在校學習期間，教我單片機的王老師時常提起ARM處理器。她提醒我說，我們是計算機專業(yè)的，應該研究嵌入式系統(tǒng)。起因是，我喜歡單片機，而單片機偏偏在我們學校是電子系的專業(yè)。把單片機玩轉(zhuǎn)了，對于計算機專業(yè)的我，就顯得偏離專業(yè)了。那時，我還是頭腦一熱，在網(wǎng)上買了一個AT91SAM7S64最小系統(tǒng)。但是，一直沒有像樣地玩它。只是斷斷續(xù)續(xù)地寫了幾個簡單的程序，像學習51單片機一樣學它。隨著時間的推移，它被遺忘在一邊了。不過這幾天在整理零碎時，我又開始注意到它了。

這次制作的主題是——做一款能夠媲美山寨CD機的音樂播放器。隨著MP3、MP4、手機、PMP等便攜播放器的出現(xiàn)，在市場上很少看到專門賣CD機的柜臺了。想想也是，現(xiàn)在馬路上很少看到有人拿個碩大的CD機聽音樂。最主要的原因，估計是CD光盤尺寸偏大，攜帶不便，所以現(xiàn)在聽MP3的人越來越多了。但是，不管怎樣，CD的音質(zhì)還是相當好的。還記得去年，我制作了一款M8音樂播放器，朋友聽了后，直接評價那音質(zhì)不行。我解釋說，那是8位的播放器，還是被他鄙視了。太傷我心了。于是，我又琢磨著做一款新的播放器，希望它超過普通MP3的音質(zhì)。這回做好后，又特意給那位朋友試聽了一下，這次他評價說，這音質(zhì)的確超過普通MP3了。下面我會和大家分享制作它的過程。

主要芯片介紹

這次制作的音樂播放器使用了TI公司的PCM1770，它是24位低功耗立體聲音頻DAC。由于它能夠直接驅(qū)動耳機，所以選擇它作為音頻解碼器。當耳機的阻抗為16Ω時，它的輸出功率為13mW。PCM1770使用的電源范圍為1.6～3.6V，支持標準的I2S音頻接口。對DAC的操作是通過SPI接口實現(xiàn)的。它的音量也由軟件控制，音量控制一共分為64個等級。

電路的處理器使用Atmel公司的AT91SAM7S64。它有64KB的FLASH程序存儲器，16KB的內(nèi)部SRAM，是高性能的32位RISC架構(gòu)的ARM7處理器，最高工作頻率可達55MHz。它一共有64個引腳，PIO控制的I/O驅(qū)動電流可以達到8mA，PA0～PA3可以達到16mA，但所有I/O電流之和不能超過150mA。這款處理器具有SSC同步串行控制器，支持I2S標準，也有SPI接口，可以設定8到16位的數(shù)據(jù)長度，每個SPI接口有4個片選線。這樣，處理器與DAC解碼器的數(shù)據(jù)傳輸、控制命令的發(fā)送都可以在硬件上連接實現(xiàn)。

可實現(xiàn)功能

這個制作完成后，將CD音質(zhì)的WAV文件復制到SD卡內(nèi)，文件必須存放在根目錄下。程序通過AT91SAM7S64的SSC串行控制器，把音頻的數(shù)據(jù)流通過SSC接口傳輸?shù)絋I的音頻DAC上。這樣，耳機就播放出動聽的音樂了。播放器使用普通的微動按鈕控制，一共用了5個按鈕，分別實現(xiàn)音量、選曲、播放、暫停等控制。

工作原理

整個制作，由圖11.1所示的AT91SAM7 S64 最小系統(tǒng)(左邊)、洞洞板(中間)和轉(zhuǎn)接成DIP封裝的PCM1770 DAC(右邊)組成。

圖11.1 制作所需的各部分實物

這款音樂播放器的工作原理并不復雜。主要由5大部分組成：

(1)AT91SAM7S64最小系統(tǒng)，比51單片機最小系統(tǒng)稍微復雜些。

(2)PCM1770 I2S音頻解碼器，用于驅(qū)動耳機或音響，播放音樂。

(3)SD卡存儲卡，存放44.1kHz/16位的WAV格式的音樂文件。

(4)5個普通的微動按鈕，功能分別為：控制音量、前后選擇音樂和播放/暫停音樂。

(5)簡單的用穩(wěn)壓芯片將5V的USB電源轉(zhuǎn)換成3.3V的電路工作電源。

音樂播放器的原理圖如圖11.2所示，可分為5大部分：左上角為穩(wěn)壓電路，左下角為5個微動按鈕，右上角為SD卡，右下角為TI的音樂DAC芯片，中間的就是AT91SAM7S64的最小系統(tǒng)了。

