基于atmega16的mp3设计与实现--大学毕业论文设计.doc

毕业设计（论文）

题目：基于Atmega16的mp3设计与实现

2014 年 11 月 20 日

II

子信息工程系 时间：2014年3月1日
学 生 姓 名

指 导 教 师

设计（论文）题目
基于Atmega16的MP3设计与实现
主要研
究内容
本论文主要研究设计了一种基于Atmega16的MP3音乐播放器系统。主控芯片为Atmega16，解码芯片为VS1003，显示屏为LCD12864可显示中文，红外遥控控制。
研究方法
首先了解嵌入式开发平台的工作原理，实现在硬件平台上烧写嵌入式系统；通过模块化的编程思想逐步编写实现MP3的各个功能的C语言程序，通过将每个功能的实现、验证、测试，然后再将每个功能模块添加进去，整体实现MP3的每个功能。
主要技术指标(或研究目标)
MP3功能目标：
1. 实现歌曲播放，暂停，重播，上一首，下一首等功能。
2. 显示播放列表。
3. 选择相应歌曲播放。
4. 实现音量大小调节以及静音模式
5. 显示当前播放歌曲名字
主要参考文献

[1]吴迅.用单片机设计音乐播放器[J].山东:电子世界,2009.6
[2]李广弟 朱月秀.单片机基础 [M].北京:北京航空航天大学出版社,2007.6:168~199
[3]周立功.ARM微控制器基础与实践[M].北京航空航天大学出版社,2003.1:24~27
[4]周立功.ARM嵌入式系统基础教程[M].北京航空航天大学出版社,2008.9:103~124
[5]电子学报 李文明.AVR单片机读写SD卡技术.电子测量与仪器学报[R].中国科学院,2007.6.
[6]马驰 崔向 唐建.MP3播放器解码功能的实现.沈阳:沈阳工业学院,2003.4:41-69.
说明：一式两份，一份装订入学生毕业设计（论文）内，一份交学院（直属系）。

基于Atmega16的MP3设计与实现
摘要

嵌入式技术近些年来得到的飞速的发展和广泛的应用，已然成为最新最热门的行业之一。由此本文提出一种嵌入式技术基于Atmega16的音乐播放器的设计与实现方案。主要包括显示播放列表，显示当前播放歌曲名字，通过点击歌曲名字播放相应歌曲，以及暂停，上一首，下一首，快进，静音和音量大小的调节功能的设计与实现。MP3实际就是一个功能特定的小型电脑。MP3需要包括存储器，显示器，中央处理器以及解码器等。本文中介绍的MP3设计与实现，存储器采用SD存储卡，显示器为LCD12864显示屏，中央处理器为Atmega16单片机微处理器，解码器为VS1003解码芯片，并且对MP3播放器进行了硬件和软件的设计和实现，基本实现MP3播放器的功能。
关键字：嵌入式，Atmega16，MP3，VS1003解码芯片

The design and implementation of MP3 based on Atmega16
Abstract

Rapid development and wide application of embedded technology in recent years, resulting, has become one of the hottest new industries. This paper presents a technique whereby an embedded music player based Atmega16 design and implementation. Including display playlist, displays the name of the currently playing song, playing songs by clicking on the name of the corresponding song, and pause, previous track, next track, fast forward, mute and volume design and implementation of the regulatory function of the size. MP3 is actually a small computer-specific features. MP3 need to include a memory, a display, a central processor and a decoder and the like. MP3 design and implementation described in this article, the memory using SD memory card, the display is LCD12864 display, central processor single-chip microprocessor Atmega16 decoder to decode chip VS1003, and MP3 players were on the hardware and software design and implementation, the basic realization of the MP3 player function
Keywords : Embedded , Atmega16 microcontroller , MP3，VS1003 decoder chip

