ATmega16，那么如何將程序下載到單片機(jī)中？一種方法就是自己設(shè)計(jì)基于Atmega16的最小系統(tǒng)和必要的外圍電路；第二種方法就是利用已經(jīng)設(shè)計(jì)好的開發(fā)板，用現(xiàn)成的工具，直接下載到單片機(jī)，而且現(xiàn)在的開發(fā)板都會為用戶提供外圍接口，使用戶能夠根據(jù)自己的需求去開發(fā)其它系統(tǒng)。第一種方法開發(fā)周期較長，所以采用第二種方法，選擇用現(xiàn)成的開發(fā)板。本課題選用由天翔電子公司設(shè)計(jì)的AVR開發(fā)板，如圖2-1，下載器使用由軒微科技出品的USBISP，不用JTAG的的原因是本系統(tǒng)占用的I/O會比較多，而JTAG會占用PC口，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，USBISP有個(gè)缺點(diǎn)是不具備仿真

7、功能，如圖2-2。圖 2-1 AVR 開發(fā)板圖 2-2 USBISP下載器2.1.2 MP3解碼芯片首先聯(lián)想到能否用ATmega16單片機(jī)來直接對MP3音頻文件直接解碼？答案是不行的，因?yàn)閷纹瑱C(jī)而言，數(shù)字處理速度和資源都遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到，所以只能簡介通過外部解碼芯片來實(shí)現(xiàn)解碼，并播放歌曲。MP3解碼芯片常見的有VS100X系列、SAA775X系列、STA01X系列等；SAA775X系列是MP3播放器解碼芯片組功能最全，效果最好的芯片，但價(jià)格較貴；STA01X系列需要外加DAC，使用起來多有不便；VS100X系列自帶DAC輸出功能，而且能解碼的音頻格式也比較多，同時(shí)價(jià)格合理。經(jīng)過比較，選用VS100

8、3作為解碼芯片，該芯片支持MP3、WMA、WAV、MIDI、等格式的解碼，而且自帶DAC輸出；同時(shí)還可以調(diào)節(jié)音量、高低音等，更重要的是它還具有MIC功能，如需要還可以實(shí)現(xiàn)錄音功能。因此，選用VS1003作為本課題音頻解碼芯片。如圖2-3為VLSI公司生產(chǎn)的VS1003芯片圖，2-4為由天翔電子公司設(shè)計(jì)的接入外圍電路只提供與控制芯片接口的MP3播放器。 圖 2-3 VS1003圖 2-4 MP3播放器(模塊)2.1.3 USB總線設(shè)備接口芯片USB總線設(shè)備接口設(shè)備較多較雜，在本課題中選用有南京沁恒公司生產(chǎn)的CH375b芯片，它是全速USB設(shè)備接口，兼容USBV2.0，即插即用，外圍器件需要晶體電

9、容，支持HOST主機(jī)方式和DEVICE設(shè)備方式。在本地端，CH375b具有8位數(shù)據(jù)總線和讀、寫、片選控制線以及中斷輸出，可以方便地掛接到單片機(jī)/DSP/MCU等控制器的系統(tǒng)總線上。在USB主機(jī)方式下，CH375b還提供了串行通信方式，通過串行輸入、串行輸出和中斷輸出與單片機(jī)/DSP/MCU等相連接。CH375b的USB主機(jī)方式支持各種常用的USB全速設(shè)備，外部單片機(jī)/DSP/MCU可以通過CH375b按照相應(yīng)的USB協(xié)議與USB設(shè)備通信。單片機(jī)可以通過CH375b讀寫U盤中的數(shù)據(jù)，CH375提供了U盤文件級子程序庫單片機(jī)可以直接調(diào)用子程序讀寫U 盤中的文件數(shù)據(jù)，硬件上只需要在原單片機(jī)系統(tǒng)中增加

10、一個(gè)CH375芯片，綜合成本較低。CH375的U 盤文件級子程序庫支持常用的FAT12、FAT16 和FAT32 文件系統(tǒng)，支持容量高達(dá)100GB 的U 盤。如圖2-5為CH375b芯片，圖2-6為有天翔電子公司設(shè)計(jì)的接入外圍電路只提供與控制芯片接口的CH375U盤模塊。 圖 2-5 CH375B圖 2-6 CH375U盤模塊2.1.4 存儲介質(zhì)MP3播放器需要大容量的存儲器來存放歌曲，可以選擇Flash芯片存儲、SD卡、U盤等。如果選用Flash，則整個(gè)系統(tǒng)需要較多的I/O端口來讀取，更重要的一點(diǎn)，也是本次課題要解決的一個(gè)問題，那就是整個(gè)系統(tǒng)的容量就被固定了，擴(kuò)容存在空難；而U盤和SD卡都是

11、不錯(cuò)的選擇，并且U盤和SD卡均容易購買的到，同時(shí)價(jià)格較為低廉，所以，存儲部分選用U盤讀取來實(shí)現(xiàn)。2.1.5 液晶顯示屏為了兼顧成本，選擇普通單色液晶顯示屏，常用的有LCD1602和LCD12864，在本課題中選擇LCD12864，因?yàn)長CD12864本身帶有字庫的功能，系統(tǒng)不需要添加外部字庫文件，就可以實(shí)現(xiàn)曲目等有效信息漢字顯示；而LCD1602只有常見的ASCII符號，要想顯示中文必須添加外部字庫文件。如圖2-7為液晶LCD12864。圖 2-7 LCD128642.1.6 控制設(shè)備控制設(shè)備選用鍵盤，但是鍵盤又分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤，鍵盤上閉合鍵的識別由專用的硬件編碼器實(shí)現(xiàn)，并產(chǎn)生鍵編碼號

12、或鍵值的稱為編碼鍵盤，如計(jì)算機(jī)鍵盤，而靠軟件編程來識別的稱為非編碼鍵盤；由于成本低廉和結(jié)構(gòu)簡單考慮，在本次課題中選擇非編碼鍵盤。2.2 方法論MP3播放器系統(tǒng)以ATmega16為控制核心，不僅要管理USB總線的通用接口芯片CH375b、MP3解碼芯片VS1003b、LCD12864液晶顯示屏和按鍵的處理，而且還管理USB存儲設(shè)備中的文件系統(tǒng)，查找文件，寫文件等等。存儲器里的媒體文件首先要查詢，查詢到的文件確定是音頻文件(MP3等)后，把MP3路徑名寫到固定文件中，將所有的音頻文件路徑名寫到固定文件中后，按照文件偏移，讀取固定文件中的音頻文件路徑名，根據(jù)路徑名，讀取音頻文件到MCU的RAM中，然

