基于FPGA的MP3播放器的设计与实现研究

段纯爽，文建钦

四川工商学院，四川成都 611745

基于FPGA的MP3播放器的设计与实现研究

段纯爽，文建钦

四川工商学院，四川成都 611745

随着科学技术的不断发展，在MP3播放器的设计过程中，也开始应用越来越多的先进技术，本文主要研究的是以FPGA为基础的MP3播放器的设计与实现，文章主要从硬件部分与软件部分两方面出发，分析了设计过程中主控制逻辑与FLASH控制这两个难点，并论述MP3播放器的未来发展方向，以期可以为相关研究提供意见借鉴。

FPGA；MP3播放器；控制器

FPGA，又被称为现场可编程门阵列，在以其为基础的MP3播放器设计过程中，能够实现对系统预存曲目的循环播放；建立播放列表；选择播放模式；对音频实现快进、快退、暂停、播放等功能；选择音频等功能。在现代社会压力日益增大的今天，人们越来越倾向于运用“听音乐”的方式来舒缓压力，而MP3音乐播放器以其小巧轻便、易于操作等优势，有着广大的发展市场。

1 MP3播放器的硬件部分

MP3播放器主要有五个硬件部分组成，CLK与按键两部分构成了播放器的输入模块；数码管与喇叭两部分构成了播放器的输出模块；FPGA是整个系统最重要的核心部分，如图1所示。这样的设计方式源于Altera公司，在其设计的Cyclone系列产品中，运用了EP1C2QC8当做产品的核心芯片，并对其电路板进行了自主研发与设计，加之与其配套的外围电路板，形成了MP3播放器主要的系统硬件[1]。

图1 硬件设计框图

2 MP3播放器的软件部分

MP3播放器主要由输入模块、输出模块以及FPGA组成，而FPGA是整个播放器的设计核心，也是软件设计的主要集中区域，因此，本节主要论述的是FPGA中的软件设计。FPGA的内部结构主要由六个模块组成，如图2所示，分别为主控制逻辑、用户接口控制、FLASH控制、转换器接口、电源管理、USB接口[2]。其中，主控制逻辑与FLASH控制这两个模块是软件设计中最关键的部分。

2.1 主控制逻辑模块

该模块主要负责的是系统的信号接收工作，并根据接收到的信号发出有针对性的控制信号，从而实现对MP3播放器中其他模块的控制与协调。该模块主要分为主逻辑与播放逻辑两部分，前者主要负责控制系统功能执行的先后顺序，并将控制信号传送到其他模块中，还能操作系统中的参数寄存器，从而改变频率、音量等相关参数。后者主要负责播放器的音频播放，在收到播放指令以后，将Read传输到FLASH控制模块中，从而实现对音频的播放。

图2 软件设计框图

2.2 FLASH控制模块

FLASH内存是MP3播放器设计过程中最大的成本因素，能够对音乐FLASH与地址FLASH存储器进行控制。FLASH控制模块具体还可以分为以下三个模块，第一，下载控制模块，该模块能够完成与USB接口模块之间的握手协议。第二，用户命令模块，该模块主要完成对用户指令的察觉与执行，并在这个过程中对FLASH存储器进行控制，REW指令可以通过增加音乐轨道数的方式来实现，FWD指令则可以通过减少音乐轨道数的方式来实现。第三，FLASH逻辑控制模块，该模块主要负责对FLASH存储器进行管理，不仅能够实现对数据的编写、删除以及读写，还能够实现对地址计数器的增加、减少以及复位。

2.3 其他模块

用户接口控制模块主要负责对用户相关操作进行控制，与此同时，还可以在显示器中将MP3播放器当前的状态显示给用户。转换器接口即I2C控制模块，该模块是一个2位的I/O端口，通过相关软件来实现任务的执行，主要作用于状态缓存器与控制缓存器。电源管理模块是决定设备功耗性与可靠性的模块。USB接口模块主要负责的是音频文件的下载与传输，并将已经下载完成的音频文件存放到FLASH存储器中。

3 MP3播放器的发展方向

随着科学技术的不断发展与人们审美需求的日益变化，电子产品的设计也逐渐趋向于小而精巧，MP3播放器正是迎合了社会大众与消费市场的实际需求。相较于CD播放器等传统音乐播放器，MP3播放器之所以更受消费者欢迎，正是因为其具有体积小、重量轻的优势。现阶段，市场上的MP3播放器体积越来越小，重量也越来越轻，这也是未来MP3播放器发展的一个主要设计趋势与设计方向。

另外，功能性也是消费者对电子产品的一个主要需求，人们想要花费更少的钱，获得具有更多功能的产品，因此，MP3播放器的设计也需要满足人们的需求，在少增加甚至不增加生产成本的前提下，在MP3播放器中加入更多功能，以占领更多的消费市场[3]。当前，很多MP3播放器中已经开始加入录音功能与收音功能，在未来的发展中，MP3播放器还可以在小体积的基础上，加入一些PDA功能，以提升MP3播放器的功能性。

4 结论

综上所述，以FPGA为基础的MP3播放器主要可以分为硬件与软件两个组成部分，相比来讲，软件部分的设计与应用对MP3播放器来说更加重要。在六个主要的软件模块中，主控制逻辑与FLASH控制这两个模块是MP3播放器设计与应用过程中的关键。根据市场的变化与消费者的需求，未来MP3播放器的设计将更倾向于小而精巧与多功能性。

[1]焦正才，樊文侠.基于Qt/Embedded的MP3音乐播放器的设计与实现[J].电子设计工程，2012，7：148-150.

[2]邹清平，卢森幸.一种基于ATmega32控制的MP3播放器的设计与实现[J].中国科技信息，2012，24：118，121.

[3]李航，谢希望，宋丹.2010年全国大学生电子信息实践创新作品本科综合组一等奖基于ARM的MP3播放器的设计与实现[J].电子世界，2011，7：45-46.

TN6

A

1674-6708（2015）148-0122-01

段纯爽，讲师，实验师，本科，研究方向：电子信息