目 录
第1章 绪论 - 1 -
1.1嵌入式系统 - 1 -
1.2嵌入式的发展 - 1 -
1.3嵌入式的特点 - 2 -
1.4嵌入式发展现状和发展趋势 - 3 -
第2章 概述 - 4 -
2.1课题研究的目的 - 4 -
2.2 课题研究的意义 - 4 -
2.3 国内外概况 - 5 -
2.4 课题研究的内容 - 5 -
第3章 MP3播放器硬件设计与实现 - 6 -
3.1 MP3播放器系统总结构设计 - 6 -
3.2 ATmega16微控制器 - 6 -
3.2.1 Atmega16简介 - 6 -
3.2.2 Atmega16引脚功能说明 - 7 -
3.2.3 ATmega16引脚图 - 8 -
3.2.4 ATmega16内核介绍 - 9 -
3.3 VS1003解码芯片 - 10 -
3.3.1 VS1003简介 - 10 -
3.3.2 VS1003结构图 - 10 -
3.3.3 VS1003特点 - 11 -
3.3.4 VS1003性能 - 11 -
3.3.5 VS1003工作原理 - 11 -
3.4 SD卡 - 12 -
3.4.1 SD卡简介 - 12 -
3.4.2 SD卡内部结构图 - 12 -
3.4.3 SD卡引脚和功能 - 13 -
3.4.4 SD卡引脚图 - 13 -
3.4.5 SD卡引脚功能说明 - 14 -
3.4.6 SD卡工作原理 - 14 -
3.5 LCD YX12864显示屏 - 15 -
3.5.1 YX12864简介 - 15 -
3.5.2 YX12864显示屏主要硬件接口 - 15 -
3.5.3 YX12864显示屏引脚说明 - 16 -
3.6 红外控制器 - 16 -
3.6.1 红外控制简介 - 16 -
3.6.2 红外控制发送原理 - 17 -
3.6.3 红外控制接收原理 - 17 -
3.6.4 红外控制电路 - 17 -
3.7 MP3系统硬件总结 - 17 -
第4章MP3播放器软件系统设计与实现 - 18 -
4.1 MP3播放器软件总体设计流程 - 18 -
4.2 VS1003音频解码芯片驱动程序设计 - 19 -
4.3 SD卡存储模块驱动程序设计 - 19 -
4.4 红外遥控解码模块程序设计 - 20 -
4.5 LCD显示屏模块程序设计 - 21 -
第5章 硬件调试和软件调试 - 22 -
5.1 硬件调试 - 22 -
5.2 软件调试 - 22 -
第6章 总结 - 23 -
致谢 - 24 -
参考文献 - 25 -
附录Ⅰ 硬件接线图 - 26 -
附录Ⅱ 源程序 - 30 -