13、后又被送到解碼芯片中，解碼后的音頻數(shù)據(jù)被還原成模擬音頻，再由揚(yáng)聲器傳出。由于ATmega16本身不支持USB接口功能，所以MCU無法直接與U盤完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ埽鎯υO(shè)備需要通過自身的接口與CH375b相接。其它芯片是通過普通I/O端口連接的。軟件開發(fā)平臺在上一章中介紹了硬件設(shè)備的選擇，那么我們知道，只有硬件而沒有軟件的機(jī)器就是一個(gè)沒有靈魂的電人，所以，在這一章中介紹軟件的開發(fā)平臺，使沒有靈魂的電人讓它有自己的思想。3.1 編譯器的選擇我們知道，機(jī)器只認(rèn)識機(jī)器代碼，所以要將我們所編寫的程序翻譯成二進(jìn)制機(jī)器碼必須要使用編譯器。由于單片機(jī)內(nèi)存和程序存儲空間非常有限，好的編譯器可以優(yōu)化源代碼，使程序

14、的運(yùn)行消耗資源小、效率提高，所以選擇一個(gè)性能優(yōu)越的編譯器是必須的。AVR編譯器非常多，常見的有ICCAVR，GCCAVR，IAR AVR等；ICCAVR編譯器是市面上教科書使用它作為AVR例程的較多，集成代碼生成向?qū)?，雖然它的各方面性能均不是特別突出，但使用較為方便，一般作為教學(xué)方面的應(yīng)用；GCCAVR，GCC是Linux的唯一開發(fā)語言，GCC編譯器優(yōu)化程度可以說是目前世界上民用軟件中做的最好的，另外，它有一個(gè)非常大的有點(diǎn)，免費(fèi)！在國外，使用它的人幾乎是最多的但，相對而言，它的缺點(diǎn)是操作比較麻煩；IAR實(shí)際上在國外比較多的人使用，但它的價(jià)格較為昂貴，所以，中國大陸內(nèi)，使用它的開發(fā)人員比較少，只

15、有習(xí)慣用IAR的工程師才會去使用它。綜上分析，使用GCCAVR是非常不錯(cuò)的選擇。3.2 Atmel Studio 6簡介Atmel公司在2012年推出廣受歡迎的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)的最新版ATmel Studio 6，支持基于Atmel32位ARM Cortex-M系列與Atmel 8/32位AVR系列的處理器(MCU)。Atmel Studio 6是免費(fèi)的IDE，提供專業(yè)質(zhì)量的開發(fā)工具，同時(shí)配有Atmel軟件框架，因而顯著降低了創(chuàng)建新設(shè)計(jì)的成本。利用Atmel軟件框架，設(shè)計(jì)人員可以獲得經(jīng)驗(yàn)證的大型免費(fèi)源代碼庫-包括近1000個(gè)設(shè)計(jì)樣例。利用此IDE更快的產(chǎn)品開發(fā)周期，配合更低的片上閃存成本

16、與速度更快的MCU，正在推動更多的設(shè)計(jì)工程師以C和C+語言編寫代碼，而不是使用匯編代碼。Atmel Studio 6使得工程師能夠輕易編寫、構(gòu)建和調(diào)試其C/C+和匯編代碼，還能夠以無縫方式集成具備輔助代碼編寫功能的編輯器、用于快速創(chuàng)建新項(xiàng)目的向?qū)Чぞ?、一個(gè)GNU C/C+編譯器、一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真器，以及適用于愛特梅爾所有Cortex-M系列和AVR處理器的編程器與在線調(diào)試器的前端可視化工具。目前用于AVR設(shè)計(jì)的模擬器通過提供準(zhǔn)確的AVR MCU模型來加快應(yīng)用開發(fā)。仿真器不僅為CPU和中斷進(jìn)行仿真，而且還可以為片上I/O模塊仿真，無需實(shí)際的硬件即可進(jìn)行全面的應(yīng)用開發(fā)?；谏鲜鯝tmel Stu

17、dio 6各種優(yōu)勢，在本課題中使用此IDE進(jìn)行代碼編輯和程序編譯。Atmel Studio 6的代碼編輯繼承了Visio Studio 2010的風(fēng)格，所以編輯非常方便，比如自動補(bǔ)全功能，在目前一般單片機(jī)IDE是做不到這一點(diǎn)的！在上述的簡介中也提到Atmel Studio 6自帶編譯器為GNU C/C+編譯器，也就是上一屆在AVR系列中的GCCAVR，這就意味著Linux GCC編譯器直接移植到此IDE中，繼承了了GCC優(yōu)化程度高，運(yùn)行效率高等優(yōu)點(diǎn)。如圖3-1為Atmel Studio 6的工程界面。圖 3-1 Atmel studio 6工程界面3.3 下載器軟件工具經(jīng)過上兩節(jié)的論述，現(xiàn)在已

18、經(jīng)具備把寫的C源程序編譯成ATmega16單片機(jī)可以識別的機(jī)器語言，但是，還有一個(gè)問題，如何將在PC機(jī)上交叉編譯好的hex(機(jī)器碼，8進(jìn)制)與單片機(jī)產(chǎn)生聯(lián)系？也就是將程序下載到單片機(jī)上，讓其運(yùn)行，那么這就要用到下載器，上一章已經(jīng)介紹了USBISP下載器的硬件，那么下載不僅要有硬件提供支持，還要有相應(yīng)的軟件工具。為了適合開發(fā)板的下載需求，在本課題中使用軒微編程器控制平臺來對ATmega16來進(jìn)行下載，如圖3-2為軒微編程器控制平臺界面。圖 3-2 下載器工具系統(tǒng)設(shè)計(jì)前兩章已經(jīng)為系統(tǒng)提供了純硬件支持和軟件工具，接下來將對各個(gè)模塊建立起與主控芯片ATmega16的聯(lián)系，并對系統(tǒng)進(jìn)行整體的軟硬件設(shè)計(jì)。

19、由于ATmega16引腳在控制寄存器的控制下具有不同的功能，在這里對ATmega16的引腳做一個(gè)約定：在接下來作的圖中，除4-1，模塊與ATmega16連接的引腳只具備一個(gè)功能，而不具有其他功能，如有括號則說明使用括號中的功能，如圖4-3，PD4只具有輸入輸出功能，而PB5則具有SPI總線的功能，因?yàn)槔ㄌ栔幸呀?jīng)標(biāo)明。這樣就不會造成誤解。4.1 硬件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案ATmega16作為控制中心，它負(fù)責(zé)直接或間接控制所有的外圍模塊；MP3播放器系統(tǒng)需要音頻文件，那么ATmega16通過直接給CH375發(fā)送數(shù)據(jù)和命令，間接的從U盤中取得音頻數(shù)據(jù)；獲得音頻數(shù)據(jù)后ATmega16再把數(shù)據(jù)傳送到VS100

