基于单片机的音乐播放器的设计

基于单片机的音乐播放器的设计内容摘要：

P”字符的字形码是 73H。 如果是共阳 LED显示器，公共阳极接高电平，显示“ P”字符的字形代码应为 10001100（ 8CH）。 图 36 八段 LED显示器 LED 显示电路的设计 [8] 作者 选择的是共阳结构的 LED 显示器，这样只要在公共端接高电平就可以了，若用共阴结构的 LED 显示器还要加驱动芯片，这样不仅增加了成本，又降低了稳定性。 LED 显示有静态扫描和动态扫描两种，在方案比较中已经介绍过，由于 论文 要显示八位 LED，所以选择的是动态扫描方式。 动态扫描显示接口是单片机中 应用最为广泛的一种显示方式之一。 其接口电路是把所有显示器的 8 个笔划段 ah 同名端连在一起，而每一个显示器的公共极 COM 是各自独立地受 I/O 线控制。 CPU 向字段输出口送出字形码时，所有显示器接收到相同的字形码，但究竟是那个显示器亮，则取决于 COM 端，而这一端是由 I/O 控制的，所以我们就可以自行决定何时显示哪一位了。 而所谓动态扫描就是指采用分时的方法，轮流控制各个显示器的 COM 端，使各个显示器轮流点亮。 在轮流点亮扫描过程中，每位显示器的点亮时间是极为短暂的（约 1ms），但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位显示器并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。 播放器 显示电路 模块设计的电路图如 图 37 所示： 设计 选用的是八 段 共阳数码管，在电路中， P0 口传送的是显示段码， P2 口传送的是显示位码。 设计的关键点：动态电流的计算，动态扫描周期的确定，所谓动态驱动实际就是分时点亮不同位置的数码管，由于人眼的惰性，当亮度熄灭的时间小于 1/25 秒时，给人们感觉是亮度没变。 每位数码管点亮时间 T=25ms/数码管位数； T=25/8=，在这取2ms。 数码管每段 平均电流 I=段静态显示的驱动电流 *数码管的位数； I=5mA*8 位 =40mA；每位数码管的平均电流 Ia=每段的电流 *数码管的段数； Ia=20mA*8 段 =160mA；R=()/=。 所以在此处 R1~R3 取 2KΩ，组排选择每个电阻为 Ω。 基于单片机的音乐播放器的设计 14 图 37 音乐播放器 LED显示电路设计 电源部分 系统工作需要电源，本设计所需电源电压为 +5V，而所提供的为 +24V 电压，所以本文 也要对电源电路进行设计，以满足系统的工作要求， LM2575 产生的为 +5V 电压，以下作详细 介绍。 人们 常用 7805 稳压块产生 5V 电压。 但 7805 的一个明显缺点，是当输入电压大于12 伏时，发热会很厉害，最大的输入电压也只能到 15 伏左右。 原因在于 7805 属于线性稳压。 即如果输入 12V，就有 7V电压是完全的发热浪费掉。 解决这个问题的有效方法是改用开关式的电源 IC。 [9]LM2575 的系统主要特性如下： 1. 有 、 1 15 伏，及可以调整输出电压的版本可供选择。 比如本文介绍的 LM2575 , 就是 固定 +5V 的输出。 2．可调整输出的电压版本输出电压为 到 37V (HV 版本可达到 57V)。 3．最大输出电流为 1A。 4．最大输出电压为 40V （ HV 版本可达 60V）。 5．只需要 4 只外围原件。 6．内部振荡频率为 52K。 7． TTL 关闭功能，待机状态极低功耗。 8． 使用高可靠的标准电感 (330uH)。 9． 温度及电流限制保护。 10． 版本提供增加的测试功能。 15 概述 LM2575 系列开关稳压集成电路是美国国家半导体公司生产的 1A 集成稳压电路，它内部集成了一个固定的振荡器，只须极少外围器件便可构成一种高效的稳压电路，可大大减小散热片的体积，而在大多数情况下不需散热片；内部有 完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等；芯片可提供外部控制引脚。 