IV

第1章 绪论
1.1嵌入式系统
嵌入式系统是一种“完全嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专用计算机系统”，根据英国电气工程师协会（ U.K. Institution of Electrical Engineer）的定义，嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器或用于工厂运作的设备。
国内普遍认同的嵌入式系统定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。
1.2嵌入式的发展
从20世纪七十年代单片机的出现到各式各样的嵌入式微处理器，微控制器的大规模应用，嵌入式系统已经有了近30年的发展历史。
嵌入式系统的出现最初是基于单片机的。70年代单片机的出现，使得汽车、家电、工业机器、通信装置以及成千上万种产品可以通过内嵌电子装置来获得更佳的使用性能：更容易使用、更快、更便宜。这些装置已经初步具备了嵌入式的应用特点，但是这时的应用只是使用8位的芯片，执行一些单线程的程序，还谈不上“系统”的概念。
最早的单片机是Intel公司的8048，它出现在1976年。Motorola同时推出了68HC05，Zilog公司推出了Z80系列，这些早期的单片机均含有256字节的RAM、4K的ROM、4 个8位并口、1个全双工串行口、两个16位定 时 器。之后在80年代初，Intel又进一步完善了8048，在它的基础上研制成功了8051，这在单片机的历史上是值得纪念的一页，迄今为止，51系列的单片机仍然是最为成功的单片机芯片，在各种产品中有着非常广泛的应用。
从80年代早期开始，嵌入式系统的程序员开始用商业级的“操作系统”编写嵌入式应用软件，这使得可以获取更短的开发周期，更低的开发资金和更高的开发效率，“嵌入式系统”真正出现了。确切点说，这个时候的操作系统是一个实时核，这个实时核包含了许多传统操作系统的特征，包括任务管理、任务间通讯、同步与相互排斥、中断支持、内存管理等功能。
90年代以后，随着对实时性要求的提高，软件规模不断上升，实时核逐渐发展为实时多任务操作系统（RTOS），并作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌入式系统的主流。这时候更多的公司看到了嵌入式系统的广阔发展前景，开始大力发展自己的嵌入式操作系统。除了上面的几家老牌公司以外，还出现了Palm OS，WinCE，嵌入式Linux，Lynx，Nucleux，以及国内的Hopen，Delta Os等嵌入式操作系统。随着嵌入式技术的发展前景日益广阔，相信会有更多的嵌入式操作系统软件出现。
1.3嵌入式的特点
这些年来掀起了嵌入式系统应用热潮的原因主要有几个方面：一是芯片技术的发展，使得单个芯片具有更强的处理能力，而且使集成多种接口已经成为可能，众多芯片生产厂商已经将注意力集中在这方面。另一方面的原因就是应用的需要，由于对产品可靠性、成本、更新换代要求的提高，使得嵌入式系统逐渐从纯硬件实现和使用通用计算机实现的应用中脱颖而出，成为近年来令人关注的焦点。
从上面的定义，我们可以看出嵌入式系统的几个重要特征：
1．系统内核小。由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，系统资源相对有限，所以内核较之传统的操作系统要小得多。比如Enea公司的OSE分布式系统，内核只有5K，而Windows的内核？简直没有可比性。
2．专用性强。嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行系统的移植，即使在同一品牌、同一系列的产品中也需要根据系统硬件的变化和增减不断进行修改。同时针对不同的任务，往往需要对系统进行较大更改，程序的编译下载要和系统相结合，这种修改和通用软件的“升级”是完全两个概念。
3．系统精简。嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明显区分，不要求其功能设计及实现上过于复杂，这样一方面利于控制系统成本，同时也利于实现系统安全。
4．高实时性的系统软件(OS)是嵌入式软件的基本要求。而且软件要求固态存储，以提高速度；软件代码要求高质量和高可靠性。
5．嵌入式软件开发要想走向标准化，就必须使用多任务的操作系统。嵌入式系统的应用程序可以没有操作系统直接在芯片上运行；但是为了合理地调度多任务、利用系统资源、系统函数以及和专家库函数接口，用户必须自行选配RTOS（Real－Time Operating System）开发平台，这样才能保证程序执行的实时性、可靠性，并减少开发时间，保障软件质量。
6．嵌入式系统开发需要开发工具和环境。由于其本身不具备自举开发能力，即使设计完成以后用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改的，必须有一套开发工具和环境才能进行开发，这些工具和环境一般是基于通用计算机上的软硬件设备以及各种逻辑分析仪、混合信号示波器等。开发时往往有主机和目标机的概念，主机用于程序的开发，目标机作为最后的执行机，开发时需要交替结合进行。
7.嵌入式系统与具体应用有机结合在一起，升级换代也是同步进行。因此，嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长的生命周期。
8.为了提高运行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片中。
1.4嵌入式发展现状和发展趋势
进入20世纪90年代，嵌入式技术全面展开，目前已成为通信和消费类产品的共同发展方向。在通信领域，数字技术正在全面取代模拟技术。在广播电视领域，美国已开始由模拟电视向数字电视转变，欧洲的DVB（数字电视广播）技术已在全球大多数国家推广。数字音频广播（DAB）也已进入商品化试播阶段。而软件、集成电路和新型元器件在产业发展中的作用日益重要。所有上述产品中，都离不开嵌入式系统技术。象前途无可计量的维纳斯计划生产机顶盒，核心技术就是采用32位以上芯片级的嵌入式技术。在个人领域中，嵌入式产品将主要是个人商用，作为个人移动的数据处理和通讯软件。由于嵌入式设备具有自然的人机交互界面，GUI屏幕为中心的多媒体界面给人很大的亲和力。手写文字输入、语音拨号上网、收发电子邮件以及彩色图形、图像已取得初步成效。
硬件方面，不仅有各大公司的微处理器芯片，还有用于学习和研发的各种配套开发包。目前低层系统和硬件平台经过若干年的研究，已经相对比较成熟，实现各种功能的芯片应有尽有。而且巨大的市场需求给我们提供了学习研发的资金和技术力量。
从软件方面讲，也有相当部分的成熟软件系统。国外商品化的嵌入式实时操作系统，已进入我国市场的有WindRiver、Microsoft、QNX和Nuclear等产品。我国自主开发的嵌入式系统软件产品如科银(CoreTek)公司的嵌入式软件开发平台DeltaSystem，中科院推出的Hopen嵌入式操作系统（虽然还不够完善）。同时由于是研究热点，所以我们可以在网上找到各种各样的免费资源，从各大厂商的开发文档，到各种驱动，程序源代码，甚至很多厂商还提供微处理器的样片。这对于我们从事这方面的研发，无疑是个资源宝库。对于软件设计来说，不管是上手还是进一步开发，都相对来说比较容易。这就使得很多生手能够比较快的进入研究状态，利于发挥大家的积极创造性。

