基于ARM嵌入式系统的数字音频播放系统设计

0 引言

MPEG（Moving Picture Experts Group）是运动图像专家组的英文缩写。MP3是MPEG Audio Layer-3的缩写，即MPEG第3层音频编码标准，使用MP3标准对音频数据编码既可以获得较大的音乐数据压缩比，又可以得到较好的音乐回放质量。国内外现有的MP3解码方案实现有2种方案：硬件和软件解码。利用专用解码芯片的硬件解码，其灵活性不好，并且硬件解码芯片的价格昂贵。基于DSP或ARM等处理器开发平台的软件解码，扩展新能好，性价比高。

ARM（Advanced RISC Machines）既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术。目前，采用ARM技术知识产权（IP）核的微处理器，即通常所说的ARM微处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位的RISC微处理器75％以上的市场份额，ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。

本文采用了ARM微处理器作为整个音频播放系统的控制和管理单元。出发点即为研究数字音频技术在ARM嵌入式系统中的应用，结合数字音频和ARM嵌入式系统这两个前沿技术，设计一个基于ARM嵌入式系统的数字音频播放系统。

1 系统的总体方案

本文介绍一种基于ARM LPC2131的新式MP3播放器设计，这种设计思路是以LPC2131控制器为核心，来协同音频解码模块和音乐文件存取模块。这样可以克服现在市场上MP3价格高昂和音质之间的矛盾，并且具有海量存储的优点。总体设计方案如图所示，是以ARM LPC2131作为控制器来控制音频解码模块和音乐文件存取模块。

2 硬件设计

2．1 音频解码模块设计

音频解码模块包含一个高性能，自主产权的低功耗DSP处理器核VS_DSP4，工作数据存储器，为用户应用提供5 KB的指令RAM和0．5 KB的数据RAM。串行的控制和数据接口，4个常规用途的I／O口，1个UART，也有1个高品质可变采样率的ADC和立体声DAC，还有1个耳机放大器和地线缓冲器。

2．2 音乐文件存取模块设计

CH375的USB主机方式支持并行接口和串行接口。在USB主机方式下，CH375支持各种常用的USB全速设备，外部ARM需要编写固件程序按照相应的USB协议与USB设备通信。但是对于USB存储设备，CH375内置了相关协议，通常情况下，外部ARM不需要编写固件程序，就可以直接通信，其原理设计图如图2所示。

图2 音乐文件存取模块

3 软件设计

系统软件采用模块化程序设计，系统主程序主要完成的内容有：系统参数初始化、打开中断、读取*．MP3文件等。系统主程序流程图如图3所示。可以看出，主程序是一个死循环，在系统上电初始化完毕后，系统一直在不断的执行这个循环程序。在循环过程中，若产生中断，则程序就转去执行相应的中断服务程序。

图3 工作原理图

4 实验结果及分析

依照上面的设计方案，对设计的实物进行测试，音质流畅，各项技术指标均正常，达到了设计要求。

本设计具有以下几个优点：

（1）本设计主要采用SPI总线区别于通常的UART总线，这样可以有效地提高数据的传输速率，使播放更加流畅，音乐清晰无杂音；
（2）支持多种格式的音乐，除了MP3，WMA格式外，还支持Midi以及WAV格式的音乐。这样对使用者来说相当方便，再也不用在网上艰难地找那些只能适合自己MP3格式的歌曲；
（3）在制作的时候还利用了CH375模块，其效果是使得MP3具有海量存储能力，这样能给使用者带来很多方便，便于出门携带等；
（4）操作简单，使用方便，适合各个年龄段的人使用，只要打开电源开关，音乐就会按着自己先前设置好的顺序依次播放。

5 结语

本设计采用了需要移动部件来读取磁带或CD上的编码数据的音乐播放器，MP3播放器采用U盘存储歌曲。MP3播放器只不过是一个嵌置有软件应用程序的数据存储设备，允许用户将MP3文件传递到MP3播放器。MP3播放器还包含用来从CD或网站复制音乐的实用程序，并且能够按希望的播放顺序组织和创建歌曲列表。这个歌曲列表称为“播放列表”。还有其最主要的特点就是可以海量存储音乐，U盘内存有多大，也就相当于你的MP3播放器有多大内存。这是一般市场上卖的MP3所没有的功能，也是将来MP3的发展趋势。