这里我们围绕芬兰VLSI公司出品的VS1003来进行解MP3的实现方法。
1、VS1003芯片
1）芯片简介
VS1003是由荷兰VLSI公司出品的一款单芯片的MP3/WMA/MIDI音频解码和ADPCM编码芯片，其拥有一个高性能低功耗的DSP处理器核VS_DSP，5K的指令RAM，0.5K的数据RAM，串行的控制和数据输入接口， 4个通用IO口，一个UART口；同时片内带有一个可变采样率的ADC、一个立体声DAC以及音频耳机放大器。
VS1003通过一个串行接口来接收输入的比特流，它可以作为一个系统的从机。输入的比特流被解码，然后通过一个数字竟是控制器到达一个18位过采样多位 ε-ΔDAC。通过串行总线控制解码器。除了基本的解码，在用户RAM中它还可以做其他特殊应用，例如DSP音效处理。
2）VS1003特性
1.能解码MPEG1 与MPEG2音频层III（CBR+VBR+ABR）;WMA 4.0/4.1/7/8/9 5~384kbps所有流文件;WAV（PCM+IMA AD-PCM）;产生MIDI/SP-MIDI文件。
2.对话筒输入或线路输入的音频信号进行IMA ADPCMM编码
3.支持MP3和WAVV流
4.高低音控制
5.单时钟12~13MHz
6.内部PLLL锁相环时钟倍频器
7.低功耗
8.内含高性能片上立体声数模转换器，两声道间无相位差
9.内含能驱动30欧负载的耳机驱动器
10.模拟，数字，I/O单独供电
11.为用户代码和数据准备的5.5KB片上RAM
12.串行的控制/数据接口
13.可被用作微处理器的从机
14.特殊应用的SPI Flash引导
15.借高度用途的UART接口
16.新功能可以通过软件和4 GPIO添加
3）VS1003的引脚定义
管脚名称LQFP-48管脚类型管脚功能MICP1AI同相差分话筒输入，自偏压MICN2AI反相差分话筒输入，自偏压XRESET3DI低电平有效，异步复位端DGND04DGND处理器核与I/O地CVDD05CPWR处理器核电源IOVDD06IOPWRI/O电源CVDD17CPEW处理器核电源DREQ8DO数据请求，输入总线GPIO/DCLK9DIO通用I/O2 /串行数据总线时钟GPIO3/SDATA10DIO通用I/O3 /串行数据总线数据XDCS/BSYNC13DI数据片选端/字节同步IOVDD114IOPWRI/O 电源VCO15DO时钟压控振荡器VCO 输出DGND116DGND处理器核与I/O 的地XTALO17AO晶振输出XTALI18AI晶振输入IOVDD219IOPWRI/O 电源DGND220DGND处理器核与I/O 地DGND321DGND处理器核与I/O 地DGND422DGND处理器核与I/O 地XCS23DI片选输入，低电平有效CVDD224CPWR处理器核电源RX26DIUART接收口，不用时接IOVDDTX27DOUART发送口SCLK28DI串行总线的时钟SI29DI串行输入SO30DO3串行输出CVDD331CPWR处理器核电源TEST32DI保留做测试，连接至IOVDDGPIO0/SPIBOOT33DIO通用I/O0 /SPIBOOT,使用100K 下拉电阻GPIO134DIO通用I/O1AGND037APWR模拟地，低噪声参考地AVDD038APWR模拟电源RIGHT39AO右声道输出AGND140APWR模拟地AGND241APWR模拟地GBUF42AO公共地缓冲器AVDD143APWR模拟电源RCAP44AIO基准滤波电容AVDD245APWR模拟电源LEFT46AO左声道输出AGND347APWR模拟地LINE IN48AI线路输入
4）VS1003的功能寄存器
VS1003共有16个16位的寄存器，地址分别为0X0~0XF;除了模式寄存器（MODE，0X0）和状态寄存器（STATUS，0X1）在复位后的初始值分别为0X800和OX3C外，其余的寄存器在VS1003初始化后的值均为0。下面将VS1003各寄存器逐一进行介绍。
1.MODE（地址：0X0 可读写）
bit0:SM_DIFF
SM_DIFF=0 正常音频相位
SM_DIFF=1 左声道反转
当SM_DIFF置位时，VS1003将左声道反相输出，立体声输入将产生环绕效果，对于单声道输入将产生差分（反相）左/右声道信号。
bit1:SM_SETTOZERO
置零。
bit2:SM_RESET
SM_RESET=1，VS1003软复位。软复位之后该位会自动清零。
bit3:SM_OUTOFWAV
SM_OUTOFWAV=1,停止WAV解码。