第2章 概述
2.1课题研究的目的
MP3从问世以来，以其小巧的外形，近乎不差CD的音质，较小的数据目以及前卫的功能迅速的得到了大众的青睐，很快的得到了推广和普及，打败了传统的随身听CD和MD。故此在市场的推动下，各大公司纷纷推出自己的MP3音乐播放器。这样使得MP3的研制和生产变得更加容易，成本也在逐步降低，市场更加广阔。
同时为了能够更好地打动消费者，MP3的功能也在与日俱增，我们可以发现每隔一段时间就会有新的元素加入到MP3中，其中2.5寸的硬盘MP3，支持WMA编码的MP3，微硬盘的MP3，闪存彩屏MP3，可拍照MP3，可视频MP3，乃至MP3手表，MP3眼镜。MP3迅速的发展远远超出了人们的预想。直到今天MP3依旧是主流产品，虽然单纯的MP3越来越少，但是MP3确实当下任何电子产品不可或缺的一部分。
如今的MP3技术已经非常成熟了，各大制造商已经不再单纯关心的如何实现MP3，而更多的是如何能在低成本低功耗的实现MP3，并且赋予MP3更多的功能使其变得更加实用。这就意味着对于传统的MP3在实现过程中如何优化如何提高MP3的市场竞争力是当下的热点。这就是本课题研究的目的所在。
基于以上背景，我在此次设计中提出采用Atmega16微处理器的方案实现MP3，在降低硬件成本的基础上保证高质量的播放效果。
2.2 课题研究的意义
MP3是一种典型的嵌入式设备，详细的研究MP3播放器的开发过程，可以为嵌入式开发提供一种合适的开发方法和框架。MP3使用MPEG-1中的第3层音频压缩模式，可以将音乐文件以1:10甚至1:12的压缩率，压缩成容量较小的文件。而MP3播放器则用以对MP3进行实时的解压缩（解码），这样，高品质的MP3音乐就播放出来了。体积小，音质高，本件格式小是MP3逐步取代其他类型的音乐格式，并成为网上音乐的代名词。
对于本文研究还有另一个原因，近些年来，嵌入式系统和单片机开发的有机结合别广泛应用于网络通信，工业控制等诸多领域，本文提出基于Atmega16单片机的MP3设计与实现，更加体现出该设计的灵活性和实时性。
2.3 国内外概况
从韩国在1998年推出第一款MP3之后，经过16年的发展，MP3占据了电子产品很大的一份市场份额。在MP3市场上，国内品牌厂商具有绝对优势。爱国者、联想、朝华等厂商都占据市场销售的前列。但国外品牌，如三星、iRIVER、iPOD、并没有放弃对市场的争夺。一方面他们继续巩固在高端市场的优势，同时也在不断想中低端市场渗透。松下、三洋和创新等加大投入，连索尼、HP和DELL等IT巨头也进军中国MP3市场。 国内的品牌也不再满足低端定位，纷纷推出自己的高端产品。现在已经是百花争鸣的MP3时代。
2.4 课题研究的内容
本论文主要研究设计了一种基于Atmega16的MP3音乐播放器系统。本设计实现了一种简单的MP3播放器，其核心主控芯片为Atmega16，解码芯片为VS1003，显示屏为LCD12864可显示中文，采用红外遥控控制。本播放器硬件电路简单，成本低廉，功能强大，易于拓展，系统主要是依靠c语言和汇编语言。本文主要研究实现MP3播放器的一下基本功能：
1.实现歌曲播放，暂停，重播，上一首，下一首等功能。
2.显示播放列表，播放列表显示歌曲名称，播放时间。
3.选择相应歌曲播放，歌曲播放过程中显示歌曲播放进度。
4.实现音量大小调节以及静音模式。

