单片AT89C2051 + SD卡 + 3310LCD = 音乐播放器
http://www.amobbs.com/thread-4503884-1-1.html
这个小玩意，采用 ATMEL 的传统51MCU作主控制芯片，加上SD卡和显示屏，就可以作简单的音乐播放器了，虽然音质不怎么样，不过作为DIY还是蛮有乐趣，希望大家喜欢。
没有采用FAT文件系统，只是按扇区读取SD卡，由于2051资源有限，改为4051有望可以操作FAT，但目前程序还在不断完善中。
128byte怎样读取512byte的扇区数据？可以采用边读边播放的方式，就能解决。音乐文件是32KHz取样率的WAV文件，所以和HIFI就沾不上边了。
程序是用C来编写，以方便交流，资料整理中，完善后再上传。
这是未经整理的程序，有点乱，凑合着看，有时间再进一步改进。
SD部分是修改于本坛的一个贴子
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添加部分注释，提高可读性
#include <reg51.h> #include <INTRINS.H> #include <MATH.H> #include "LCD_3310.H" #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define ulong unsigned long /************ 定义管脚 *************/ sbit DOUT = P3^0; //SD卡数据输出 sbit CLK = P3^1; //SD卡时钟输入 sbit DIN = P3^2; //SD卡数据输入 sbit CS = P3^3; //SD卡片选使能 /************ 全局变量 ************/ uchar pbuf[64]; //数据缓冲区 uchar p; //播放缓冲区指针 uchar px; //频谱显示的X坐标 code ulong Track[17] = { //0x15000,0x58000 SD卡中各声音文件的首址，以后打算把这些数据放在SD卡的特定配置文件中再读入。 0xd7800-0x8a00,0x76b800-0x8a00,0xedc000-0x8a00,0x1752800-0x8a00,0x1F08000-0x8a00, 0x2569800-0x8a00,0x2EDB800-0x8a00,0x3480000-0x8a00,0x3BFA800-0x8a00, 0x41EB000-0x8a00,0x48EF000-0x8a00,0x508A000-0x8a00,0x59AE800-0x8a00, 0x60AF000-0x8a00,0x6878000-0x8a00,0x6DBE000-0x8a00,0x7525800-0x8a00, }; /******* SD访问错误码的定义 *******/ #define INIT_CMD0_ERROR 0X01 #define INIT_CMD1_ERROR 0X02 #define READ_BLOCK_ERROR 0X03 #define WRITE_BLOCK_ERROR 0X04 /********* 通用延时函数 ***********/ void delay(uint i) { while(i--); } /******** SD写入一个字节 **********/ void spi_write(uchar x) { //不采用循环结构是为了提高处理速度 DIN = x & 0x80; CLK = 0; CLK = 1; DIN = x & 0x40; CLK = 0; CLK = 1; DIN = x & 0x20; CLK = 0; CLK = 1; DIN = x & 0x10; CLK = 0; CLK = 1; DIN = x & 0x08; CLK = 0; CLK = 1; DIN = x & 0x04; CLK = 0; CLK = 1; DIN = x & 0x02; CLK = 0; CLK = 1; DIN = x & 0x01; CLK = 0; CLK = 1; } /******* SD慢速写入一个字节 ********/ void spi_write_low_speed(uchar x) { uchar i; for(i = 8; i; --i) { DIN = x & 0x80; x <<= 1; CLK = 0; delay(1); CLK = 1; delay(1); } } /*********** SD读入一字节 ***********/ uchar spi_read(void) { //利用51串口的同步移位功能，以达了最高的读度2MHz CLK RI = 0; while(RI == 0); return SBUF; } /******** SD慢速读入一字节 **********/ uchar spi_read_low_speed(void) { uchar temp,i; for(i = 8; i; --i) { CLK = 0; delay(1); temp <<= 1; if(DOUT) temp++; CLK = 1; delay(1); } return temp; } /******** 发送一组SD命令 ************/ uchar write_cmd(uchar data *pcmd) { uchar temp,time=0,i; for(i = 0; i<6; i++) //一条命令都是6个字节，形参用指针， { //指向6个字节命令， spi_write(pcmd); } do //看看写进去没有,通过so管脚 { temp = spi_read(); time++; } //一直到读到的不是0xff或超时，退出去 