是 传统三端式稳压集成电路的理想替代产品。 [10] 该系列分为 LM157 LM2575 及 LM2575HV 三个系列，其中 LM1575 为军品级产品， LM2575 为标准电压产品， LM2575HV 为高电压输入产品。 每一种产品系列均提供 、 5V、 12V、 15V 及可调（ ADJ）等多个电压档次产品。 除军品级产品外，其余两个系列均提供 TO200 直脚、 TO220 弯脚、塑封 DIP16 脚、表面安装 DIP24 脚、表面安装 T） 2635 脚等 多种封装形式，并分别用后缀 T、 Flow LB N、 M、 S 表示。 对于 5V 输出的 LM2575 产品，不同的封装形式，其完整表示分别为 、 Flow LB0 LM2575N 、。 引脚图 图 38是 LM2575 集成稳压器的两种引脚图： 其引脚功能如下： 1. VIN 稳压电压输入端。 2. OUTPUT 开关电压输出端接电感或快速恢复二极管。 3. GND 公共端。 4. FEEDBACK 反馈输入端。 图 38 LM2575 集成稳压器的两种引脚图 [11] 5. ON\OFF 控制输入端，接公共端时，稳压电路工作；接高电平时，稳压 路停止。 工作原理 LM2575 的内部框图如图 39 所示，该框图对应于 TO220 封装的引脚。 其中R1=1kΩ（ ADJ 时开路）， R2 分别为 （ ）、 （ 5V）、 （ 12V）、 （ 15V）和 0（ ADJ），可以看出 LM2575 内含 52kHz振荡器、基准电路、热关断电路、基于单片机的音乐播放器的设计 16 电流限制电路、放大器、比较器及内部稳压等电路。 将稳压输出的电压接到反馈输入端的目 的是同内部电压基准比较，若电压偏低，则用放大器来控制内部振荡器以提高 输出占空比，从而提高输出电压。 [12] 图 39 LM2575 内部 框 图 电源电路的设计 LM2575 的 设计电 路 如 图 310 所示： (备注：图中的 1N5819 是最高耐压 40V 的肖特基二极管 ) 此电路图 为 LM2575 应用的经典电路图， 未经过处理 的电压由 Vin 端口接入，基准电压从 Fb 口输出，给系统各个部分供电。 内部结构图如图 311 所示： 图 310 电源电路的设计 电路 图 [13] 17 图 311 内部结构图 从上面的结构图可以看出，不同输出版本的区别，只是电阻 R1与 R2 的区别。 以下对照表： 音频功率放大电路 由 于 C52 芯片输出的音频信号很微弱 ,不能直接去驱动扬声器 ,因此需要一个 音频放大电路对输出的音频信号进行放大 ,然后再去驱动扬声器。 我们采用由集成功率 放大器LM386 组成的音频功率放大器。 [14] 表 32 音频功率放大器 R1 R2 5V 12V 15V 输出电压可调 Open 0 基于单片机的音乐播放器的设计 18 功率放大原理 [15] 一、数字功放与 D类功放的区别 常见 D 类功放（ PWM 功放）的工作原理： PWM 功放只能接受模拟音频信号，用内部三角波发生器产生的三角波和它进行比较，其结果就是一个脉宽调制信号（ PWM），然后将 PWM 信号放大并还原成模拟音频信号。 因此， PWM 功放是用脉冲宽度对模拟音频幅度进行模拟的，其信息的传递过程是模拟的、非量化的、非代码性的。 并且由于目前器件性能的限制， PWM 功放不可能采用太高的采样频率，在性能指标上尚达不到 HiFi级的水平。 而数字功放采用一些宽度固定的脉冲来数字地量化、编码模拟音频信号，使音频信号的还原更为真实。 二、数字功放和模拟功放的区别 数字功放由于工作方式与传统模拟功放完全不同，因此克服了模拟功放固有的一些缺点，并且具备了一些独有的特点。 1． 过载能力与功率储备 数字功放电路的过载能力远远高于模拟功放。 