第3章 MP3播放器硬件设计与实现
3.1 MP3播放器系统总结构设计
本文MP3播放器硬件设计总体结构如下，本系统的具体硬件设计主要包括：主芯片Atmega16和USB接口的连接设计，此部分主要用于MP3文件的传输和固件下载；主芯片Atmega16和按键以及LCD之间的设计连接，用户通过显示屏幕获取播放器的进程息，通过按键来对音乐进行选择和控制；主芯片Atmega16和VS1003解码芯片之间，将该系统解码后的数字信号转换为人耳能识别的模拟信号，这一部分主要包括时钟信号、数据信号以及反馈信号的连接；电源转换部分，而USB接口以及电池的电源都需要DC-DC部分来进行转换，从而为系统提供所需的电源；播放系统和存储系统的切换电路设计。如图3.1。

图3.1系统总体结构
3.2 ATmega16微控制器
3.2.1 Atmega16简介
ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8 位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16 的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾。
Atmega16 有如下特点:16K字节的系统内可编程Flash(具有同时读写的能力，即RWW)，512 字节EEPROM，1K字节SRAM，32个通用I/O口线，32个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器(T/C)，片内/外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP 封装)的ADC，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI 串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。
3.2.2 Atmega16引脚功能说明
VCC引脚是电源正极，GND引脚是电源接地。
端口A(PA7..PA0)：
端口A做为A/D 转换器的模拟输入端。端口A 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口A 处于高阻状态。
端口B(PB7..PB0)：
端口B 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口B 处于高阻状态。
端口B 也可以用做其他不同的特殊功能.
端口C(PC7..PC0)：
端口C 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口C 处于高阻状态。如果JTAG接口使能，即使复位出现引脚 PC5(TDI)、 PC3(TMS)与 PC2(TCK)的上拉电阻被激活。端口C 也可以用做其他不同的特殊功能.
端口D(PD7..PD0)：
端口D 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，则端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口D 处于高阻状态。端口D 也可以用做其他不同的特殊功能.
RESET为复位输入引脚。持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。持续时间小于门限间的脉冲不能保证可靠复位。
XTAL1引脚为反向振荡放大器与片内时钟操作电路的输入端。
XTAL2引脚为反向振荡放大器的输出端。
AVCC是端口A与A/D转换器的电源。不使用ADC时，该引脚应直接与VCC连接。使用ADC时应通过一个低通滤波器与VCC 连接。
AREF是A/D 的模拟基准输入引脚。
3.2.3 ATmega16引脚图