while(temp==0xff && time<100); return temp; } /****** 慢速发送一组SD命令 **********/ uchar write_cmd_low_speed(uchar *pcmd) { uchar temp,time=0,i; for(i=0;i<6;i++) //一条命令都是6个字节，形参用指针， { //指向6个字节命令， spi_write_low_speed(pcmd); } do //看看写进去没有,通过so管脚 { temp = spi_read_low_speed(); time++; } //一直到读到的不是0xff或超时，退出去 while(temp==0xff && time<100); return temp; } /********* SD卡 激活，复位 *********/ uchar sd_reset(void) { uchar time,temp,i; uchar pcmd[6]={0x40,0x00,0x00,0x00,0x00,0x95}; CS = 1; for(i = 0; i < 0x0f; i++) //复位时，至少要72个时钟周期， { //现在是，15*8=120个clk spi_write_low_speed(0xff); } CS = 0; time=0; do { temp = write_cmd_low_speed(pcmd); time++; if(time > 100) return INIT_CMD0_ERROR; } while(temp != 0x01); //校验码是0x01，表示写入成功 CS = 1; spi_write_low_speed(0xff);//时序上要求补8个clk return 0; //返回0，写入成功 } /************ SD卡初始化 ************/ uchar sd_init(void) { uchar time, temp; uchar pcmd[6] = {0x41,0x00,0x00,0x00,0x00,0xff}; CS = 0; time = 0; do { temp = write_cmd_low_speed(pcmd); time++; if(time > 100) return INIT_CMD1_ERROR; } while(temp != 0x00); CS = 1; spi_write_low_speed(0xff); return 0; } /******* 读取一扇区的点阵图像 *********/ uchar sd_read_bmp(uchar data *ad) { uchar temp, time, x, pcmd[6]; uint j = 0; pcmd[0] = 0x51; pcmd[1] = *ad; pcmd[2] = *(++ad); pcmd[3] = *(++ad); pcmd[4] = 0; pcmd[5] = 0xff; CS = 0; time = 0; do { temp = write_cmd(pcmd); if(++time > 100) { CS = 1; return READ_BLOCK_ERROR; } } while(temp != 0); //等待SD卡回应 while(spi_read() != 0x7f); //0xfe,51的串口移位是LSB优先，所以结果高低位倒置 for (j = 0; j < 504; j++) //3310的分辨率为 84 * 48,总计用504字节 { LCD3310_write_dat(spi_read()); } for (x = 0; x < 10; x++) spi_read(); //略过8字节数据和2字节CRC spi_write(0xff); CS = 1; return 0; } /******* 读取一扇区的声音数据 *********/ uchar sd_read_sector(uchar data *ad) { uchar temp, time, pcmd[6]; uint j = 0; pcmd[0] = 0x51; pcmd[1] = *ad; pcmd[2] = *(++ad); pcmd[3] = *(++ad); pcmd[4] = 0; pcmd[5] = 0xff; CS = 0; time = 0; do { temp = write_cmd(pcmd); if(++time > 100) { CS = 1; return READ_BLOCK_ERROR; } } while(temp != 0); //等待SD回应的时间有点长，所以在这里插入显示模拟的频谱图 temp = pbuf[16]; //随便挑一个数据显示 LCD3310_set_XY(px,5); //设定显示位置 px += 6; if (px >= 39) px = 0; if (temp & 0x80) temp ^= 0x80; //求得声音振幅 else temp = 0x80 - temp; temp = Level[temp>>4]; //不同幅度对应不同的谱线图案 LCD3310_write_dat(temp); LCD3310_write_dat(temp); LCD3310_write_dat(temp); while(spi_read() != 0x7f);//0xfe,51的串口移位是LSB优先，所以结果高低位倒置 while(1) //读取512字节数据 { RI = 0;_nop_(); pbuf[j++ & 63] = SBUF; //为求快速，不用函数调用 RI = 0;_nop_(); pbuf[j++ & 63] = SBUF; //直接启动串口移入 RI = 