当你要中途停止WAV、WMA或者MIDI文件的解码时，置位SM_OUTOFWAV，并向VS1003持续发送数据（对于WAV文件发送0）直到将SM_OUTOFWAV清零;同时SCI_HIDAT1也将被清零。
bit4:SM_PDOWN
SM_PDOWN=1，软件省电模式，该模式不及硬件省电模式（可由VS1003的XRESET来激活）。
bit5:SM_TESTS
SM_TESTS=1，进入SDI测试模式。
bit6:SM_STREAM
SM_STREAM=1,使能VS1003的流模式。
bit7:SM_PLUSV
SM_PLUSV=1，MP3+V解码使能。
bit8:SM_DACT
SM_DACT=0，SCLK上升沿有效;SM_DACT=1，SCLK下降沿有效。
bit9:SM_SDIORD
SM_SDIORD=0，SDI总线字节数据MSB在前，即须先发送MSB;
SM_SDIORD=1，SDI总线字节数据LSB在前，即须先发送LSB;
该位的设置不会影响SCI总线。
bit10:SM_SDISHARE
SM_SDISHARE=1,SDI与SCI将共用一个片选信号（同时SM_SDINEW=1），即将XDCS与XCS这两根信号线合为一条，能省去一个IO口。
bit11:SM_SDINEW
SM_SDINEW=1，VS1002本地模式（新模式）。VS1003在启动后默认进入该模式。（这里所说的模式指的是总线模式。）
bit12:SM_ADPCM
SM_ADPCM=1，ADPCM录音使能。
同时置位SM_ADPCM和SM_RESET将使能VS1003的IMA ADPCM录音功能。
bit13:SM_ADPCM_HP
SM_ADPCOM_HP=1，使能ADPCM高通滤波器。同时置位SM_ADPCM_HP、SM_ADPCM和SM_RESET将开启ADPCM录音用高通滤波器，对录音时的背景噪音有一定的抑制作用。
bit14:SM_LINE_IN
录音输入选择，SMLINE_IN=1,选择线入（line in）;SM_LINE_IN=0，选择麦克风输入（默认）。
2.SCI_STATUS(地址：0X1 可读写)
SCI_STATUS为VS1003的状态寄存器，提供VS1003当前状态信息。
3.SCI_BASS(地址：0X2 可读写)
重音/高音设置寄存器。
VS1003的内置的重音增强器VSBE是种高质量的重音增强DSP算法，能够最大限度的避免音频削波。当SB_AMPLITUDE（bit:7~4）不为零时，重音增强器将使能。可以根据个人需要来设置SB_AMPLITUDE。例如，SCI_BASS=0x00f6，即对60Hz以下的音频信号进行 15dB的增强。当ST_AMPLITUDE（bit:15~12）不为零时，高音增强将使能。例如，SCI_BASS=0x7a00，即10kHz以上的音频信号进行10.5dB的增强。
4.SCI_CLOCKF(地址：0X3 可读写)
bit15~bit13:SC_MULT
时钟输入XTALI的倍频设置，设置之后将启动VS1003内置的倍频器。
bit12~bit11:SC_ADD
用于在WMA流解码时给倍频器增加的额外的倍频值。
bit10~bit0:SC_FREQ
当XTALI输入的时钟不是12.288M时才需要设置该位段，其默认值为0,即VS1003默认使用的是12.228M的输入时钟。
5.SCI_DECODE_TIME(地址：0X4 可读写)
解码时间寄存器。当进行正确的解码时，读取该寄存器可以获得当前的解码时长（单位为秒）。可以更改该寄存器的值，但是新值须要对该寄存器进行两次写操作。在每次软件复位或是WAV(PCM、IMA ADPCM、WMA、MIDI)解码开始与结束时SCI_DECODE_TIME的值将清零。
6.SCI_AUDATA(地址：0X5 可读写)
当进行正确的解码时，该寄存器的值为当前的采样率（bit:15~bit1）和所使用的声道（bit0）。采样率须为2的倍数;bit0=0，单声道数据，bit0=1，立体声数据。写该寄存器半直接改变采样率。
7.SCI_WRAM(地址：0X6 可读写)
读寄存器用来加载用户应用程序和数据到VS1003的指令的数据RAM中。起始地址在SCI_WRAMADDR中进行设置，且必须先于读写 SCI_WRAM。对于16位的数据可以在进行一次SCI_WRAM的读写中完成;而对32位的指令字来说则需要两次连续读写。字节顺序是大端模式，即高字节在前，低字节在后。在每一次完成全字读写后，内部指针将自动增加。
8. SCI_WRAMADDR(地址：0X7 可读写)
用于设置RAM读写的首地址。
9.SPI_HDAT0gng SPI_HDAT1(地址：0X8 只读)
这两个寄存器用来存放所解码的音频文件的相关信息，为只读寄存器。
