在從事單片機的教學中，由于學生對有聲音和顯示的制作項目更感興趣一些,。因此,，在學習過程中這種興趣往往能讓他們完成項目，獲得成就感,，從而學到更多的東西,。
目前在技術上，聲音的存儲大都使用大容量的NAND FLASH,，但一般按照文件系統(tǒng)的方式存儲,，這對學生有一定的難度,。本聲音播放器的聲音文件采用非文件方式存儲在NAND FLASH中，這樣在不需要太多背景知識的情況下,，可以比較簡單地使用大容量的NAND FLASH存儲器,，降低了使用NAND FLASH存儲器的難度和成本。
1 聲音播放器總體設計方案
聲音播放器總體設計框圖如圖l所示,。其中存儲器用于存放聲音文件,，單片機將存儲器中的聲音文件名顯示在顯示器上，并根據按鍵選擇要播放的聲音文件,，從存儲器中將聲音文件的數據送到內部的D／A轉換器,，D／A的輸出通過功放放大后送到喇叭放出聲音,。
圖1 聲音播放器總體設計框圖
其中,，在選擇存儲器時，應滿足大容量,、非易失,、價格便宜等條件，根據上述條件,，NAND FLASH為最佳選擇,，這里選用K9G8G08型NAND FLASH，其容量是1 G字節(jié),。對于WAV格式的語音信息,，8 bit、22．05 kHz,、單聲道足以滿足一般需求,，而對于音樂(歌曲)來講，44．1 kHz的采樣頻率也能達到較好效果,，因此,，該器件中能存儲約800 min語音或400 min音樂；顯示器采用122x32的LCM,，內置控制器為SEDl520,，可以顯示14個漢字或28個英文字符；按鍵主要有放音／暫停,、停止,、上翻、下翻等,，采用獨立式按鍵,；單片機選用ELAN的EPG3231，該器件與5l系列單片機使用相似,。
設計聲音播放器關鍵需要考慮：聲音數據以何種格式,、何種方式載入K9G8G08,。一種可直接用一個U盤，通過計算機將數據下載到K9G8G08中,，聲音數據以文件方式存放,。但這樣必須在單片機中完成與U盤的接口連接，并且要熟悉計算機的文件格式,，這對單片機的初學者來講難度比較大,。另一種是將聲音數據按順序存放在K9G8G08中(遇到壞塊時跳過即可)，這樣數據存放的物理地址對開發(fā)者來講是透明的,，再使用下載器就可以將聲音數據載入K9G8G08中,。如果將下載器和聲音播放器做在一起，同樣可以在線下載數據,。
2 聲音播放器硬件電路設計
2．1 K9G8G08簡介
K9G8G08是三星公司生產的1 Gx8 bit的NAND FLASH存儲器,，工作電壓為2．7～3．6 V，內部存儲結構為(2 K+64)字節(jié)／頁×128頁／塊×4096塊,。外部電路通過共用的8位I／0端口分時訪問其命令寄存器,、地址寄存器和數據寄存器，實現對器件讀,、寫和擦除等操作,。其存儲器的命名方式參見文獻。K9G8G08采用48引腳的TSOP封裝,，其引腳配置如圖2所示,。
圖2 K9G8G08引腳配置
2．2 EPG3231簡介
EPG323l是ELAN公司的8位RISC單片機，它有11個8位并行口,、1個8位電流輸出型的D／A,、1個10位逐次逼近型A／D、1個通用異步收發(fā)器UART,、1個8,，16，24位的串行外設接口SPI,、3個定時器等,，硬件資源豐富，還支持手寫識別,、語音識別,、ADPCM編解碼等功能。另外,，EPG3-23l的速度較快,，在時鐘頻率為16 MHz時，指令周期為125 ns,。
2．3 EPG3231與K9G8G08的電路連接
圖3為EPG3231與K9G8G08的電路連接圖,。圖中沒有給出K9G8G08,，只給出了EPG323l的基本電路及用網絡標號標出的與K9G8G08的連接引腳。K9G8G08的19引腳是寫保護,，在實際電路中接+3．3 V(不保護),。需要說明的是，EPG323l的D／A輸出是48引腳(PBl),，輸出電流信號,，需要將其輸出轉換為電壓信號再送至后續(xù)的功放。其中比較簡單且可行的做法是在PBl與地之間接一只電阻來完成電流與電壓的轉換,，關鍵是該電阻的取值,。若電阻阻值較大，輸出波形的上部會出現限幅失真,；若阻值較小,，則不能最大限度地利用D／A的動態(tài)范圍。因此確定該電阻阻值的方法是：先接一只可調電阻,，寫一段測試程序,，向D／A反復連續(xù)地送00～FFH的數值,，通過示波器觀察PBl輸出,，調整可調電阻，使輸出為不失真的鋸齒波,，且最高點為3．3 V(即參考電源VREX(70引腳)電壓),。