0;_nop_(); pbuf[j++ & 63] = SBUF; //连续读四字节 RI = 0;_nop_(); pbuf[j++ & 63] = SBUF; if(j >= 512) break; while((((uchar)j - p) & 63) > 55); //检测播放进度， } //如果缓冲区接近溢出，先暂停等待 spi_read();//略过 crc spi_read();//略过 crc spi_write(0xff);//SD 时序要求补8个脉冲 CS = 1; return 0; } /**************************** 主程序 *******************************/ int main(void) { uchar key,n,Count,Min,Sec; ulong addr; // SD 的扇区地址 P1 = 0x80; // DAC 输出中点电压 RI = 1; REN = 1; TMOD = 0x02; TH0 = 256 - 62.5; //定时器设定约为 32KHz，和WAV文件取样率对应 ET0 = 1; EA = 1; px = 0; n = 64; do pbuf[--n] = 0x80; while(n); //填充播放缓冲区 delay(65535); LCD3310_init(); LCD3310_set_XY(0,0); LCD3310_write_cmd(0x22); //设定LCD扫描顺序 sd_reset(); sd_init(); addr = 0x4f400; sd_read_bmp((uchar) &addr); //显示欢迎画面 while (D_C == 1) ; while (D_C == 0) ; //等待按键 delay(65535); //============== main loop ================== while(1) //循环播放所有曲目 { TR0 = 0; LCD3310_write_cmd(0x22); LCD3310_set_XY(0,0); addr = 0x4f600 + ((uint)n<<9); sd_read_bmp((uchar) &addr); //显示歌名、歌手 LCD3310_write_cmd(0x20); TR0 = 1; p = 0xd0; Min = 0; Sec = 0; Count= 0; for (addr = Track[n]; addr < Track[n+1];)//播放第n曲 { //============ 按键处理 =============== key = (key >> 2) | (P3 & 0x30); //仅一句的扫键函数，包括扫描和消抖 if (key == 0x03) //键码为03是播放/暂停键 { LCD3310_set_XY(78,5); TCON ^= 0x10; //TR0 取反 if (TR0) LCD3310_print(11); //显示播放符号 else LCD3310_print(12); //显示暂停符号 } else if (key == 0x2b) //键码为2b是前一曲 { if ((Min || (Sec & 0xf0))) n--;//10秒后跳本曲开始 else n -= 2; //10秒内跳前一曲 break; } else if (key == 0x17) //键码为17是后一曲 break; //======== 读一扇区数据或暂停 ========= if (TR0 == 0) {delay(2000); continue;} sd_read_sector((uchar) &addr); addr += 512; //=========== 播放时间计数 ============ Count += 2; if (Count >= 125) { Count -= 125; Sec++; if ((Sec & 0x0f) > 9) { Sec += 6; if (Sec >= 0x60) { Sec = 0; Min++; if ((Min & 0x0f) > 9) { Min += 6; if (Min > 0x60) Min = 0; } } } } //======= 分时间片显示时间/标志 ======== switch (Count & 14) { case 2: LCD3310_set_XY(44,5); LCD3310_print(Min>>4);//分钟十位 break; case 4: LCD3310_set_XY(50,5); LCD3310_print(Min&15);//分钟个位 break; case 6: LCD3310_set_XY(56,5); LCD3310_print(10); //分隔符 break; case 8: LCD3310_set_XY(62,5); LCD3310_print(Sec>>4);//秒十位 break; case 10: LCD3310_set_XY(68,5); LCD3310_print(Sec&15);//秒个位 break; case 12: LCD3310_set_XY(78,5); if (Count & 0x40) LCD3310_print(13); //闪动播放符号 else LCD3310_print(11); } } n++; //下一曲 n &= 15; //这个SD卡只有16首歌 }//while(1); }//main() void timer0 (void) interrupt 1 using 1 { if (TL0 & 1) _nop_(); //消除中断响应时间不一致，造成的频率抖动 P1 = pbuf[++p & 63]; //输出一个声音数据 }
这是3310 LCD 部分