图3.2 Atmega16引脚图
3.2.4 ATmega16内核介绍
为了获得最高的性能以及并行性，AVR 采用了Harvard 结构，具有独立的数据和程序总线。程序存储器里的指令通过一级流水线运行。CPU 在执行一条指令的同时读取下一条指令( 在本文称为预取)。这个概念实现了指令的单时钟周期运行。程序存储器是可以在线编程的FLASH。
快速访问寄存器文件包括32 个8 位通用工作寄存器，访问时间为一个时钟周期。从而实现了单时钟周期的ALU 操作。在典型的ALU 操作中，两个位于寄存器文件中的操作数同时被访问，然后执行运算，结果再被送回到寄存器文件。整个过程仅需一个时钟周期。
寄存器文件里有6个寄存器可以用作3个16位的间接寻址寄存器指针以寻址数据空间，实现高效的地址运算。其中一个指针还可以作为程序存储器查询表的地址指针。这些附加的功能寄存器即为16位的X、Y、Z 寄存器。
ALU支持寄存器之间以及寄存器和常数之间的算术和逻辑运算。ALU也可以执行单寄存器操作。运算完成之后状态寄存器的内容得到更新以反映操作结果。
程序流程通过有/无条件的跳转指令和调用指令来控制，从而直接寻址整个地址空间。大多数指令长度为16 位，亦即每个程序存储器地址都包含一条16 位或32 位的指令。
程序存储器空间分为两个区：引导程序区(Boot 区) 和应用程序区。这两个区都有专门的锁定位以实现读和读/ 写保护。用于写应用程序区的SPM 指令必须位于引导程序区。
在中断和调用子程序时返回地址的程序计数器(PC) 保存于堆栈之中。堆栈位于通用数据SRAM，因此其深度仅受限于SRAM 的大小。在复位例程里用户首先要初始化堆栈指针SP。这个指针位于I/O 空间，可以进行读写访问。数据SRAM 可以通过5 种不同的寻址模式进行访问。
AVR 存储器空间为线性的平面结构。AVR有一个灵活的中断模块。控制寄存器位于I/O空间。状态寄存器里有全局中断使能位。每个中断在中断向量表里都有独立的中断向量。各个中断的优先级与其在中断向量表的位置有关，中断向量地址越低，优先级越高。I/O 存储器空间包含64 个可以直接寻址的地址，作为CPU 外设的控制寄存器、SPI，以及其他I/O 功能。映射到数据空间即为寄存器文件之后的地址0x20 - 0x5F。
3.3 VS1003解码芯片
3.3.1 VS1003简介
VS1003是由芬兰VLSI公司出品的一款单芯片的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RAM0.5K的数据RAM串行的控制和数据输入接口，4个通用IO口，一个UART口；同时片内带有一个可变采样率的ADC、一个立体声DAC以及音频耳机放大器。
VS1003支持解码格式：MP3（mpeg1 和 mpeg2，层 3），MP3+V，WMA，WAV，MIDI，SP-MIDI。
VS1003支持编码格式：IMA ADPCM（单声道）,麦克风和线入（Line input）两种输入方式。
VS1003共有16个16位的寄存器，地址分别为0x0–0xF；除了模式寄存器（MODE，0x0）和状态寄存器（STATUS，0x1）在复位后的初始值分别为0x800 和0x3C外，其余的寄存器在VS1003初始化后的值均为0。
3.3.2 VS1003结构图