20、3b，當(dāng)然，還得把獲得的文件名信息傳送給LCD12864液晶，這樣周而復(fù)始，達(dá)到播放MP3的目的；本課題還提供四個(gè)按鍵對播放歌曲和音量進(jìn)行控制，是單向的控制系統(tǒng)，已達(dá)到靈活控制系統(tǒng)，滿足用戶的需求。如圖4-2為MP3系統(tǒng)的總體規(guī)劃圖。圖 4-1 MP3系統(tǒng)總體規(guī)劃4.2 ATmega16處理器介紹ATmega16是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的高性能、低功耗8 位CMOS微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1 MIPS/MHz。ATmega16擁有16K字節(jié)的系統(tǒng)可編程Flash，512字節(jié)的EEPROM，1K字節(jié)的片內(nèi)SRAM，并且內(nèi)部

21、集成很多總線。如圖4-2為ATmega16的引腳圖。圖 4-2 ATmega16引腳4.3 ATmega16與外部芯片的連接4.3.1 ATmega16與VS1003的連接表4-1簡要列出了VS1003b與ATmega16直接聯(lián)系的引腳功能說明，圖4-3為芯片引腳連接圖，連接具備某些原則，首先VS1003b的SI和SCLK必須和ATmega16的MOSI和SCK對應(yīng)連接，因?yàn)樵趯S1003b進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)時(shí)會用到SPI總線，而其余四個(gè)控制讀寫的引腳可隨意分配到ATmega16 32個(gè)普通的I/O，但是出于和后續(xù)的三個(gè)模塊相互間不產(chǎn)生影響，所以將剩余的四個(gè)控制引腳按圖4-3連接。表4-1 VS1

22、003b的主要引腳功能說明管腳管腳類型功能SI輸入串行輸入SCLK輸入串行總線的時(shí)鐘XCS輸入片選輸入，低電平有效XREST輸入低電平有效，異步復(fù)位端DREQ輸出數(shù)據(jù)總線，輸入總線XDCS輸入數(shù)據(jù)片選端/字節(jié)同步圖4-3 ATmega16與VS1003硬件連接4.3.2 ATmega16與CH375b的連接表4-2簡要列出了CH375b與ATmega16直接聯(lián)系的引腳功能說明，圖4-4為芯片引腳連接圖；CH375b有兩種讀寫方式，一種是串行讀寫，另一種是并行讀寫，串行讀寫靈活且比較節(jié)省引腳，而并行卻相反，但是效率高；由于天翔電子的這款U盤模塊沒有提供串口讀寫數(shù)據(jù)的接口，所以本課題只能用并行讀寫

23、數(shù)據(jù)，也就是用更多的引腳去完成對應(yīng)的功能，如果不使用中斷的方式，那么理論上這13個(gè)引腳可以與ATmega16 32個(gè)普通的引腳任意連接，在本課題中，中斷請求信號采用的是查詢方式，所以也不需要接在ATmega16外中斷引腳上。為了不與其它模塊相互沖突，則采用圖4-4的連接方式。表4-2 CH375b的主要引腳功能說明管腳管腳類型功能DB7-DB0雙向三態(tài)8 位雙向數(shù)據(jù)總線，內(nèi)置弱上拉電阻RD輸入讀選通輸入，低電平有效，內(nèi)置弱上拉電阻WR輸入寫選通輸入，低電平有效，內(nèi)置弱上拉電阻CS輸入片選控制輸入，低電平有效，內(nèi)置弱上拉電阻INT輸出中斷請求輸出，低電平有效A0輸入地址線輸入，區(qū)分命令口與數(shù)據(jù)口

24、，內(nèi)置弱上拉電阻，當(dāng)A0=1 時(shí)可以寫命令，當(dāng)A0=0 時(shí)可以讀寫數(shù)據(jù)圖 4-4 ATmega16與CH375b硬件連接4.3.3 ATmega16與LCD12864的連接表4-3簡要列出了LCD12864與ATmega16直接聯(lián)系的引腳功能說明，圖4-5為芯片引腳連接圖；ST7920是LCD12864的控制器，也可支持串行傳輸和并行傳輸，在本課題中仍然采用并行的方式讀寫數(shù)據(jù)，如圖4-5，從圖中可以看出，LCD12864的并行數(shù)據(jù)傳輸接口和CH375b的控制端口用沖突，但是不會收到影響，因?yàn)楫?dāng)LCD12864在讀寫數(shù)據(jù)時(shí)，控制CH375b的引腳電頻可能會在改變，但卻不會給CH375b傳送數(shù)據(jù)，

25、而當(dāng)CH375b在讀寫數(shù)據(jù)時(shí)LCD12864的控制端口處于不使能讀寫數(shù)據(jù)狀態(tài)，所以兩者不會造成紊亂，系統(tǒng)會很順利的執(zhí)行。表4-3的主要引腳功能說明管腳管腳類型功能DB7-DB0雙向三態(tài)8 位雙向數(shù)據(jù)總線RS輸入地址線輸入，區(qū)分命令口與數(shù)據(jù)口，當(dāng)RS=1 時(shí)可以寫命令，當(dāng)RS=0 時(shí)可以讀寫數(shù)據(jù)RW輸入讀寫，RW=1時(shí)讀，RW=0時(shí)寫E輸入允許信號，相當(dāng)于片選RST輸入重新復(fù)位圖 4-5 ATmega16與LCD12864的硬件連接4.3.4ATmega16與按鍵的連接圖4-5為三個(gè)獨(dú)立按鍵與ATmega16的連接，理論上這三個(gè)按鍵也是隨意在Atmega16的任意一個(gè)普通引腳上連接的，但基于上述

26、幾個(gè)模塊的引腳分配，最終將按鍵確定為圖4-5；此處有三個(gè)按鍵，KEY3為狀態(tài)鍵，用來改變其余兩個(gè)按鍵KEY1,KEY2的職能，如果KEY3為選擇曲目狀態(tài)，則剩下兩個(gè)按鍵的功能分別為KEY1下一曲，KEY2上一曲，如果KEY3為調(diào)節(jié)音量狀態(tài)，則剩下兩個(gè)鍵的功能分別為KEY1音量調(diào)高，KEY2音量調(diào)低。這樣設(shè)計(jì)的好處在于增加了按鍵的靈活性，如果后續(xù)再繼續(xù)擴(kuò)展功能的話比較方便，比如增加暫停停止功能，又或者增加快進(jìn)快退，只需增加狀態(tài)即可，而不必用更多的獨(dú)立按鍵去控制，那樣既浪費(fèi)引腳，又使檢測按鍵的次數(shù)增加，增大控制延時(shí)，降低系統(tǒng)效率。圖 4-6 ATmega16與按鍵的硬件連接系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1 需求