当为WAV文件时，SPI_HDAT0=0X7761，SPI_HDAT1=0X7665;
当为WMA文件时，SPI_HDAT0的值为解码速率（字节/秒），要转换为位率的话则将SPI_HDAT0的值乘8即可，SPI_HDAT1=0X574D;
当为MIDI文件时，SPI_HDAT0的值可以参考VLSI的技术文档第33页，SPI_HDAT1=0X4D54;
当为MP3文件时，SPI_HDAT0和SPI_HDAT1包含较为复杂的信息（来自于解压之后的MP3文件头），包括当前正在 解码的MP3文件的采样率、位率等，具体请参考数据手册的第33页到第34页。复位后SPI_HDAT0和SPI_HDAT1将清零。
10.SCI_AIADDR(地址：0XA 可读写)
用户应用程序的起始地址，初始化先于SCI_WRAMADDR和SCI_WRAM。如果没有使用任何用户应用程序，则该寄存器不应进行初始化，或是将其初始化为零。
11.SCI_VOL(地址：0XB 可读写)
音量控制寄存器。高八位用于设置左声道，低八位用于设置右声道。设置值为最大竟是的衰减倍数，步进值为0.5dB，范围为0到255.最大竟是的设置值为 0x0000，而静音为0xffff。例如，左声道：-2.0dB，右声道：-3.5dB，则SCI_VOL=(4X256)+7=0x0407。硬件复位将使SCI_VOL清零（最大音量），而软件复位将不改变音量设置值。
（设置静音(SCI_COL=0XFFFF)将关闭模拟部分的供电。）
12.SCI_AICTRL[X](地址：0XC~0XF 可读写)
用于访问用户应用程序。
7）VS1003有应用电路
2、VS1003的驱动方法
这里就来介绍单片片对VS1003的控制方法，最终实现MP3播放。
1）准备工作
在对VS1003进行驱动之前，我们需要确保以下几点已经没问题，否则后面的工作都将是没有意义的。
1.VS1003各部分的供电电压与输出电压值是不同的。
供电部分 最小电压 推荐电压 最大电压AVDD（模拟部分） 2.5V 2.8V 3.6VCVDD（数字部分，内核） 2.4V 2.5V 2.7VIOVDD（I/O电压） CVDD-0.6V 2.8V 3.6V
2.VS1003与单片机正确可靠连接。
VS1003与单片机连接的引脚主要有7个，分别为 SO、SI、SCLK、/XCS、/XRESET、DREQ、/XDCS。只有保证它们与单片机正确可靠的连接，才能对VS1003进行有效的操作与控制。
2）写命令操作
要控制VS1003首先要实现的就是写命令，这是控制是否成功的前提。关于通信接口部分，是一种同步串行接口方式（SPI从机模式），它要求SCLK信号必须由外部电路产生，数据（SDATA）在SCLK的上升沿或下降沿时被写入。在笔者的实验中，采用的是软件模拟SPI，读者也可以选用带有硬件SPI的单片机（如STC12系列、AVR系列等），驱动效果会更好。写命令的过程如下：
1.等待DREQ为高（当DREQ为低时，说明芯片还没有就绪）
2.将XCS（命令片选）拉低
3.写入0x02
4.写入寄存器地址
5.分别写入数据的高字节与低字节
6.将XCS置高
实现代码如下：
void wr_commad(unsigned char addr,unsigned char hdat,unsigned char ldat )
{
DREQ=1;
while(!DREQ);
XCS=0;
spi_write(0x02);
spi_write(addr);
spi_write(hdat);
spi_write(ldat);
XCS=1;
}
3）VS1003的初始化
如其它芯片一样，初始化对于VS1003来说同样是极其重要的。初始化的过程大致是这样的：
1.硬件复位：接XRESET拉低
2.延时，将XDCS、XCS、XRESET置高
3.向MODE中写入0X0804
4.等待DREQ为高
5.设置VS1003的时钟：SCI_CLOCKF=0x9800，3倍频
6.设置VS1003的采样率：SPI_AUDATA=0xbb81，采样率48k，立体声
7.设置重音：SPI_BASS=0x0055
8.设置音量：SCI_VOL=0x2020
9.这一步被很多人忽视，向VS1003发送4个字节的无效数据，用以启动SPI发送
实现代码如下：
void Mp3Reset(void)
{
XRESET=0;
delay(100);
XDCS=XCS=XRESET=1;
wr_commad(0x00,0x08,0x04);
delay(10);
DREQ=1;
while(!DREQ);
wr_commad(0x03,0x98,0x00);