图3.3 VS1003结构图
3.3.3 VS1003特点
解码MP3（MPEG 1&2音频层III）（CBR + VBR + ABR），WMA 4.0/4.1/7/8/9的所有配置文件（5-384kbit / s的），WAV（PCM + IMA ADPCM）; MIDI / SP-MIDI文件，对话筒输入或线路输入的音频信号进行IMA ADPCM编码，从麦克风或线路输入编码IMA ADPCM，流媒体支持，低音和高音控制，使用一个12 - 13 MHz的时钟，内部PLL时钟倍频器，低功耗运行，内含高性能片上立体声数模转换器，两声道间无相位差。
3.3.4 VS1003性能
高品质的片上立体声DAC，没有通道之间的相位误差，立体声耳机驱动器能够驱动30欧姆负载，独立的工作电压为模拟，数字和I / O，5.5 KiB加入用户代码/数据的片上RAM，串行控制和数据接口，可以用来作为一个从属协处理器，针对特殊应用的SPI闪存启动，特殊应用的SPI Flash引导，UART用于调试目的，新的功能可被添加与软件和4的GPIO引脚。
3.3.5 VS1003工作原理
音频解码模块完成MCU从SD卡里读取的数字MP3音频数据流进行解析、并转化成模拟信号进行输出。在这里，系统使用VS1003音频解码芯片来实现音乐数据流的解析。VS1003是由芬兰VLSI公司出品的一款单芯片的MP3/WMA音频解码芯片，其拥有一个高性能低功耗的DSP处理器核VS_DSP， 5K的指令ROM， 0.5K的数据RAM，串行的控制和数据输入接口， 4个通用I/O口，一个UART口，同时片内带有一个可变采样速率的ADC、一个立体声DAC以及音频耳机放大器接口。VS1003与核心控制器Atmega16的数据通信是通过SPI总线方式进行的。VS1003主要通过串行命令接口(SCI)和串行数据接口(SDI)来接收MSP430F149控制器的控制命令和MP3的数据。通过XCS、XDCS引脚的置高、置低来确认是哪一个接口处于传送状态。对于VS1003芯片的功能控制，如初始化、软复位、暂停、音量控制、播放时间的读取等，均是通过SCI写入到特定寄存器的内容来实现的。两条SCI指令之间要通过DREQ引脚信号判断上次处理是否完成。
该系统使用Atmega16 内部接口与VS1003 进行通信，下面介绍其引脚连接情况。
PA3 是VS1003 的中断请求引脚。当VS1003 内部数据已处理完毕，需要新的数据时，将DREQ 拉高。Atmega16根据这个信号来给VS1003 发送新的数据流。
PB13引脚连接到Atmega16内部接口的时钟(SCLK) 信号线。
PB14引脚连接到Atmega16内部接口的主输入从输出(MISO) 信号线。这里Atmega16 是主设备，VS1003 是从设备。数据流的传输方向是从VS1003 传输给Atmega16 。主要用于读取VS1003的一些状态和内部寄存器值，比如寄存器测试返回的内部寄存器的值。
PB15引脚连接到Atmega16 内部接口的主输出从输入(MOSI) 信号线。这里Atmega16 是主设备，VS1003是从设备。数据流方向是从Atmega16传输给VS1003 ，主要传输给VS1003 一些控制命令、MP3/ WMA 数据流等。
PA1引脚低电平有效，如果拉低该引脚，那么通过SPI传输的是控制信号。控制信号包括读写VS1003 的内部寄存器、对VS1003 进行初始化、设置左右声道音量等。
PA2引脚低电平有效，如果拉低该引脚，那么通过SPI 传输的是数据信号。比如在向VS1003 传输MP3/ WMA 的数据流时需要拉低该引脚。
PA0引脚低电平有效，拉低该引脚则硬件复位VS1003芯片 。
3.4 SD卡
3.4.1 SD卡简介
SD卡（Secure Digital Memory Card）是一种为满足安全性、容量、性能和使用环境等各方面的需求而设计的一种新型存储器件，SD卡允许在两种模式下工作，即SD模式和SPI模式。
3.4.2 SD卡内部结构图

图3.4 SD卡结构图
3.4.3 SD卡引脚和功能
CLK为时钟信号引脚，每个时钟周期传输一个命令或数据位，频率可在0～25MHz之间变化，SD卡的总线管理器可以不受任何限制的自由产生0～25MHz 的频率；CMD为双向命令和回复线，命令是一次主机到从卡操作的开始，命令可以是从主机到单卡寻址，也可以是到所有卡；回复是对之前命令的回答，回复可以来自单 卡或所有卡；DAT0～3引脚为数据线，数据可以从卡传向主机也可以从主机传向卡。SD卡以命令形式来控制SD卡的读写等操作。可根据命令对多块或单块进行读写操作。在SPI模式下其命令由6个字节构成，其中高位在前。
3.4.4 SD卡引脚图