27、分析需求分析的方法很多，常見的有功能分解法、結(jié)構(gòu)化分析法、信息建模法、面向?qū)ο蠓治龇椒ǖ龋鞠到y(tǒng)從復(fù)雜程度和自身的特性綜合考慮采用結(jié)構(gòu)化分析法，用自頂向下逐層分解策略，描敘本系統(tǒng)滿足功能需求的軟件模型，通過結(jié)構(gòu)化分析描述工具來理清本系統(tǒng)到底做什么。在畫數(shù)據(jù)流圖之前要先聲明一個(gè)問題：對某個(gè)系統(tǒng)而言沒有絕對的輸入和輸出；我們只是在抽象的層次去分析系統(tǒng)的輸入和輸出，圍繞系統(tǒng)的具體功能去抽象；例如在使用VS1003解碼芯片時(shí)，可以對它寫入數(shù)據(jù)，播放音樂，即輸出，也可以讀取它某個(gè)寄存器的值，獲取VS1003某時(shí)刻的狀態(tài)，即輸入；但在對VS1003功能進(jìn)行抽象，它只具有播放功能，所以在這個(gè)抽象層次上認(rèn)為V

28、S1003只具有輸出。5.1.1 數(shù)據(jù)流圖數(shù)據(jù)流圖是結(jié)構(gòu)化分析方法中用于表示系統(tǒng)邏輯模型的一種工具，它以直觀的圖形清晰地描述了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的流通和處理過程，圖中沒有任何物理元素，主要強(qiáng)調(diào)的是數(shù)據(jù)流和處理過程，可以很方便的了解系統(tǒng)的真正需求。 (1)頂層數(shù)據(jù)流圖。頂層數(shù)據(jù)流圖是最為復(fù)雜也是最容易看清系統(tǒng)到底是做什么的；在本系統(tǒng)中，按鍵為系統(tǒng)提供按鍵信號，CH375芯片為系統(tǒng)提供文件數(shù)據(jù)，程序?yàn)橄到y(tǒng)提供系統(tǒng)初始值，在本系統(tǒng)中也可以用讀取配置文件的策略去得到系統(tǒng)初始值，但為了使系統(tǒng)更簡化，直接讓程序提供初始值，所以鍵盤、程序、CH375芯片做系統(tǒng)的輸入；ATmega16負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)的計(jì)算和搬運(yùn)，因此作為

29、系統(tǒng)的變換中心(也稱控制中心)；系統(tǒng)將控制命令和數(shù)據(jù)輸出到VS1003解碼芯片、LCD12864，以控制音頻文件播放、控制音量以及顯示音頻文件名等，因此，VS1003、LCD12864一定作為系統(tǒng)的輸出；那么CH375是不是也可以作為輸出呢？為了能智能的讀取U盤中的所有音頻文件，而ATmega16又沒有足夠的內(nèi)存去存放所有的音頻路徑名，所以在播放音樂之前先把所有音頻文件的路徑名寫在固定文件中，以便后續(xù)操作，綜合分析CH375芯片既作為系統(tǒng)輸入又作為輸出；程序中有許多控制數(shù)據(jù)是隨一定條件下改變的，比如按鍵按下、音頻路徑名在文件中的偏移量等，所以將程序(內(nèi)存)也作為邏輯輸出，會使系統(tǒng)更清晰。通過上

30、述的簡要分析后，如圖5-1為頂層數(shù)據(jù)流圖，需要說明的一點(diǎn)，在輸出流中都無一例外的使用了數(shù)據(jù)命令字眼，原因是本系統(tǒng)面對的是裸芯片，沒有任何操作系統(tǒng)的支持，除了CH375芯片有子程序庫的支持，VS1003芯片和LCD12864都沒有直接的接口去調(diào)用，所以對于底層的驅(qū)動本系統(tǒng)也是要考慮的，不僅要提供數(shù)據(jù)，而且要把相應(yīng)控制命令加進(jìn)去。圖 5.1 頂層數(shù)據(jù)流圖(2)0層數(shù)據(jù)流圖頂層數(shù)據(jù)流圖顯然是非常復(fù)雜的，在MP3控制系統(tǒng)中幾乎是不知道系統(tǒng)是如何進(jìn)行數(shù)據(jù)處理進(jìn)而得到想要的結(jié)果，顯然要對頂層系統(tǒng)進(jìn)行分解。首先，本系統(tǒng)是沒有任何操作系統(tǒng)的，所以第一步就是要對VS1003解碼芯片、CH375芯片、LCD128

31、64進(jìn)行初始化操作，使這些芯片處在就緒狀態(tài)等待主控芯片對它進(jìn)行讀寫操作，每個(gè)芯片初始化成功后，提供一個(gè)正確信息，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行；緊接著，程序提供一個(gè)目錄(程序默認(rèn)提供根目錄)，開始對U盤中所有的音頻文件的路徑名保存在固定文件(ZCX.TXT)，這樣做有助于對所有音頻文件進(jìn)行統(tǒng)一管理，并且使變換歌曲操作會很方便，錄入成功后提供錄入文件內(nèi)容的大??；然后，通過給定偏移量數(shù)據(jù)(默認(rèn)為0)，在固定文件(ZCX.TXT)中讀取音頻路徑名，輸出音頻路徑名；最后，通過給定的音頻路徑名進(jìn)行MP3播放處理和液晶顯示處理，將音頻數(shù)據(jù)輸出到VS1003解碼芯片和LCD12864液晶；在MP3播放的同時(shí)，加上按鍵處理

32、，以便隨時(shí)能夠接收按鍵信號，進(jìn)行相應(yīng)的按鍵處理操作，改變現(xiàn)有的狀態(tài)。通過上述分析后，如果5-2為0層數(shù)據(jù)流圖，圖中縱向在同一層次的表明沒有先后順序，在圖中除了邏輯輸出外，不加芯片代號的表明輸入輸出給程序(修改內(nèi)存)，這些數(shù)據(jù)基本都是控制信息，在下一節(jié)的數(shù)據(jù)字典中會有體現(xiàn)。圖 5.2 0層數(shù)據(jù)流圖(3)1層數(shù)據(jù)流圖1層數(shù)據(jù)流圖中系統(tǒng)處理基本明朗，每一個(gè)處理都基本可以明確各自的職能，只有在按鍵處理部分有些模糊，因?yàn)榘存I處理部分可以控制按鍵狀態(tài)，可以變換歌曲的上下一曲，還可以調(diào)節(jié)音量，因此將上述的按鍵處理再細(xì)化，并且有對應(yīng)的流程進(jìn)行處理，使系統(tǒng)更清晰，如圖5-3為1層數(shù)據(jù)流圖。圖 5.3 1層數(shù)據(jù)流

