[原理]

下图是一个标准的Mp3播放器的方框原理图，这是2000年由Hyundai公司发布的一块开模块的原理图，很明显，在这个框图里，几个重要的构成(USB controller、MCU、MP3 Decoder)都采用了Hyundai自己的产品，当然这并不影响我们对于Mp3原理的讨论，因为在早期，几乎所有的Mp3的构架都与此相同(稍后我们会讨论现在流行的构架)。

Hyundai提供的这张方框图比我们常见的资料要细致的多，由上图我们不难看出，其实Mp3的构成并不复杂，其中MCU应当算是整个播放器的核心了，MCU的内部一般都包含有EEPROM，MCU在上电后首先执行的就是内部EEPROM的程序，然后由内部程序来决定是否加载外部Flash外部的程序，一般我们所说的升级FirmWare都是升级Flash内的程序，而非MCU内的引导程序。因此不难看出MCU是MP3播放器的核心，几乎所有的功能操作都是由它来实现。当然如果您的播放器支持FirmWare升级的话记得要经常升级你的FirmWare哦。
如果我们生产出来的播放器仅需要使用串口或并口与计算机连接的话只需要在MCU的IO接口上增加一小块电平转换电路即可(如ADM202)，但要实现复杂的USB通信那就必须增加一块USB芯片了(当时的技术前题)，因为在我们的原理图中USB Controller也占据着很重要的位置，我们可以看到，在与Flash/MMC的总线中，USB控制芯片几乎与MCU是同等的地位，当然，这是一个设计思想问题。采用这种方法设计的优点是当计算机与播放器进行USB通信时不需要MCU做更多的工作，也就是说不必要为此而专门设计单片机程序。还有另一种做法就是USB控制芯片与MCU联接，并通过MCU来与Flash/MMC进行通信，这两种设计很难说出到底谁好谁差，在目前市场上见到的播放器来说它们之间所占比例基本持平，但越来越多的新产品更倾向于第二种设计，因为很明显的，第二种设计要灵活一些，虽然需要程序员为此而做更多的工作，但那在今天已经不是问题。
在这个构架内我们还看到了块MP3 Decoder芯片，这是一块专用芯片，主要任务就是将MP3数据解码成为标准的16 bit PCM数字信号，PCM信号随后就会被Audio Codec芯片解码转换成模拟信号再放大输出至我们的耳机里。看上去这块芯片似乎非常简单、没有提供可编程的内部EEPROM，也无法由外部扩展ROM空间，但事实上它是一块集成了DSP(数字信号处理器)、DAC/ADC以及音量控制功能的专用DSP芯片，而DSP代码已经由芯片厂商进行了硬掩模。那为什么在这里使用了DSP而不是使用一块非常快速的MCU来完成MP3的解码工作呢？其实DSP也应当属于MCU。但与能用MCU相比，DSP在硬件设计上的很多特性使它特别适合于进行实时快速数字信号处理运算。根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有以下主要特点：
（1）在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法；
（2）程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；
（3）片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；
（4）具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；
（5）快速的中断处理和硬件I/O支持；
（6）具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；
（7）可以并行执行多个操作；
（8）支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。
当然，与通用微处理器相比，DSP芯片的其他通用功能相对较弱些。因此厂商为了方便设计，便使用一颗MCU来实现一般的能用功能，而使用DSP实现MP3解码工作。

[精采案例]

当然，这只是一个理论上的Mp3播放器的结构，在实际设计的时候各家公司都会依据其设计能力以及成本/功能要求等因素而使得Mp3播放器的设计更加灵活。下面我们首先以Hyunwon在2002年初发布的一款播放器(DAH210)为例，探索MP3内部的秘密。
　

市场原因，此图略

此款机器有着非常个性的外观，支持直接Mp3转录，支持磁带播放同步，磁带录音，语音录音，但这两点并不是我选择它做为案例的原因，真正原因在于它的内部设计典型而且清析。

打开DAH210的金属外壳，首先我们可以见到的就是右下角的一块Flash闪存，在上面的原理图中，我并没有仔细介绍Flash，因为就原理来说它好像真的没什么可说的。但我们不得不感谢Flash的发展，因为在我看来Mp3的优势正是Flash的存储优势的体现。这台机器闪存容量是64M的，我们可以明显看出在MMC卡的下方还空着一个Flash的位置，理论上我们是可以在此焊上一块闪存来自己增加容量的，但由于Hyunwon这款机器的特殊设计，直接焊上去flash是不被承认的，必须使用Hyunwon专用的初始化工具进行一次格式化才行(不过Hyunwon并不对外提供) 。

由于DAH210M使用1.2V供电，而DSP及Flash都需要3.3V电压，所以升压电路是必须的，请看上图的左下角那颗8腿的集成电路便是一块高效率的电源管理模块，同时配合它工作的还有下图左边的两个磁拄型的电感及电容，一般这种模块的转换效率都在98%以上。这一部分在我们上面介绍的方框图上是没有介绍的，但现在越来越多的机器都采用了单节电池供电，所以这一部分基本上成了标准备配置。