#include <reg51.h> #include <INTRINS.H> sbit SDIN = P3^2; //P3^2 sbit SCLK = P3^4; sbit D_C = P3^5; sbit SCE = P3^7; code unsigned char Font[70] = { 0x3E, 0x51, 0x49, 0x45, 0x3E , // 0 0x00, 0x42, 0x7F, 0x40, 0x00 , // 1 0x42, 0x61, 0x51, 0x49, 0x46 , // 2 0x21, 0x41, 0x45, 0x4B, 0x31 , // 3 0x18, 0x14, 0x12, 0x7F, 0x10 , // 4 0x27, 0x45, 0x45, 0x45, 0x39 , // 5 0x3C, 0x4A, 0x49, 0x49, 0x30 , // 6 0x01, 0x71, 0x09, 0x05, 0x03 , // 7 0x36, 0x49, 0x49, 0x49, 0x36 , // 8 0x06, 0x49, 0x49, 0x29, 0x1E , // 9 0x00, 0x00, 0x36, 0x36, 0x00 , // : 0x7f, 0x3e, 0x1c, 0x08, 0x00 , // > 0x3e, 0x3e, 0x00, 0x3e, 0x3e , // || 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00 , //" " }; code unsigned char Level[8] = {0x80,0xc0,0xe0,0xf0,0xf8,0xfc,0xfe,0xff,}; extern void delay(unsigned int i); void LCD3310_write_cmd(unsigned char cmd) { D_C = 0; SCLK = 0; SCE = 0; delay(3); SDIN = cmd & 0x80; SCLK = 1; SDIN = cmd & 0x40; SCLK = 0; SCLK = 1; SDIN = cmd & 0x20; SCLK = 0; SCLK = 1; SDIN = cmd & 0x10; SCLK = 0; SCLK = 1; SDIN = cmd & 0x08; SCLK = 0; SCLK = 1; SDIN = cmd & 0x04; SCLK = 0; SCLK = 1; SDIN = cmd & 0x02; SCLK = 0; SCLK = 1; SDIN = cmd & 0x01; SCLK = 0; SCLK = 1; D_C = 1; SDIN = 1; SCE = 1; } void LCD3310_write_dat(unsigned char dat) { // D_C = 1; SCLK = 0; SCE = 0; delay(3); SDIN = dat & 0x80; SCLK = 1; SDIN = dat & 0x40; SCLK = 0; SCLK = 1; SDIN = dat & 0x20; SCLK = 0; SCLK = 1; SDIN = dat & 0x10; SCLK = 0; SCLK = 1; SDIN = dat & 0x08; SCLK = 0; SCLK = 1; SDIN = dat & 0x04; SCLK = 0; SCLK = 1; SDIN = dat & 0x02; SCLK = 0; SCLK = 1; SDIN = dat & 0x01; SCLK = 0; SCLK = 1; D_C = 1; SDIN = 1; SCE = 1; } void LCD3310_init(void) { LCD3310_write_cmd(0x21); LCD3310_write_cmd(0xd7); LCD3310_write_cmd(0x06); LCD3310_write_cmd(0x20); LCD3310_write_cmd(0x0c); } void LCD3310_set_XY(unsigned char x,unsigned char y) { if (x >= 84) return; if (y >= 6) return; LCD3310_write_cmd(0x80 | x); LCD3310_write_cmd(0x40 | y); } void LCD3310_print(unsigned char n) { n = (n << 2) + n; LCD3310_write_dat(Font[n]); LCD3310_write_dat(Font[++n]); LCD3310_write_dat(Font[++n]); LCD3310_write_dat(Font[++n]); LCD3310_write_dat(Font[++n]); }
回复【104楼】maxims
呵呵，希望能解释一下电路
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R1、C1 组成LCD的上电复位电路。
R2~R4是上拉电阻，虽然2051的IO有内部的弱上拉，但这三个IO是LCD接口与键盘接口复用，需要上拉强一点。
R5、R6、Q1组成OC输出的反相器，当SCE为高电平时，三极管导通，键盘使能，LCD通信中止；当SCE为低电平时，LCD通信使能，键盘断开。需要注意的是图中左右两键没加隔离二极管，不要同时按下，否则引起显示错乱。
R2~R6的参数不要大幅度改动，这些参数是经过计算得到一个比较合适的值。
晶振、C3、C5没什么好说，这些都单片机系统必需的。
R7、R8是P1.0和P1.1的上拉电阻，因为这两个口是开漏输出。