1.穩(wěn)壓電源

圖11.2 電路原理圖

它使用1117-3.3V的穩(wěn)壓芯片，把USB接口的5V電源轉(zhuǎn)換成3.3V。4個電容起到濾波作用。穩(wěn)壓芯片可以采用SPX1117-3.3V、LM1117-3.3V或AMS1117-3.3V。如果使用有極性的電解電容，不要粗心地把正負極性弄反。

2. 5個微動按鈕

這5個微動按鈕排列成經(jīng)典的上下、左右、中間的十字結(jié)構(gòu)，它的控制功能大家很容易理解，分別是上下為音量控制、左右為切換歌曲控制、中間為暫停/繼續(xù)播放控制。

3. SD 卡

使用了它的SPI接口，直接和ATM7的SPI接口的NPCS0、MOSI、MISO、SPCK連接，在程序中我使用了系統(tǒng)時鐘16.9344MHz作為SPCK時鐘，這樣它的傳輸速率才可以超過CD音樂格式標準的數(shù)據(jù)流速度。

4. TI的DAC

這是這個系統(tǒng)最關鍵的地方，它需要SPI接口控制它，同時又需要I2S接口給它提供數(shù)據(jù)流。它的SPI控制接口與AT91SAM7S64的NPCS1、MOSI、MISO、SPCK引腳相連，程序通過拉低 NPCS0 與 NPCS1 這兩個引腳來片選 SD 卡或 DAC 芯片。在傳輸數(shù)據(jù)時，可以拉低不同的片選信號來指定傳輸?shù)姆较?。DAC的LRCK、DATA、BCK接口分別與RAM7的TF、TD、TK連接。但由于DAC芯片還需要系統(tǒng)時鐘，它可以是128fs、192fs、256fs或384fs(fs為音樂的采樣率，如44.1kHz采樣率)。所以，我通過ARM7的PCK0引腳輸出384fs頻率的時鐘。最后，還可以通過控制DAC的PD引腳為0，讓DAC休眠，減低它的功耗。

5. AT91SAM7S64 最小系統(tǒng)

正確連接好處理器各內(nèi)部控制器的電源，如VDDFALSH、VDDIO、VDDCORE、VDDPLL等，確認USB的D+上拉電阻到3.3V。在播放44.1kHz音樂時，確認使用的是16.9344MHz晶體(在下載程序時使用18.432MHz)。最后，在AT91SAM7S64的PLL RC引腳上連接 PLL濾波用的電容。這樣，ARM7上電后就能運行代碼了。

AT91SAM7S64的電源系統(tǒng)比較復雜，但還好僅僅需要單一的3.3V電壓，即可解決所有供電問題。電源使用USB的5V電壓，經(jīng)過1117-3.3V穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓，然后給DAC、AT91SAM7S64、SD卡供電。AT91SAM7S64還需要1.8V的電源電壓，好在它內(nèi)部集成的電壓調(diào)節(jié)功能，能輸出1.8V電壓。

AT91SAM7S64處理器只要正確連接好需要的2種電源電壓(3.3V、1.8V)，焊接上18.432MHz的外部晶體，并且連接上簡單的USB接口電路，在物理上就能夠下載程序了。注意，當使用18.432MHz的外部晶體時，燒錄文件才能通過USB接口下載。但由于音樂播放器需要16.9344MHz的外部晶體，才能以正常的速率播放CD采樣率(44.1kHz)的音樂。因此，下載好程序后，還需要切換晶體。這一步麻煩些。

程序首先初始化AT91SAM7S64的SPI接口和SSC接口，并使能PIOA引腳(連接按鈕的引腳)和SSC接口(I2S接口)的中斷。等初始化接口完畢后，程序才能通過已經(jīng)正確配置的接口，初始化音頻DAC、SD卡設備。等這些操作完成后，程序會通過讀取SD卡的特定扇區(qū)，識別文件系統(tǒng)種類，并搜索根目錄下的第1個音樂文件。最后，通過按鈕控制，實現(xiàn)音樂的播放。