圖3 EPG3231與K9G8G08的電路連接圖
另外，圖3中使用EPG323l的D端口(PD0～PD7)與K9G8G08的I／O端口相連,，這個端口必須是雙向的,，使用其他的雙向端口也可以，但不要使用J端口和K端口,，這兩個端口適用按鍵的輸入／輸出(矩陣鍵盤時的掃描輸出),，速度比較慢，不能用于與K9G8G08的通信,。還需注意的是,，由于WAV文件中的編碼是無符號數(即OOH是最低電平，FFH是最高電平),，而EPG323l的D／A輸入是有符號數(即80H是最低電平,，7FH是最高電平)，所以程序中應將WAV聲音數據的最高位取反后送到D／A,。
3 聲音播放器軟件設計
在聲音播放器軟件設計之前,，應確定好K9G8G08中數據存放的格式。
首先是地址的格式,。對K9G8G08內部存儲單元操作的地址是分5個字節(jié)送出的,，所以地址的格式最好是按這5個字節(jié)編排,，如表l所示。
表一 地址的格式
其次,，根據NAND FLASH的特點,，其內部是可能有壞塊(BAD BLOCK)存在的，但BLOCK 0一定是有效塊(VALID BLl3CK),，所以將壞塊信息存在BLOCK 0中,。而K9G8G08的有效塊的個數在3 99* 096之間，也就是說,，壞塊的個數不大于100個,。塊地址是由A19～A30決定的，為方便程序的編寫,，將塊地址分3個字節(jié)存儲,，各個地址位的安排同表1中的第3、4,、5個字節(jié),，將A12～A18位放O。壞塊信息存儲區(qū)最多占用300個字節(jié),。
第三,，將聲音文件的目錄也存在BLOCK O中。目錄中的每條記錄占用64字節(jié),，其中前5個字節(jié)是聲音文件的起始地址,，同樣為了方便程序的編寫，每字節(jié)中包含的地址位與表1一致,；后面的59個字節(jié)是聲音的名字,，比如歌曲名等，用0表示結束,，如表2所示,。從表2中可知，目錄區(qū)最多有4 088個記錄,，應該能滿足一般的需要,。
表二 存儲區(qū)分配
軟件設計中最關鍵的是對K9G8G08的操作。該聲音播放器中,，程序只需對K9G8G08進行讀操作即可,。圖4為讀K9G8G08的軟件設計流程。
圖4 K9G8G08的軟件設計流程
對K9G8G08讀操作的程序在定時器中斷中調用,。對于22．05 kHz或44．1 kHz的WAV文件,，定時器的中斷周期分別為45．4μs或22．7μs。對于單聲道,、8 bit的WAV文件,，其頻率可以在文件頭的第18H,、19H字節(jié)得到，對于22．05 kHz和44．1 kHz的WAV文件,，這兩個字節(jié)的值分別是22H,、56H和44H、ACH,，聲音信息從第2CH個字節(jié)開始,。需要說明：1)寫入命令的操作包括送出命令字和在寫(WE)控制線上產生下降沿；2)寫入5字節(jié)地址的操作要按表1中的順序向K9G8G08寫入5個字節(jié)的地址,。每個地址的寫入包括送出地址和在寫(WE)控制線上產生下降沿,；3)輸入數據的操作包括在讀(RE)控制線上產生上升沿和讀入數據。
4 結束語
由于對不同型號的NAND FLASH的操作有可能略有差別,，所以如果要使播放器同時能支持多種NAND FLASH,，應該在程序中讀取器件的ID，根據其ID選擇不同的讀NAND FLASH的程序,。三星NAND FLASH的ID參見文獻,。該聲音播放器具有盒式錄音機和復讀機的放音功能，如果增加錄音功能,，它完全可以是盒式錄音機和復讀機的替代品,，因為它有不用磁帶和沒有復雜的、易損壞的機械結構的優(yōu)點,，是前兩者不能相比的,。只是由于8 bit的量化分辨率略低了點，體現在播放音量較小的語音時,，有點“嗚嗚”的噪音，這是量化誤差引起的,?？梢圆捎迷诓シ牌髦惺褂?6 bit的WAV文件的方法來解決，但這會增加一倍的數據量,。也可以通過使用MP3文件的方法來解決,，這時它就是一臺MP3播放器了，但需要增加MP3解碼器(或用軟件解碼),。這里所提出的對NAND FLASH的使用方法簡單易行,，基本上類似于對NOR FLASH或SRAM的使用，存儲器的物理地址對程序員來講是透明的,，易于理解和控制,。