R9~R24组成R2R型DAC，选取50K/100K是因为2051输出高电平的带载能力差，电阻太小将导致DAC线性变差。这里的电阻最好用1%的金属膜电阻，以改善DAC的线性度。50K电阻是非标电阻，这里用51K和2.7M电阻并联代替。
C6是高频滤波电容，以减少DAC输出的高频噪声。
C7是输出耦合电容，连接LINE OUT输出端子，输出阻抗较高，50K，只能接功放机或有源音箱。如果接耳机，需加一级放大，可以用运放做跟随器，或用TDA2822功放IC，能带个小嗽叭。
回复【105楼】jeep
//由于部分显示数据在sd卡中，所以sd卡需要存入一个特别的文件//
那个是特别文件还不明白你的意思
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回复【108楼】wsm80828
很想知道这个
//由于部分显示数据在sd卡中，所以sd卡需要存入一个特别的文件//
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是一个存放歌曲名称、歌手名称、歌曲首址和长度的文件，2051只有2K ROM，不可能把整个中文字库存进ROM内，只能存在SD卡中，以图片形式存贮，需要时读入。哪位能用VB或VC做一个转换工具自动生成一个playlist.dat就方便了。
U32 GetRootDir(void)
{
U32 root, fat1, fat2;
MMCRdBolckOne(0x00,Buffer); // 读取SD卡中的数据
fat1 = ((Buffer[0x0f]<<8) | Buffer[0x0e]) * 512;
fat2 = ((Buffer[0x25]<<8) | Buffer[0x24]) * 512 + fat1;
root = ((Buffer[0x25]<<8) | Buffer[0x24]) * 512 + fat2;
return root;
}
这里是使用512的缓存，可以修改成楼主的64缓存，只要读取出第 0x0e,0x0f, 0x25,0x24地址的数据就可以计算了
用于查找根目录的函数，那样就可以查找歌曲了
根目录 每32个数据表示一个文件，分辨出WAV格式的文件 找到相应的簇地址，然后进行播放
马老师你好，对于你所提及的问题，在我转换过的声音文件中也有同样体现。究其原因，主要是8BIT取样深度不够，声音电平在接近零点时，由于随机噪声的影响，导致取样值在0x80,0x79,0x81这间变化，以产生噪声。我认为这种噪声一直都存在，只是其它声音较大时掩蔽了而矣。
解决方法，可参考类似杜比动态降噪技术，作这样的处理：检测当前声音幅度，如果在持续的一段时间内（比如0.2秒）声音幅度小于一定值（比如0x80 正负1），那么都过滤为0x80，即可解决此问题。
我记得有些音频处理软件可以进行这种变换，我回去找找。即使没有，编个小程序转一下也不难。
听过【149楼】所提供的8BIT声音样本，发现其噪声很大，估计所用的商业软件在转换算法上有问题。我用WINDOWS XP附件自带的录音机，打开原始16BIT声音文件，然后另存为44KHz 8BIT，效果也比【149楼】的好得多。
回复【151楼】cowboy
听过【149楼】所提供的8bit声音样本，发现其噪声很大，估计所用的商业软件在转换算法上有问题。我用windows xp附件自带的录音机，打开原始16bit声音文件，然后另存为44khz 8bit，效果也比【149楼】的好得多。
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谢谢！
我使用过几个商业软件，如上图中的AUDITION、天天静听等，都是如此。自己写了一个转换程序，就是直接简单的采用除256的方法，直接把16位降成8位，这样处理后，静音部分可以完全转换为静音，而且总的噪声比这些商业软件小了许多（-3db左右），但是还有，还是可以比较清晰的听到，尤其是当调节音量输出比较大的时候。
我会试一下WINDOWNS的附件，听听效果。
现在手头的项目，需要语音提示。考虑到存储容量，使用8K、8位的WAV数据，应该可以达到电话的语音质量，对于一般应用够了。其它都可以，成本也不高，就是转换数据本声的噪声。想找一种简单的处理办法。
后面我还会继续提供一些我使用过的处理办法。
另外是否其它的朋友有这方面的经验，软件或算法，只要提供一个思路就可以了，先表示感谢。
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点击此处下载 ourdev_611680M0SOZB.rar(文件大小:2.32M) (原文件名:goldwave v5.23 汉化版.rar)
用这个转换成8Bit单声道PCM文件，效果很好。16Bit转8Bit不会改变采样频率，故需先转成32KHz的其它格式再转成PCM
回复【154楼】machao
回复【151楼】cowboy
听过【149楼】所提供的8bit声音样本，发现其噪声很大，估计所用的商业软件在转换算法上有问题。我用windows xp附件自带的录音机，打开原始16bit声音文件，然后另存为44khz 8bit，效果也比【149楼】的好得多。
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谢谢！
我使用过几个商业软件，如上图中的audition、天天静听等，都是如此。自己写了一个转换程序，就是直接简单的采用除256的方法，直接把16位降成8位，这样处理后，静音部分可以完全转换为静音，而且总的噪声比这些商业软件小了许多（-3db左右），但是还有，还是可以比较清晰的听到，尤其是当调节音量输出比较大的时候。
我会试一下windowns的附件，听听效果。
现在手头的项目，......
