在校学习期间，教我单片机的王老师时常提起ARM处理器
她提醒我说，我们是计算机专业的，应该研究嵌入式系统
起因是，我喜欢单片机，而单片机偏偏在我们学校是电子系的专业
把单片机玩转了，对于计算机专业的我，就显得偏离专业了
那时，我还是头脑一热，在网上买了一个AT91SAM7S64最小系统
但是，一直没有像样地玩它
只是断断续续地写了几个简单的程序，像学习51单片机一样学它
随着时间的推移，它被遗忘在一边了
不过这几天在整理零碎时，我又开始注意到它了
这次制作的主题是——做一款能够媲美山寨CD机的音乐播放器
随着MP3、MP4、手机、PMP等便携播放器的出现，在市场上很少看到专门卖CD机的柜台了
想想也是，现在马路上很少看到有人拿个硕大的CD机听音乐
最主要的原因，估计是CD光盘尺寸偏大，携带不便，所以现在听MP3的人越来越多了
但是，不管怎样，CD的音质还是相当好的
还记得去年，我制作了一款M8音乐播放器，朋友听了后，直接评价那音质不行
我解释说，那是8位的播放器，还是被他鄙视了
太伤我心了
于是，我又琢磨着做一款新的播放器，希望它超过普通MP3的音质
这回做好后，又特意给那位朋友试听了一下，这次他评价说，这音质的确超过普通MP3了
下面我会和大家分享制作它的过程
主要芯片介绍这次制作的音乐播放器使用了TI公司的PCM1770，它是24位低功耗立体声音频DAC
由于它能够直接驱动耳机，所以选择它作为音频解码器
当耳机的阻抗为16Ω时，它的输出功率为13mW
PCM1770使用的电源范围为1.6～3.6V，支持标准的I2S音频接口
对DAC的操作是通过SPI接口实现的
它的音量也由软件控制，音量控制一共分为64个等级
电路的处理器使用Atmel公司的AT91SAM7S64
它有64KB的FLASH程序存储器，16KB的内部SRAM，是高性能的32位RISC架构的ARM7处理器，最高工作频率可达55MHz
它一共有64个引脚，PIO控制的I/O驱动电流可以达到8mA，PA0～PA3可以达到16mA，但所有I/O电流之和不能超过150mA
这款处理器具有SSC同步串行控制器，支持I2S标准，也有SPI接口，可以设定8到16位的数据长度，每个SPI接口有4个片选线
这样，处理器与DAC解码器的数据传输、控制命令的发送都可以在硬件上连接实现
可实现功能这个制作完成后，将CD音质的WAV文件复制到SD卡内，文件必须存放在根目录下
程序通过AT91SAM7S64的SSC串行控制器，把音频的数据流通过SSC接口传输到TI的音频DAC上
这样，耳机就播放出动听的音乐了
播放器使用普通的微动按钮控制，一共用了5个按钮，分别实现音量、选曲、播放、暂停等控制
工作原理整个制作，由图11.1所示的AT91SAM7 S64 最小系统(左边)、洞洞板(中间)和转接成DIP封装的PCM1770 DAC(右边)组成
图11.1 制作所需的各部分实物这款音乐播放器的工作原理并不复杂
主要由5大部分组成：(1)AT91SAM7S64最小系统，比51单片机最小系统稍微复杂些
(2)PCM1770 I2S音频解码器，用于驱动耳机或音响，播放音乐
(3)SD卡存储卡，存放44.1kHz/16位的WAV格式的音乐文件
(4)5个普通的微动按钮，功能分别为：控制音量、前后选择音乐和播放/暂停音乐
(5)简单的用稳压芯片将5V的USB电源转换成3.3V的电路工作电源
音乐播放器的原理图如图11.2所示，可分为5大部分：左上角为稳压电路，左下角为5个微动按钮，右上角为SD卡，右下角为TI的音乐DAC芯片，中间的就是AT91SAM7S64的最小系统了
1.稳压电源图11.2 电路原理图它使用1117-3.3V的稳压芯片，把USB接口的5V电源转换成3.3V
4个电容起到滤波作用
稳压芯片可以采用SPX1117-3.3V、LM1117-3.3V或AMS1117-3.3V
如果使用有极性的电解电容，不要粗心地把正负极性弄反
2. 5个微动按钮这5个微动按钮排列成经典的上下、左右、中间的十字结构，它的控制功能大家很容易理解，分别是上下为音量控制、左右为切换歌曲控制、中间为暂停/继续播放控制
3. SD 卡使用了它的SPI接口，直接和ATM7的SPI接口的NPCS0、MOSI、MISO、SPCK连接，在程序中我使用了系统时钟16.9344MHz作为SPCK时钟，这样它的传输速率才可以超过CD音乐格式标准的数据流速度
4. TI的DAC这是这个系统最关键的地方，它需要SPI接口控制它，同时又需要I2S接口给它提供数据流
它的SPI控制接口与AT91SAM7S64的NPCS1、MOSI、MISO、SPCK引脚相连，程序通过拉低 NPCS0 与 NPCS1 这两个引脚来片选 SD 卡或 DAC 芯片
在传输数据时，可以拉低不同的片选信号来指定传输的方向
DAC的LRCK、DATA、BCK接口分别与RAM7的TF、TD、TK连接
但由于DAC芯片还需要系统时钟，它可以是128fs、192fs、256fs或384fs(fs为音乐的采样率，如44.1kHz采样率)
所以，我通过ARM7的PCK0引脚输出384fs频率的时钟
最后，还可以通过控制DAC的PD引脚为0，让DAC休眠，减低它的功耗