33、圖5.1.2 數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)流條目MP3系統(tǒng)數(shù)據(jù) = VS1003初始化數(shù)據(jù) + CH375初始化數(shù)據(jù) + LCD12864初始化數(shù)據(jù) + 根目錄 + MP3控制數(shù)據(jù)MP3控制數(shù)據(jù) = 初始偏移量數(shù)據(jù) + 初始按鍵狀態(tài)數(shù)據(jù) + 新生成文件的文件名(ZCX.TXT)按鍵信號 = 狀態(tài)信號 + 加信號 + 減信號VS1003數(shù)據(jù)命令 = VS1003音頻數(shù)據(jù) + VS1003控制命令LCD12864數(shù)據(jù)命令 = LCD12864數(shù)據(jù) + LCD12864控制命令CH375數(shù)據(jù)命令 = CH375數(shù)據(jù) + CH375控制命令音量數(shù)值 = 無符號高八位的音量數(shù)值 + 無符號低八位的音量數(shù)值音頻文件名 =

34、 由最大30個(gè)字節(jié)組成的字符串正確信息 = true | false 偏移量數(shù)據(jù) = 當(dāng)前音頻文件名在新生成文件中的偏移量 + 下一首音頻文件名在新生成文件中的偏移量 + 上一首音頻文件名在新生成文件中的偏移量按鍵狀態(tài)數(shù)據(jù) = 變換歌曲狀態(tài) + 調(diào)節(jié)音量狀態(tài) + 按鍵連續(xù)狀態(tài)數(shù)據(jù)存儲條目 文件名 ：ZCX.TXT組成 ：所有音頻文件路徑名的集合組織方式 ：按查找到的音頻文件名路徑的順序，依次寫入加工條目加工名：MP3控制系統(tǒng) 編號：無 輸入：MP3系統(tǒng)數(shù)據(jù)，按鍵信號 輸出：VS1003數(shù)據(jù)命令，LCD12864數(shù)據(jù)命令，CH375數(shù)據(jù)命令，MP3控制數(shù)據(jù)加工名：VS1003管理 編號：1 輸入

35、：VS1003初始化數(shù)據(jù) 加工邏輯：初始化VS1003解碼芯片，使芯片處于就緒狀態(tài)，隨時(shí)準(zhǔn)備工作。 輸出：正確信息加工名：CH375管理 編號：2 輸入：CH375初始化數(shù)據(jù) 加工邏輯：首先要做的是初始化CH375芯片，使芯片處于就緒狀態(tài)，再者初始化CH375子程序庫，使系統(tǒng)可以隨時(shí)進(jìn)行讀寫U盤。 輸出：正確信息加工名：LCD12864管理 編號：3 輸入：LCD12864初始化數(shù)據(jù) 加工邏輯：LCD12864是由ST7920芯片控制的，準(zhǔn)確來說是初始化ST7920，使顯示液晶能正常工作。 輸出：正確信息加工名：保存U盤所有音頻文件路徑名 編號：4 輸入：根目錄 加工邏輯：根據(jù)根目錄，逐層檢查

36、文件，如果是音頻文件，則將文件路徑添加到ZCX.TXT文件中，如果不是則不做任何處理。 輸出：新生成文件(ZCX.TXT）大小加工名：按給定條件讀取新生成的文件 編號：5 輸入：偏移量數(shù)據(jù)，新生成文件大小 加工邏輯：根據(jù)給定的偏移量數(shù)據(jù)先將文件偏移到指定位置，然后讀出音頻路徑名 輸出：音頻文件名加工名：MP3播放 編號：6 輸入：音頻路徑名 加工邏輯：根據(jù)音頻路徑名播放相應(yīng)的歌曲 輸出：VS1003音頻數(shù)據(jù)加工名：按鍵處理 編號：7 輸入：按鍵信號 加工邏輯：根據(jù)按鍵信號判斷是什么信號，如果是狀態(tài)信號則改變當(dāng)前按鍵的狀態(tài)，如果是加減信號，則根據(jù)當(dāng)前的狀態(tài)來判斷是改變當(dāng)前文件控制信息還是調(diào)節(jié)音量

37、大小。 輸出：VS1003音量控制命令，按鍵狀態(tài)值，偏移量數(shù)據(jù)加工名：液晶顯示 編號：8 輸入：音頻路徑名 加工邏輯：根據(jù)給出的音頻路徑名，先處理得到音頻文件名，然后經(jīng)過給LCD發(fā)指令和數(shù)據(jù)，顯示出音頻文件名 輸出：LCD12864音頻文件名數(shù)據(jù)加工名：按鍵狀態(tài)判斷 編號：7.1 輸入：加減按鍵信號，按鍵狀態(tài)數(shù)據(jù)加工邏輯：先判斷是否存在加減信號，然后根據(jù)按鍵狀態(tài)數(shù)據(jù)判斷加減按鍵信號執(zhí)行什么功能輸出：變換歌曲狀態(tài)，調(diào)節(jié)音量狀態(tài)加工名：按鍵狀態(tài)處理 編號：7.2 輸入：按鍵狀態(tài)數(shù)據(jù)，狀態(tài)按鍵信號 加工邏輯：先判斷是否存在狀態(tài)按鍵信號，然后修改當(dāng)前按鍵狀態(tài) 輸出：新的按鍵狀態(tài)數(shù)據(jù)加工名：變換歌曲 編

38、號：7.3 輸入：變換歌曲狀態(tài) 加工邏輯：先判斷按鍵是加信號還是減信號，然后修改當(dāng)前、上一曲、下一曲音頻文件名在新生成文件的偏移量數(shù)據(jù)。 輸出：偏移量數(shù)據(jù)加工名：調(diào)節(jié)音量 編號：7.4 輸入：變換音量狀態(tài) 加工邏輯：先判斷按鍵是加信號還是減信號，然后通過對VS1003解碼芯片寫入音量控制命令，達(dá)到變換音量的目的 輸出：VS1003音量控制命令5.2 軟件總體設(shè)計(jì)經(jīng)過需求分析階段的工作，建立了由數(shù)據(jù)流圖、數(shù)據(jù)字典和一組算法描述所定義的系統(tǒng)邏輯模型，系統(tǒng)“做什么”已經(jīng)清楚，下一步將進(jìn)入軟件總體設(shè)計(jì)階段，總體設(shè)計(jì)階段描述軟件的總體結(jié)構(gòu)。5.2.1 結(jié)構(gòu)化總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法是一種把在需求分析中得到

39、的數(shù)據(jù)流圖映射為軟件結(jié)構(gòu)圖的基于數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)方法，通過用數(shù)據(jù)流圖描繪信息系統(tǒng)在系統(tǒng)中的加工和流動情況。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法定義了一些不同的“映射”，利用這些映射可以把數(shù)據(jù)流圖變換成軟件結(jié)構(gòu)圖，他是在比模塊更高一層的層次上討論軟件結(jié)構(gòu)問題。按照數(shù)據(jù)流圖的性質(zhì)，數(shù)據(jù)流圖分為兩種基本類型，變換型和事務(wù)型。變換型數(shù)據(jù)流圖基本呈線形形狀，由輸入、變換、輸出三個(gè)部分組成，變換是系統(tǒng)的變換中心。變換輸入端的數(shù)據(jù)流為系統(tǒng)的邏輯輸入，輸出端為邏輯輸出，而系統(tǒng)輸入端為數(shù)據(jù)流的物理輸入，輸出端為物理輸出。而事務(wù)型則是當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)到達(dá)處理模塊時(shí)，將有多個(gè)動作之一，就是事務(wù)型，這種類型數(shù)據(jù)流圖呈輻射狀，及數(shù)據(jù)沿著輸入同路到達(dá)