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马老师我提个建议吧。我做过类似的项目，是用PWM直接接一功放驱动喇叭。没有加低通滤波，当使用20K以下的采样频率WAV文件时有啸声，使用20K以上时人就听不到了。这里应该是由PWM的高低电平跳动引起的，使用DA应该没有类似问题。
所以我就没有采用8K的采样，而是使用24K采样，8：2的ADPCM编码方式。对比下文件大小：8KHz 8Bit的PCM格式64Kbps, 24KHz 8Bit ADPCM为 24*8/4 = 48Kbps,只有8K的3/4大小。而音质上压缩的肯定比降低采样频率更好一些。
这里也有一个小问题，我使用这个软件编8：4 ADPCM再解码时有很大噪音，这里是因为其码表可能与我用的不同。网上8bit的ADPCM基本上没有，我是将16位的改成8位的，所以码表是可能不同。我的解决办法是自己编码再自己解码，8：2也能达到较好的效果，听歌尚可，语音更不用说，用DA的话效果肯定更好，而加滤波的话有些音色会变。
播放BUF和读取BUF我是分开的，开辟了两个数据区A,B，这样就不用读一个播放一个。播放完BUF_A再播放BUF_B,同时BUF_A从FLASH中读取相应数据，依此循环。
回复【159楼】amazing030
谢谢您了，我会用你建议的goldwave v5.23.rar试一下的。
压缩编码的方式我知道，做过图象的压缩，JPEG，H26x等。在这个项目上，不想使用这么复杂的东西。我设计是提供一个DS卡，和规定的文件名，然后给的PC程序给用户。用户自己需要什么语音自己在PC上做，然后转换成8位的，考入SD卡就可以了。
另外，系统使用8位MCU，时钟也就10M左右，还要做其它的事情，ADPCM解码，还是不做的好。
另外，你的解释是不对的。我提供的两个文件与系统播放无关，就是在PC上转换，然后在PC上播放，采样率为44.1k。仅用PC转换，在PC播放，沙沙的噪声非常明显。与什么PWM没有关系。
解决数字音频信号传输中劣化方式（http://www.av010.com/jswz_html/jswz2280_1.html）
专业的解释，看来解决比较困难了。
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回复【80楼】cowboy
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小弟不才,
请问楼主
void timer0 (void) interrupt 1 using 1
{
if (TL0 & 1) _nop_(); //消除中断响应时间不一致，造成的频率抖动
P1 = pbuf[++p & 63]; //输出一个声音数据
}
这其中的" & 63"的作用是什么呢?
回复【167楼】hongfadg
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p & 63 是取8位“p”中的低6位，舍弃高2位，由于缓冲区只有64字节，“++p & 63”正好循环指向pbuf[0]至pbuf[63]。
/**********************************************************************************************/
播放器升级预告，增加FAT32文件系统，也就是可以随意增减音乐文件，不必按连续的储存空间存放文件，允许有文件碎片，同时也不再需要在SD卡内存放一个经特殊制作系统文件。
硬件没改变，只是软件升级，虽然增加了FAT32部分代码，但总代码量仍在2K以内，89C2051能装得下。
测试基本通过，整理好后再上传。
上传升级版的整套工程文件，以及SD内的示范文件。
点击此处下载 ourdev_615881TB11F5.rar(文件大小:429K) (原文件名:SD_player.rar)
由于水平有限，程序可能还有很多不完善的地方，希望大家多提意见。特别是SD卡驱动和FAT32文件系统，本人理解并不深入，程序对各种SD卡的兼容性未作详细测试，有可能出现某些SD卡不能播放的情况。对SD卡的基本要求是 文件系统为FAT32格式，暂不支持FAT16；SDHC高速卡也不支持。
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