使用方法

先要格式化SD卡，使用FAT(FAT12與FAT16的合集)或FAT32都可以。然后，復制44.1kHz、16位的WAV音樂到SD卡上(注意，請復制到根目錄)。插上USB電源后，按中間的播放/暫停按鈕播放音樂(音樂播放器在上電時不能自動播放，還需要按下播放/暫停按鈕才能播放)。

燒錄文件的下載與使用

1. 引導代碼簡介

AT91SAM7S64內(nèi)部含有一段叫SAM-BA BOOT的程序，它在出廠時已被固化，不會被擦除，也不會被改變。在特定的條件下，它會被復制到內(nèi)部Flash中，這個復制的過程叫系統(tǒng)程序恢復。系統(tǒng)程序恢復后，下一次上電或手動復位時，SAM-BA BOOT代碼就會運行了，它使用片上集成的USB或DEBUG串口與上位機通信，實現(xiàn)自編程。

2. 恢復啟動代碼

在PA0、PA1、PA2、TST這4個引腳保持高電平的狀態(tài)下，上電并等待10s。由于上電時PA0、PA1、PA2默認上拉電阻使能了，所以這3個引腳可以懸空。而TST引腳內(nèi)部下拉電阻使能，因此需要通過外部電路將TST引腳拉高。

10秒后當芯片再次上電時(記得恢復TST引腳為低電平)，就會運行SAM-BA BOOT程序了。這時，把芯片的USB接口連接上電腦，電腦上就會發(fā)現(xiàn)新硬件，并自動安裝驅(qū)動。當然，前提是你在電腦上已經(jīng)安裝了SAM-BA ISP下載軟件。

3. 關于 ERASE 引腳

上電時ERASE引腳的上拉可以用來擦除內(nèi)部Flash的安全位，并且會在50ms的時間內(nèi)完成。它的作用是使整個內(nèi)部Flash存儲器的內(nèi)容被清除掉。當完成這些操作后，安全位才會清除。

當你使用SAM-BA對器件編程后，執(zhí)行了Enable Security Bit操作，即編程了Flash安全位，那么下一次恢復系統(tǒng)程序前必須拉高ERASE引腳。

4. SAM-BA 軟件使用

首先，安裝SAM-BA ISP軟件，它會連同驅(qū)動一起安裝的。這樣，當把已經(jīng)恢復啟動代碼的ARM7插入USB接口時，驅(qū)動即可自動安裝，并在設備管理器里多出如圖11.3所示的設備。

然后，雙擊軟件運行，出現(xiàn)圖11.4所示的運行畫面。選擇圖11.4所示的連接方式“\usbARM0”和開發(fā)環(huán)境“AT91SAM7S64-EK”后，按“Connect”后連接。接著，燒錄軟件的主界面就會跳出，如圖11.5所示。

圖11.3

圖11.4

圖11.5

然后，點擊“Send File”按鈕，選擇燒錄用的BIN文件。最后，點擊“Send”發(fā)送即可。期間會彈出扇區(qū)解鎖確認和扇區(qū)鎖定確認對話框，點擊“Yes”即可。

幾秒后，程序就燒錄完畢了。重新上電后，音樂播放器的代碼就能成功運行了。

制作簡介

其實，整個制作對剛學習ARM7處理器的人也不難。買一個AT91SAM7S64的最小系統(tǒng)，它的32個PIO口一般都會引出來的，并用插針連接。只需要自己做底板，焊接好插座，就能方便地合并了。

我做的這個底板是用萬用板制作的，尺寸大約是10cm×10cm。仔細觀察的朋友，還會發(fā)現(xiàn)，這個底板的功能不僅僅是特意用來做音樂播放器的，還可以做許多關于ARM7的小實驗。

底板的反面我用絕緣導線連接線路，這也是我目前喜歡的做法(見圖11.6)。如果覺得難看，大家還可以自制PCB的底板，這樣也能輕松焊接。

為了使自己的制作更美觀，我又在網(wǎng)上買了片1.8mm厚的有機玻璃板。用小鋸切割成10cm×10cm大小后，用砂紙仔細打磨。打磨好后在合適的位置上鉆孔，最后用2mm的螺絲和對應的銅座固定，這個制作的外觀就完成了(見圖11.7)。

大家會發(fā)現(xiàn)制作的正面還有一根飛線，這是由于我買的最小系統(tǒng)，3.3V的電源插針沒有向下引出，只好拿了條杜邦線連接到底板了。

圖11.6 用絕緣導線連接底板背面的線路

圖11.7 用有機玻璃制作播放器的外殼