40、下一個(gè)處理，這個(gè)處理根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的類型分離成一束平行的數(shù)據(jù)流，然后選擇執(zhí)行若干個(gè)動作序列中的某一個(gè)來執(zhí)行。按照上述描述，可以分析得出本課題的數(shù)據(jù)流圖類型屬于變換型和事務(wù)型兩種類型的混合型，變換型是顯而易見的，因?yàn)閺氖贾两K本系統(tǒng)都是為播放MP3而服務(wù)的，那么事務(wù)型從何體現(xiàn)？根據(jù)最終處理得到音頻路徑名的處理方式上，既要交給VS1003解碼芯片，又要交給LCD12864顯示液晶，所以此又為事務(wù)型。5.2.2 軟件總體結(jié)構(gòu)圖的構(gòu)建通過對頂層和0層數(shù)據(jù)流圖的分析，MP3控制系統(tǒng)本質(zhì)上明確音頻路徑名后直接進(jìn)行播放，所以確定“按給定條件讀取新生成的文件”作為系統(tǒng)變換中心，變換中心確定以后就相當(dāng)于確定了主模塊

41、的位置，這就是軟件的頂層；第一層至少要有輸入、輸出、變換中心三種功能的模塊，因此首先要構(gòu)建音頻路徑名文件(將U盤中所有音頻文件的路徑名保存在指定文件中)，所以音頻文件名錄入處理做為第一層的輸入，但前提必須首先調(diào)用芯片管理模塊，為主模塊提供可進(jìn)行讀寫的音頻文件名文件和必要的控制數(shù)據(jù)；緊接著，需要一個(gè)變換中心模塊，用剛剛得到的數(shù)據(jù)去變換得到要播放的音頻路徑名，并得到音頻路徑名，傳給主模塊，最后主模塊再分別調(diào)用MP3播放、按鍵處理、液晶顯示模塊，在此過程中讀音頻路徑名和處理音頻路徑名是一個(gè)循環(huán)的過程，播完一曲再繼續(xù)下一曲；在MP3播放、按鍵處理。液晶顯示這三個(gè)模塊都分別要調(diào)用芯片管理模塊，所以芯片管

42、理模塊作為公共模塊要將其放在最底層。如圖5-6，為軟件總體結(jié)構(gòu)圖，圖中上層調(diào)用下層模塊，并且VS1003管理模塊，CH375管理模塊，LCD12864管理模塊作為基類模塊，上層不少模塊都在直接或間接的調(diào)用它們，所有為了不使圖形太過雜亂，某些模塊的輸出并沒有表示出來。5.6 軟件總體結(jié)構(gòu)圖5.3 軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)在上一節(jié)已經(jīng)將系統(tǒng)劃分為多個(gè)模塊，并將它們按照一定的原則組裝起來了，同時(shí)確定了每個(gè)模塊的功能及模塊與模塊之間的外部結(jié)構(gòu)，在本節(jié)中，將對系統(tǒng)各個(gè)模塊進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)，用詳細(xì)設(shè)計(jì)工具清晰地描述。本系統(tǒng)將按照自底向上的順序一一剖析每個(gè)模塊，設(shè)計(jì)出程序的“藍(lán)圖”。5.3.1 CH375管理模塊CH37

43、5提供了U 盤文件級子程序庫，單片機(jī)可以直接調(diào)用子程序讀寫U 盤中的文件數(shù)據(jù)，硬件上只需要在原單片機(jī)系統(tǒng)中增加一個(gè)CH375芯片，綜合成本較低。CH375的U 盤文件級子程序庫支持常用的FAT12、FAT16 和FAT32 文件系統(tǒng)，支持容量高達(dá)100GB 的U 盤。AVR 單片機(jī)的增強(qiáng)版子程序庫，文件名是CH375HFB.A和libCH375HFD.A 以及CH375HFJ.R90，分別支持ICC、WinAVR-GCC、IAR 編譯環(huán)境，在本課題中，使用的是libCH375HFD.A，利用WinAVR-GCC編譯環(huán)境。1.CH375b子程序庫相關(guān)配置雖然在CH375b子程序庫中已經(jīng)給用戶提供

44、了許多現(xiàn)成的接口，但有些配置符號常量的值仍然需要重新定義，再者CH375b中引腳與ATmeag16引腳之間的聯(lián)系是動態(tài)的，用戶可以根據(jù)自己的喜好去連接CH375b,所以在子程序庫的頭文件CH375HFD.H定義了三個(gè)外部定義有子程序庫去掉用的三個(gè)接口實(shí)現(xiàn)，分別是往CH375b寫命令的接口、寫數(shù)據(jù)接口以及從CH375讀數(shù)據(jù)的接口。下面對需要修改的符號常量和需要實(shí)現(xiàn)的三個(gè)接口作詳細(xì)闡述，因?yàn)樗诔绦蛑兄陵P(guān)重要。1)符號常量的重定義(1)F_CPU 8000000在Atmel Studio 6中標(biāo)準(zhǔn)庫中有一個(gè)延時(shí)庫，這個(gè)延時(shí)庫是根據(jù)ATmega16提供的晶振去計(jì)算延時(shí)的，延時(shí)非常準(zhǔn)確，比我們仿真測試

45、要準(zhǔn)確，所以，給定晶振的頻率很重要，在這里我們提供的是8MHz，默認(rèn)16MHz。(2)LIB_CFG_FILE_IO 2文件讀寫數(shù)據(jù)的復(fù)制方式，選擇2為雙DPTR復(fù)制”，針對特定硬件的數(shù)據(jù)復(fù)制方式，使用兩個(gè)DPTR，每傳輸一個(gè)字節(jié)需要8.5個(gè)機(jī)器周期，速度較快，適用于ATMEL/PHILIPS/SST 等具有雙DPTR 及DPS 的單片機(jī)，默認(rèn)設(shè)置為1，1為內(nèi)部復(fù)制，適用于速度慢的MCS51單片機(jī)。(3)LIB_CFG_INT_EN 0CH375的INT#引腳連接方式,0為查詢方式,1為中斷方式，這里建議使用方式0，因?yàn)榇讼到y(tǒng)應(yīng)用單一，不需要中斷，默認(rèn)也是查詢，但這里最好顯示給出，使讀者一目了