图3.5 SD卡引脚图
3.4.5 SD卡引脚功能说明

图3.5 SD卡引脚功能说明
3.4.6 SD卡工作原理
SD卡是目前使用非常广泛，比如在MP3，数码相机，智能手机等都采用SD卡作为存储设备。因此SD卡已经成为时下最为通用的数据存储卡。并且SD卡它价格低廉、存储容量大、使用方便、通用性与安全性强等优点。SD卡支持两种总线方式: SD方式与SPI方式。其中SD方式采用6线制，而SPI方式采用4线制，采用单片机对SD卡进行读写时一般都采用SPI模式。可用不同的初始化方式使SD卡工作于SD方式或SPI方式。
在本设计中，音频数据MP3文件是以SD卡为载体。所以在电路设计中必须含有读取SD卡模块。该系统使用Atmega16内部接口SPI1与SD卡进行通信，下面介绍其引脚连接情况。
PE3引脚为低电平有效，连接到SD卡的片选引脚CD/DAT3。SPI在和SD卡进行通信时，需要将PE3拉低才能对SD卡进行操作。
PA7引脚映射为Atmega16内部接口的主输出从输入(MOSI)信号线。这里Atmega16是主设备，SD卡是设备。数据流的传输方向是从Atmega16传输给SD卡。该信号线用于传输一些控制命令来完成SD卡的操作，如读、写等。
PA5引脚连接到Atmega16内部接口时钟(SCL K)信号线。可设置SPI的时钟频率来调整读取SD卡数据的快慢。
PA6引脚已连接到Atmega16内部接口的主输入从输出(MISO)信号线。数据的传输方向是从SD卡传输给Atmega16 ，主要返回SD卡的一些状态、内部寄存器值等。
PC12引脚用于检测SD卡是否完全插入。当SD卡完全插入时，PC12为低电平，否则为高电平。
3.5 LCD YX12864显示屏
3.5.1 YX12864简介
YX12864B是128×64点阵的汉字图形型液晶显示模块，控制器ST7920。可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16 点阵）、128 个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM ）。可与CPU 直接接口，提供两种界面来连接微处理机：8位并行及串行两种连接方式。具有多种功能：光标显示、画面移位、睡眠模式等。
3.5.2 YX12864显示屏主要硬件接口

图3.6 LCD显示屏硬件接口

3.5.3 YX12864显示屏引脚说明
表3.1 LCD引脚说明
引脚
名称
方向
说明
引脚
名称
方向
说明
1
VSS
-
GND
11
DB4
I
数据4
2
VDD
-
+5V
12
DB5
I
数据5
3
VO
-
悬空
13
DB6
I
数据6
4
RS(CS)
O
H:Data L:Code
14
DB7
I
数据7
5
R/W
O
H：Read L：Write
15
PSB
0

6
E(SCLK)
O
Enable Signal
16
NC
-
空脚
7
DB0
I
数据0
17
/RST
0
低电平
8
DB1
I
数据1
18
VEE
-
Negative
9
DB2
I
数据2
19
LEDA
-
背光正极
10
DB3
I
数据3
20
LEDK
-
背光负极

3.6 红外控制器
3.6.1 红外控制简介
红外遥控是一种无线、非接触控制技术，具有抗干扰能力强，信息传输可靠，功耗低，成本低，易实现等显著优点，被诸多电子设备特别是家用电器广泛采用，并越来越多的应用到计算机系统中。
红外遥控的发射电路是采用红外发光二极管来发出经过调制的红外光波；红外接收电路由红外接收二极管、三极管或硅光电池组成，它们将红外发射器发射的红外光转换为相应的电信号，再送后置放大器。
发射机一般由指令键(或操作杆)、指令编码系统、调制电路、驱动电路、发射电路等几部分组成。当按下指令键或推动操作杆时，