5. AT91SAM7S64 最小系统正确连接好处理器各内部控制器的电源，如VDDFALSH、VDDIO、VDDCORE、VDDPLL等，确认USB的D+上拉电阻到3.3V
在播放44.1kHz音乐时，确认使用的是16.9344MHz晶体(在下载程序时使用18.432MHz)
最后，在AT91SAM7S64的PLL RC引脚上连接 PLL滤波用的电容
这样，ARM7上电后就能运行代码了
AT91SAM7S64的电源系统比较复杂，但还好仅仅需要单一的3.3V电压，即可解决所有供电问题
电源使用USB的5V电压，经过1117-3.3V稳压芯片稳压，然后给DAC、AT91SAM7S64、SD卡供电
AT91SAM7S64还需要1.8V的电源电压，好在它内部集成的电压调节功能，能输出1.8V电压
AT91SAM7S64处理器只要正确连接好需要的2种电源电压(3.3V、1.8V)，焊接上18.432MHz的外部晶体，并且连接上简单的USB接口电路，在物理上就能够下载程序了
注意，当使用18.432MHz的外部晶体时，烧录文件才能通过USB接口下载
但由于音乐播放器需要16.9344MHz的外部晶体，才能以正常的速率播放CD采样率(44.1kHz)的音乐
因此，下载好程序后，还需要切换晶体
这一步麻烦些
程序首先初始化AT91SAM7S64的SPI接口和SSC接口，并使能PIOA引脚(连接按钮的引脚)和SSC接口(I2S接口)的中断
等初始化接口完毕后，程序才能通过已经正确配置的接口，初始化音频DAC、SD卡设备
等这些操作完成后，程序会通过读取SD卡的特定扇区，识别文件系统种类，并搜索根目录下的第1个音乐文件
最后，通过按钮控制，实现音乐的播放
使用方法先要格式化SD卡，使用FAT(FAT12与FAT16的合集)或FAT32都可以
然后，复制44.1kHz、16位的WAV音乐到SD卡上(注意，请复制到根目录)
插上USB电源后，按中间的播放/暂停按钮播放音乐(音乐播放器在上电时不能自动播放，还需要按下播放/暂停按钮才能播放)
烧录文件的下载与使用1. 引导代码简介AT91SAM7S64内部含有一段叫SAM-BA BOOT的程序，它在出厂时已被固化，不会被擦除，也不会被改变
在特定的条件下，它会被复制到内部Flash中，这个复制的过程叫系统程序恢复
系统程序恢复后，下一次上电或手动复位时，SAM-BA BOOT代码就会运行了，它使用片上集成的USB或DEBUG串口与上位机通信，实现自编程
2. 恢复启动代码在PA0、PA1、PA2、TST这4个引脚保持高电平的状态下，上电并等待10s
由于上电时PA0、PA1、PA2默认上拉电阻使能了，所以这3个引脚可以悬空
而TST引脚内部下拉电阻使能，因此需要通过外部电路将TST引脚拉高
10秒后当芯片再次上电时(记得恢复TST引脚为低电平)，就会运行SAM-BA BOOT程序了
这时，把芯片的USB接口连接上电脑，电脑上就会发现新硬件，并自动安装驱动
当然，前提是你在电脑上已经安装了SAM-BA ISP下载软件
3. 关于 ERASE 引脚上电时ERASE引脚的上拉可以用来擦除内部Flash的安全位，并且会在50ms的时间内完成
它的作用是使整个内部Flash存储器的内容被清除掉
当完成这些操作后，安全位才会清除
当你使用SAM-BA对器件编程后，执行了Enable Security Bit操作，即编程了Flash安全位，那么下一次恢复系统程序前必须拉高ERASE引脚
4. SAM-BA 软件使用首先，安装SAM-BA ISP软件，它会连同驱动一起安装的
这样，当把已经恢复启动代码的ARM7插入USB接口时，驱动即可自动安装，并在设备管理器里多出如图11.3所示的设备
然后，双击软件运行，出现图11.4所示的运行画面
选择图11.4所示的连接方式“\usb\ARM0”和开发环境“AT91SAM7S64-EK”后，按“Connect”后连接
接着，烧录软件的主界面就会跳出，如图11.5所示
图11.3图11.4图11.5然后，点击“Send File”按钮，选择烧录用的BIN文件
最后，点击“Send”发送即可
期间会弹出扇区解锁确认和扇区锁定确认对话框，点击“Yes”即可
几秒后，程序就烧录完毕了
重新上电后，音乐播放器的代码就能成功运行了
制作简介其实，整个制作对刚学习ARM7处理器的人也不难
买一个AT91SAM7S64的最小系统，它的32个PIO口一般都会引出来的，并用插针连接
只需要自己做底板，焊接好插座，就能方便地合并了
我做的这个底板是用万用板制作的，尺寸大约是10cm×10cm
仔细观察的朋友，还会发现，这个底板的功能不仅仅是特意用来做音乐播放器的，还可以做许多关于ARM7的小实验
底板的反面我用绝缘导线连接线路，这也是我目前喜欢的做法(见图11.6)
如果觉得难看，大家还可以自制PCB的底板，这样也能轻松焊接
为了使自己的制作更美观，我又在网上买了片1.8mm厚的有机玻璃板
用小锯切割成10cm×10cm大小后，用砂纸仔细打磨
打磨好后在合适的位置上钻孔，最后用2mm的螺丝和对应的铜座固定，这个制作的外观就完成了(见图11.7)
大家会发现制作的正面还有一根飞线，这是由于我买的最小系统，3.3V的电源插针没有向下引出，只好拿了条杜邦线连接到底板了
图11.6 用绝缘导线连接底板背面的线路图11.7 用有机玻璃制作播放器的外壳