46、然。(4)DISK_BASE_BUF_LEN 512表示磁盤緩存區(qū)的大小，緩存子程序庫數(shù)據(jù)和文件數(shù)據(jù)的。由于ATmega16片內(nèi)RAM只有1K，要定義的小一些，默認(rèn)也是512,但是最好也顯示給出，比較深刻理解子程序庫存放數(shù)據(jù)的機(jī)制。(5)MAX_BYTE_IO 32表示以字節(jié)為單位單次讀寫文件時(shí)的最大長度，默認(rèn)值為30，但是，VS1003的緩存為32，為了使讀寫數(shù)據(jù)的效率提高，將單次讀寫最大長度變?yōu)?2。(6)CH375_INT_WIRE ( PINB & 0 x10 )表示PINB.4, CH375b的中斷線INT#引腳,連接CH375的INT#引腳,用于查詢中斷狀態(tài)，必須定義此符號常量，這

47、個(gè)引腳可以隨意一個(gè)普通引腳，根據(jù)運(yùn)算操作可得知。(7)NO_DEFAULT_CH375_F_QUERY1未調(diào)用CH375FileQuery程序故禁止以節(jié)約代碼，這是為優(yōu)化代碼而定義的，因?yàn)樵谧映绦驇熘杏泻芏啻a使用不到的，可以適量在預(yù)編譯的時(shí)候把它優(yōu)化掉。2)三個(gè)讀寫數(shù)據(jù)命令的實(shí)現(xiàn) 這三個(gè)函數(shù)非常重要，因?yàn)樽映绦驇熘刑峁┑拿總€(gè)接口幾乎都要調(diào)用它！而且在操作每一種芯片時(shí)這是必備的函數(shù)！(1)寫命令函數(shù)：void xWriteCH375Cmd( unsigned char mCmd )首先先將A0置為1，因?yàn)锳0為1表示寫命令，接著將D0-D7輸出口賦予mCmd，然后將控制輸入輸出的寄存器置高，表

48、示并口D0-D7為輸出，最后分別將控制信號置位，CS置0，表示片選通，WR置0，表示寫選通，RD置1，表示讀關(guān)閉。寫完命令后做必要的延時(shí)。(2)寫數(shù)據(jù)函數(shù)：void xWriteCH375Data( unsigned char mData )與寫命令函數(shù)基本類似，只是要將A0置為0，表示寫數(shù)據(jù)，其它的都一樣。(3)讀數(shù)據(jù)函數(shù)：unsigned char xReadCH375Data( void )首先讀來的數(shù)據(jù)要有內(nèi)存保存，所以事先定義一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，然后將控制輸入輸出的寄存器置低，表示并口D0-D7為輸入，接著將控制信號分別置位，CS置0，表示片選通，WR置1表示關(guān)閉寫端，RD置0，表示讀選

49、通，A0置0，表示可以讀數(shù)據(jù)。CH375子程序庫接口和全局變量 (1)子程序接口CH375子程序?yàn)橛脩籼峁┝撕芏喾奖愕慕涌冢@些接口在本系統(tǒng)中不會全部用到，會選擇性的使用，如表5-1為本系統(tǒng)用用到的接口，更詳細(xì)的接口列表可參閱CH375API介紹。表5-1 CH375子程序庫接口子程序簡稱用途和概述CH375Init初始化CH375 芯片,建議用CH375LibInit 代替CH375DiskConnect查詢U 盤是否連接,建議不要頻繁查詢CH375DiskReady查詢U 盤是否準(zhǔn)備就緒,通常在就緒后才能讀寫CH375FileOpen打開指定名稱的文件或者目錄、搜索枚舉文件CH375Fil

50、eEnumer搜索枚舉指定目錄下的文件,返回文件名CH375FileCreate新建文件并打開,如果文件已存在則先刪除再新建CH375ByteLocate以字節(jié)為單位移動當(dāng)前文件指針,進(jìn)入字節(jié)模式CH375ByteRead以字節(jié)為單位從當(dāng)前文件讀取數(shù)據(jù),進(jìn)入字節(jié)模式CH375ByteWrite以字節(jié)為單位向當(dāng)前文件寫入數(shù)據(jù),進(jìn)入字節(jié)模式CH375FileClose關(guān)閉當(dāng)前文件這里要說明一下數(shù)據(jù)讀寫方式，有兩種數(shù)據(jù)讀寫方式，一種是字節(jié)讀寫CH375ByteRead/CH375ByteWrite，另一種扇區(qū)讀寫CH375FileRead/Ch375FileWrite，本系統(tǒng)使用的是字節(jié)讀寫，因?yàn)锳

51、Tmega16的內(nèi)存只有1KB，而一般扇區(qū)最少也得512個(gè)字節(jié)，并且加上文件數(shù)據(jù)去也差不多512個(gè)字節(jié)，這兩項(xiàng)就足以1KB了，內(nèi)存是完全不夠用，所以選擇以字節(jié)的方式讀取，只需600字節(jié)的內(nèi)存就足夠了，而且在效率上也不影響本系統(tǒng)。(2)全局變量CH375子程序庫提供了很多標(biāo)志U盤狀態(tài)、文件狀態(tài)等全局變量，在本系統(tǒng)中一般標(biāo)志狀態(tài)信息的全局變量是用不到的，用的最多的是“mCmdParam”、“CH375vFileSize”“mCmdParam”記錄了當(dāng)前打開文件的文件名、文件數(shù)據(jù)等信息，“CH375vFileSize”記錄文件大小。CH375擴(kuò)展接口CH375子程序庫中已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了所有功能，但在主

52、模塊中總希望它是以一個(gè)簡單的語句描述一個(gè)操作，而不需要一大串的命令。出于此考慮，將CH375芯片和CH375子程序庫的準(zhǔn)備操作定義為一個(gè)接口CH375_Prepare()，如圖5-7為CH375芯片和CH375子程序庫準(zhǔn)備操作流程圖。圖 5-7 CH375準(zhǔn)備流程圖5.3.2 VS1003管理模塊SPI總線簡介SPI，是一種高速的，全雙工，同步的通信總線，并且在芯片的管腳上只占用四根線，節(jié)約了芯片的管腳，同時(shí)為PCB的布局上節(jié)省空間，提供方便，正是出于這種簡單易用的特性，如今越來越多的芯片集成了這種通信協(xié)議。SPI的通信原理很簡單，它以主從方式工作，這種模式通常有一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備，

