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引言 以Flash為存儲介質(zhì)的MP34播放器,由于其體積小、攜帶方便、價位合理及其時尚的外圍觀設(shè)計,受到很多人的青睞。但Flash的價位由于受其制造工藝的制約一直居高不下,從而使MP3播放器的容量僅限于32M、64M、128M等幾個檔次。本文旨在提出一種以筆記本硬盤為存儲介質(zhì)的MP3播放機(jī)的設(shè)計方案。該款播放機(jī)既具有移動硬盤的功能,又可作為MP3播放機(jī)使用。 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 在該系統(tǒng)的設(shè)計中,采用Atmel公司生產(chǎn)的ATmega128L作為主控MCU。整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如1所示。 
PC機(jī)通過USB接口實現(xiàn)對硬盤的管理和對MP3歌曲、文檔等數(shù)據(jù)信息的存儲。系統(tǒng)啟動后,首先將硬盤上的一部分MP3歌曲送入Flash中存儲,由MCU控制將儲存于Flash 中歌曲的碼流信息送入MP3解碼芯片中解碼,并產(chǎn)生解碼輸出。在系統(tǒng)的DAC模塊把解碼輸出轉(zhuǎn)換為模擬音頻聲音后,經(jīng)一級音頻放大并驅(qū)動耳機(jī),實現(xiàn)MP3 歌曲的播放功能。在按鍵的控制下,通過LCD中菜單選項的選擇,實現(xiàn)對歌曲播放模式、聲音音效、液晶對比度的調(diào)度以及歌曲選擇等功能;在播放的同時,LCD上顯示的信息除滾動的歌曲名稱、演唱者、碼流率等ID3信息外,還包括系統(tǒng)供電電池的電量及歌曲播放模式等圖標(biāo)。 系統(tǒng)包括主控MCU、硬盤、Flash緩存、按鍵、LCD、解碼器和D/A轉(zhuǎn)換器等幾部分。 2 ATmega128L的主要特點 ATmega128L內(nèi)核為AVR,具有以下特點： *先進(jìn)的RISC架構(gòu),內(nèi)部具有133條功能強(qiáng)大的指令系統(tǒng),而且大部分指令是單周期;32個8位通用工作寄存器+外圍接口控制寄存器。 *內(nèi)部有128KB在線可重復(fù)編程Flash、4KBEEPROM和4KB SRAM。 *有53個I/O引腳,每個I/O口分別對應(yīng)輸入、輸出、功能選擇、中斷等多個寄存器,使功能口和I/O口可以復(fù)用,大大增強(qiáng)了端口功能和靈活性,提高了對外圍的開發(fā)能力。 *內(nèi)部有2個8位定時器/計數(shù)器和2個具有比較/捕捉寄存器的16位定時器/計數(shù)器;1個具有獨立振蕩器的實時計數(shù)器;1個可編程看門狗定時器;2通道 8位PWM通道;8路10位A/D轉(zhuǎn)換器;雙向I2C串行總線接口;主/從SPI串行接口;可編程串行通信接口;片內(nèi)精確的模擬比較器等。 *功耗低。CPU可工作在IDLE、POWERSAVE、POWERDOWN、STANDYBY等幾種省電模式下;可軟件編程選擇時鐘頻率。 ATmega128L的軟件結(jié)構(gòu)也是針對低功耗而設(shè)計的,具有內(nèi)外多種中斷模式。豐富的中斷能力減少了系統(tǒng)設(shè)計中查詢的需要,可以方便地設(shè)計出中斷程序結(jié)構(gòu)的控制程序、上電復(fù)位和可編程的低電壓檢測。 *帶JTAG接口。通過該口利用JTAG仿真器,可以很方便地實現(xiàn)程序的在線調(diào)試和仿真,編譯調(diào)試正確的代碼,通過JTAG口直接寫入ATmega128的Flash代碼區(qū)中。另外,支持Bootloader功能,即MCU上電后,首先通過駐留在Flash中的BootLoader程序,將存儲在外部媒介中的應(yīng)用程序搬移到ATmega128L的Flash代碼區(qū)。搬移成功后自動去執(zhí)行代碼,完成自啟動。這對于產(chǎn)品化后程序的升級和維護(hù)提供了極大的方便。 *電源電壓為2.7～5.5V 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計中的各個接口模塊 3.1 MCU與硬盤的接口設(shè)計 系統(tǒng)設(shè)計中選擇2.5英寸的筆記本硬盤作為存儲介質(zhì)。筆記本硬盤接口是標(biāo)準(zhǔn)并行IDE接口。MCU與硬盤的接口電路如圖2所示。
ATmega128L的 PA、PC口與硬盤的16根數(shù)據(jù)線相連。IDE接口是基于寄存器結(jié)構(gòu)的,所有對硬盤的控制操作均通過對相應(yīng)寄存器操作來實現(xiàn)。IDE接口的硬盤驅(qū)動器有 16個寄存器,分為2段,每段有8個寄存器,兩段寄存器的選擇由CS0、CS1來確定,通過DA0、DA1、DA2來選通每個段的8個寄存器。寄存器如表 1所列。IDE接口有兩種傳輸模式：PIO模式和DMA模式。在本系統(tǒng)的設(shè)計中,采用PIO傳輸模式。PIO傳輸模式由處理器負(fù)責(zé)信息的傳輸,硬盤以扇區(qū)為單位與處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換;在進(jìn)行扇區(qū)讀寫時,一次通過端口的數(shù)據(jù)為16位。8G以上的硬盤支持CHS、LBA兩種尋址方式,尋址方式的選擇通過驅(qū)動器 /磁頭寄存器的第6位控制。通過LBA尋址方可以實現(xiàn)對硬盤的每一個物理地址的訪問。 表1
3.2 Flash接口 作為便攜式產(chǎn)品的設(shè)計,功耗問題是一個要重點解決的問題。作業(yè)存儲介質(zhì)的硬盤,其工作電壓為5V,最大功耗可達(dá) 20W,硬盤工作時間的長短對系統(tǒng)功耗將產(chǎn)生直接的影響。由于硬盤提供了STANDBY、IDLE、SLEEP等幾種低功耗運(yùn)行模式,因此在系統(tǒng)設(shè)計過程中,考慮使用一片F(xiàn)lash存儲器作業(yè)緩存,即首先將存儲硬盤中的一部分音頻壓縮文件送入Flash中存儲（文件數(shù)目由Flash的容量決定）,然后控制硬盤進(jìn)入SLEEP低功耗模式。存儲在Flash中的數(shù)據(jù)進(jìn)入解碼芯片中進(jìn)行解碼。待Flash中所有音頻文件播放完,則喚醒硬盤重新進(jìn)入正常的工作模式,啟動下一次的數(shù)據(jù)緩存任務(wù)。 系統(tǒng)中采用Sumsung公司生產(chǎn)的KM29U128T Flash存儲器作為緩存。KM29U128T是16M 參考文獻(xiàn) 1. 伍紅兵.沈鑫剡 ATA 接口技術(shù) [期刊論文] -微型機(jī)與應(yīng)用2000(5) 2. 徐濟(jì)惠 家庭網(wǎng)絡(luò)的建設(shè) [期刊論文] -計算機(jī)時代2002(4) 3. 何立民 單片機(jī)高級教程 1999 作 者：中國礦業(yè)大學(xué) 孫素麗 薄勇 楊公訓(xùn) 來 源：單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 2004（1） |