这张是线路版的正面，最引人注目的就是那颗能以160M的速度运行的32V5416的DSP芯片，找到了DSP，那MCU呢？在我们介绍原理图的时候它可是主角啊!!那颗才是MCU呢？事实上Hyunwon的这款机器内根本没有MCU，而是借助了32V5416的强大处理能力，Hyunwon的工程师将Mp3/WMA解码/Mp3编码以及操作控制、液晶驱动在内的所有功能都写入了Firmware中!!，这样做对于Hyunwon来说可以降低成本，对用户来说，少了一颗芯片就意味着更底的功耗，当然，我们不难发现DAH210M的操作非常简单，并没有很多机器那样的多级菜单，这是因为DSP的大多数指令都是针对数字信号处理所优化的，但却精简了很多通用指令。因此在DSP上实现这种单级菜单已经够为难Hyunwon的工程师了：)但由于完全使用了能用DSP设计，这款机器的MP3/WMA的解码微代码及编码微代码都是由软件完成，并且用户可随时从Hyunwon网站上进行下载升级，很明显的，这样以后更新FirmWare(Hyunwon称为OS)不但可以解决一般性的BUG，更可以增加对新的音乐格式的支持，这一点也正是Hyunwon爱好者们所津津乐道的。当然不管怎么样，所有的解码程序最终都是要将MP3流转换成PCM数字格式，以便由专用的audio codec芯片解码，这是必不可少的一步，PCB 版上左上角的那颗很多引脚的芯片便是，而它的左下角紧跟着便是AMP(音频功率放大器)一个8脚的芯片。
这款机器采用的USB芯片则正好是我们在原理图中介绍的USB芯片(GDS30c6001)，这是一款全速USB芯片(2.5Mb)，不需要MCU及另外设计的情况支持Flash/MMC/SD三种存储器，支持绝对地址写入/读取，但一般为了兼容性，大多数对于存储器都使用FAT16方式管理。这块芯片在DSP的右下方。
当然我们在PCB板上还看到了一些其它的集成电路，那是一些基本的逻辑电路，所以在这里就不一一介绍功能。但Hyunwon更巧妙的一项设计则不得不向大家介绍一下。这款机器有一个非常有趣的功能，就是当你把它放入磁带机内播放的时候，它会与磁带机上的电动机同步起停。起初我一直认为它一定是在转轮上增加了磁性材料，然后利用转轮的转动切割一条感应线圈来判断，并且我也一直认为这样设计非常合理。但当我打开外壳后却没有发现我所想像的机构，Hyunwon使用的是一光学传感机构来检测磁带机的转轮，我对此很不理解，因为就成本来说磁检测要便宜的多，最终还是Hyunwon工程师解答了我的疑问，因为这款机器设计的目的就是与普通汽车录音机兼容，如果机器内部有磁性材料的话在使用过程中就有可能会将汽车录音机内的磁头磁化，影响播放音质!!请看下面三张图片：

由于牵涉专利技术，此三张图略

[目前趋势]

很显然，现在人们已经不在满足于数字播放器的功能了，因为科技足已使他们满足，在我们讨论了这么长时间的原理，并带你漫游一款Hyunwon的经典之做之后，我们不得不告诉你，那已经过时了!因为在现在，当你好奇的拆开一台Mp3播放器之后，却发现除了flash以外，你分辨不出其它芯片的功能，或者你会对我大叫“里面根本就没有你说的那些!!”，确实，原来需要很多芯片才能完成的工作，只需要一块，比原来更小、功耗更低的芯片即能完成，并且比那还要出色!!
下面这台机器是DEC最近刚刚上市的一款机器，支持WMA/Mp3/AAC/录音笔/FM收音机，并且移动存储功能优秀!重量只有33g，使用一节普通碱性电池便可以正常播放9小时!!而价格却比上一代产品便宜了 50%!
　

此图略

打开后盖我们会看到什么呢？正是我们下面所看到的，仅有一颗Sigmatel的专用DSP芯片，而它的FM功能更让我们惊奇，那个打着“KGT”字样的屏蔽盒就是一块数字式FM模块了。

(此款机器由韩国Maycom生产，此机是从Maycom处拿到的工程样品，所以内部有一部分还是手工焊接。)

在它的反面，仅有一片闪存，容量却可以做到最高512Mb，当然电源管理模块在这里并没有集成到专用DSP芯片内(注意下图的右上方有一颗很小的8脚芯片便是)，当然，未来也不会，因为电源模块内有高频震荡器，如果与模拟信号离得过近的话便会产生干挠，我们从这两张图可以很明显的看出电源模块离模拟信号输入/输出正好在线路板的两边，这样做也正是为了防止干扰。

(此款机器的主芯片STMP3410的内部结构)

(外部接口)

[结束语]
顺着MP3播放器的发展史一路走来，似乎在今天，了解其原理已经变得没有必要，因为随着芯片技术的发展，集成度的提高，生产制造Mp3(数字式)播放器已经越来越简单，甚至有一天，您也可以自己组装一台DIY版的MP3播放器出来。