delay(10);
wr_commad(0x05,0xbb,0x81);
delay(10);
wr_commad(0x02,0x00,0x55);
delay(10);
wr_commad(0x0b,VOL_VALUE,VOL_VALUE); // 音量
delay(10);
spi_write(0);
spi_write(0);
spi_write(0);
spi_write(0);
}
在进行了正确的初始化后，还要着重检查一下VS1003的模拟部分是否正常
将VS1003的所有DVDD、AVDD管脚以及XRESET、TEST（第32个引脚）接+3.0V，然后测量RCAP引脚，它应该是1.3V左右，否则芯片模拟部分未正常工作。
4）正弦测试
在上面的各种操作与检测没有问题后，就可以让VS1003放出声音了。可以利用VS1003自带的正弦测试对音频输出进行测试。要启动 VS1003的正弦测试，需要向其写入正弦测试命令。这里提供启动正弦测试的流程，在真实的硬件运行通过，最终的效果是在耳机中听到单一频率的正弦音（频率可以通过程序来更改）。
具体流程如下：
1.进入VS1003的测试模式：SPI_MODE=0X0820
2.等待DREQ为高
3.将XDCS接低，而XCS要置高，选择VS1003的数据接口
4.向VS1003发送正弦测试命令：0X53 0XEF 0X6E 0X30 0X00 0X00 0X00 0X00
其中0X30为频率，用户可以修改为其它值
5.延时一段时间
6.退出正弦测试，发送命令：0X45 0X78 0X69 0X74 0X00 0X00 0X00 0X00
7.延时一段时间
8.循环以上流程
实现代码如下：
void Sintest(unsigned char x)
{
wr_commad(0x00,0x08,0x20);
DREQ=1;
while(!DREQ);
XDCS=0;XCS=1;
spi_write(0x53);
spi_write(0xef);
spi_write(0x6e);
spi_write(x);
spi_write(0);
spi_write(0);
spi_write(0);
spi_write(0);
delay(5000);
spi_write(0x45);
spi_write(0x78);
spi_write(0x69);
spi_write(0x74);
spi_write(0);
spi_write(0);
spi_write(0);
spi_write(0);
delay(5000);
XDCS=1;
}
如果能够通过这一步，就说明你的VS1003已经做好了为你播放MP3的准备了。下面的工作 就是将MP3文件的数据有条不紊地发给VS003,让它来为你完成MP3的解码和播放任务 。
5）MP3文件数据写入
以上的对VS1003的初始化与测试都通过后，现在就可以给它发送MP3文件了。但是这时就又出现一个新的问题。MP3文件通常是比较大的，小的也要1M~2M，如果使单片机内部的Flash Rom的话，容量是远远不够的。需要有一种大容量的存储器来作为MP3文件的载体。在笔者的调试系统中采用了SD卡（256M）、U盘（1G）与移动硬盘（40G）来存储MP3文件。关于SD卡与U盘的读写方法可以参看相关章节。这些大容量的存储设备通常也是按照扇区来进行读写的，但在实际的应用中更多的是结合FAT32等文件系统来进行文件读写。文件系统部分可以参照《FAT32的存储机制及其在单片机中的实现》。
这里抛开存储介质不谈，只谈数据的写入方法。其实写入数据的方法十分简单。主要就是看DREQ信号，在VS1003的FIFO能够接受数据的时候输出高电平。每次可以写入32个字节的数据。而DREQ变低时，单片机就要停止数据的发送。
具体的写数据的方法如下：
1.将XDCS拉低
2.等待DREQ为高
3.通过SPI写入数据
4.在文件没有结束前不断重复2与3操作
5.在所有的数据都发送完毕后，最后发送2048个无效字节，用以清除VS1003的数据缓冲区
6.将XDCS置高
以下是笔者的程序中的写数据部分：
XDCS=0;
for(j=621;j<2783;j++)
{
for(k=0;k<8;k++)
{
MMC_get_data_LBA(j,64,get);
for(i=0;i<64;i++)
{
DREQ=1;
while(!DREQ);
spi_write(get[i]);
//delay(60000);
}
}
}
for(temp=0;temp<2048;temp++)
{
DREQ=1;
while(!DREQ);
spi_write(0);
}
XDCS=1;