53、需要至少4根線，事實(shí)上3根也可以（單向傳輸時(shí)）。也是所有基于SPI的設(shè)備共有的，它們是SDI（數(shù)據(jù)輸入），SDO（數(shù)據(jù)輸出），SCK（時(shí)鐘），CS（片選）。1）SDO 主設(shè)備數(shù)據(jù)輸出，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸入2）SDI 主設(shè)備數(shù)據(jù)輸入，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸出3）SCLK 時(shí)鐘信號，由主設(shè)備產(chǎn)生4）CS 從設(shè)備使能信號，由主設(shè)備控制其中CS是控制芯片是否被選中的，也就是說只有片選信號為預(yù)先規(guī)定的使能信號時(shí)（高電位或低電位），對此芯片的操作才有效。在點(diǎn)對點(diǎn)的通信中，SPI接口不需要進(jìn)行尋址操作，且為全雙工通信，顯得簡單高效。SPI接口的一個(gè)缺點(diǎn)：沒有指定的流控制，沒有應(yīng)答機(jī)制確認(rèn)是否接收到數(shù)據(jù)。由于ATmega16

54、集成了SPI總線，而VS1003同樣是用SPI總線去接收數(shù)據(jù)，所以本系統(tǒng)采用SIP總線對VS1003輸出音頻數(shù)據(jù)。VS1003基本接口所謂基本接口就是可以在VS1003解碼芯片進(jìn)行讀寫命令如表5-2為基本接口列表。表5-2 基本接口接口名稱參數(shù)接口功能Port_Init()無初始化與VS1003相關(guān)的引腳VS1003B_SPI_High()無SPI控制寄存器設(shè)置為高速狀態(tài)VS1003B_SPI_Low()無SPI控制寄存器設(shè)置為低速狀態(tài)VS1003B_WriteByte()uchar發(fā)送數(shù)據(jù)，可以是數(shù)據(jù)，也可以是指令VS1003B_WriteData()uchar將解碼的數(shù)據(jù)寫入VS1003B

55、VS1003B_WriteCmd()3個(gè)uchar寫命令，此命令用于控制VS1003B1）Port_Init()根據(jù)VS1003各引腳的功能，除了將DREQ的管腳類型初始化為輸入外，其余的管腳類型都定義為輸出。 2）VS1003B_SPI_High()和VS1003B_SPI_Low()這兩個(gè)接口屬于同類型接口，但卻是操作VS1003解碼芯片的必要條件，因?yàn)閂S1003讀寫數(shù)據(jù)必須用到SPI總線。ATmega16的SPI總線由8位寄存器SPCR控制，SPCR初始值都為0，SPCR每一位的功能可參考ATmega16的資料，在本系統(tǒng)中，無論SPI高低速狀態(tài)，第六位SPE(SPI使能為)置1，第四位

56、MSTR(主從選擇)置1；在低速狀態(tài)，將第一位和第零位(時(shí)鐘速率)置1，而在高速狀態(tài)將它們置0；還需設(shè)置的一個(gè)寄存器是SPSR(SPI狀態(tài)寄存器)，只需設(shè)置SPI2X，置1后可使SPI速度加倍，無論高低速都必須設(shè)置。 3）VS1003B_WriteByte()該接口是為VS1003寫數(shù)據(jù)和命令的基礎(chǔ)，1字節(jié)的數(shù)據(jù)或命令參數(shù)，首先，由寄存器SPDR接收數(shù)據(jù)，然后等待數(shù)據(jù)發(fā)送，數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束的標(biāo)志由狀態(tài)寄存器SPSR的第七位(SPIF)置1決定，置1說明數(shù)據(jù)發(fā)送完畢！ 4）VS1003B_WriteData() 該接口有1字節(jié)的數(shù)據(jù)參數(shù)，首先將XDCS置0，表明要對VS1003寫數(shù)據(jù)操作，接著XCS

57、置0，確保VS1003選中，然后利用VS1003_WriteByte()寫入相應(yīng)的數(shù)據(jù)，最后XDCS和XCS全部置1。 5）VS1003B_WriteCmd()該接口有3個(gè)參數(shù)，分別為發(fā)送命令地址、數(shù)據(jù)高八位，數(shù)據(jù)低八位；首先將XDCS置1，表明是要對VS1003寫命令操作，接著XCS置0，確保VS1003選中，然后利用VS1003B_WriteByte()依次發(fā)送寫寄存器命令、寫入地址、數(shù)據(jù)高八位、數(shù)據(jù)低八位，最后將XCS置1。VS1003擴(kuò)展接口如表5-3為VS1003的擴(kuò)展接口，這些接口都是基于基本接口的組合。表5-3 VS1003擴(kuò)展接口接口名稱參數(shù)接口功能VS1003B_Init()

58、無VS1003B初始化VS1003B_WriteData32()無VS1003B FIFO緩存有32位，寫滿數(shù)據(jù)Volume_Add()無調(diào)高音量Volume_Sub()無調(diào)低音量1）VS1003B_Init()如圖5-8為VS1003初始化流程圖。圖5-8 VS1003初始化流程圖2）VS1003B_WriteData32()往緩沖區(qū)寫數(shù)據(jù)這個(gè)過程相對比較容易，就是調(diào)用32次VS1003_WriteData()，但是調(diào)用這個(gè)接口之前是有條件的，比如緩沖區(qū)中有數(shù)據(jù)，那么是不允許往VS1003中些數(shù)據(jù)的，所以在調(diào)用之前要不斷的檢測DREQ，檢測到DREQ為1后，說明緩沖區(qū)為空，可以直接寫入32個(gè)

59、字節(jié)的數(shù)據(jù)。Volume_Add()和Volume_Sub()這兩個(gè)接口為同一類型接口，不同僅在與一個(gè)是對音量數(shù)值作減運(yùn)算，一個(gè)是作加運(yùn)算；先要不斷檢測DREQ，檢測到DREQ為1，然后再調(diào)用VS1003B_WriteCmd()，將相應(yīng)的音量控制命令和音量數(shù)值寫進(jìn)VS1003。5.3.3 LCD12864管理模塊LCD12864基本接口如表5-4為LCD12864基本接口。表5-4 LCD12864基本接口接口名稱參數(shù)接口功能LCD12864_readbyte()uchar讀數(shù)據(jù)或指令LCD12864_sendbyte()uchar,uchar發(fā)送一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)或指令LCD12864_read

60、byte()參數(shù)為決定是否讀取指令或數(shù)據(jù)，LCD12864sendbyte()第一個(gè)參數(shù)決定是否發(fā)送數(shù)據(jù)或指令，第二個(gè)參數(shù)為要發(fā)送的數(shù)據(jù)，如圖5-8為這兩個(gè)基本接口的流程圖。圖5-9 LCD12864_readbyte()和LCD12864_writebyte()流程圖LCD12864擴(kuò)展接口如表5-5為LCD12864擴(kuò)展接口。表5-5 LCD12864擴(kuò)展接口接口名稱參數(shù)接口功能LCD12864_readBF()無判斷LCD12864是否忙LCD12864_Init()無初始化LCD12864液晶LCD12864_sendstr()uchar*給LCD12864發(fā)送字符串(發(fā)送數(shù)據(jù))LCD