模拟功放电路分 为 A 类、 B 类或 AB类功率放大电路，正常工作时功放管工作在线性区；当过载后，功放管工作在饱和区，出现谐波失真，失真程度呈指数级增加，音质迅速变坏。 而数字功放在功率放大时一直处于饱和区和截止区，只要功放管不损坏，失真度不会迅速增加，如图 312 所示。 由于数字功放采用开关放大电路，效率极高，可达 75%~90%（模拟功放效率仅为 30%~50%），在工作时基本不发热。 因此它没有模拟功放的静态电流消耗，所有能量几乎都是为音频输出而储备，加之前后无模拟放大、无负反馈的牵制，故具有更好的 “ 动力 ” 特性，瞬态响应好， “ 爆棚感 ” 极强。 图 312 全数字功放与普通功放过载失真度比较 2． 交越失真和失配失真 模拟 B类功放在过零失真，这是由于晶体管在小电流时的非线性特性而引起的在输出波形正负交叉处的失真（小信号时晶体管会工作在截止区，无电流通过，导致输出严重失真）。 而数字功放只工作在开关状态，不会产生交越失真。 模拟功放存在推挽对管特性不一致而造成输出波形上下不对称的失配失真，因此在设计推挽放大电路时，对功放管的要求非常严格。 而数字功放对开关管的配对无特殊要求，基本上不需要严格的挑选即可使用。 3. 功放和扬声器的匹配 由于模拟功放中的功放管内阻较大，所以在匹配不同阻值的扬声器时，模拟功放电路的工作状态会受到负载（扬声器）大小的影响。 而数字功放内阻不超过 ( 开关管 19 的内阻加滤波器内阻 )，相对于负载（扬声器）的阻值（ 4~8Ω ）完全可以忽略不计，因此不存在与扬声器的匹配问题。 4. 瞬态互调失真 模拟功放几乎全部采用负反馈电路，以保证其电声指标，在负反馈电路中，为了抑制寄生振荡，采用相位补偿电路，从而会产生瞬态互调失真。 数字功放在功率转换上没有采用任何模拟放大反馈电路，从而避免了瞬态互调 失真。 5. 声像定位 对模拟功放来说，输出信号和输入信号之间一般都存在着相位差，而且在输出功率不同时，相位失真亦不同。 而数字功放采用数字信号放大，使输出信号与输入信号相位完全一致，相移为零，因此声像定位准确。 6. 升级换代 数字功放通过简单地更换开关放大模块即可获得大功率。 大功率开关放大模块成本较低，在专业领域发展前景广阔。 7. 生产调试 模拟功放存在着各级工作点的调试问题，不利于大批量生产。 而数字功放大部分为数字电路，一般不需调试即可正常工作，特别适合于大规模生产。 LM386 芯片 [16] LM386 是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。 LM386 是专为低损耗电源所设计的功率放大器。 它的内建增益为 20，透过 pin 1 和 pin8脚位间电容的搭配，增益最高可达 200。 LM386 可使用电池为供应电源，输入电压范围可由 4V~12V，无动作是仅消耗 4mA 电流，且失真低。 LM386 的引脚图及内部方块图如图31图 314所示，表 32为其电子特性。 图 313 LM386 引脚图 基于单片机的音乐播放器的设计 20 图 314 LM386 方块 图 功率放大电路的设计 由于 CPLD 芯片输出的 电压 很微弱 ,不能直接去驱动扬声器 ,因此 我设计了一个基于LM386 芯片的功放 电路对输出的音频信号进行放大 ,然后再去驱动扬声器。 我们采用由集成功率放大器 LM386 组成的音频功率放大器 ,如图 315 所示。 其中 ,C2 的规格为 220UF，是交流耦合电容 ,将功率放大器的交流输出送到负载上 ,输出信号通过 Rw 接到 LM386 的同相端。 C1 是退耦电容 ,规格为 100nf。 R1C3 网络起到消除高频自激振荡作用。 [17] 表 33 LM386 电子特性表 21 图 315 音频功率放大 器 [18] 基于单片机的音乐播放器的设计 22 第 4 章 软件部分的设计 软件部分的设计包括主程序模块设计、显示程序模块设计、 T1 中断模块设计和 INT0中断模块设计。 主程序模块设 主程序中所要安排的。