MP3播放器設(shè)計方案

MP3播放器設(shè)計方案1.1選題背景隨著數(shù)字編解碼及壓縮技術(shù)的發(fā)展，語音文件也朝著高壓縮比、高保真的方向發(fā)展，從MP1、MP2到目前的MP3格式。便攜式MP3播放器作為一種集音頻播放、數(shù)據(jù)存儲為一身的數(shù)碼產(chǎn)品，其功能結(jié)構(gòu)為電子設(shè)計人員所津津樂道。MP3是MPEG—1音頻III(layerIII)的簡稱。MPEG—1音頻(ISO/IECll172—3)是目前普遍應(yīng)用的音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，其中層III的算法最為復(fù)雜，但壓縮比最大，效果也最好，在低碼率的條件下基本能達(dá)到CD的音質(zhì)效果°MP3標(biāo)準(zhǔn)用盡可能低的碼流實(shí)現(xiàn)CD音質(zhì)的聲音而不會產(chǎn)生數(shù)據(jù)損失。如果對于一段聲音不進(jìn)行壓縮的話，那么每存儲一秒鐘的立體聲CD音質(zhì)音樂必須用1.4Mbit,這是個十分大的開銷。通過運(yùn)用MPEG音頻標(biāo)準(zhǔn)的壓縮技術(shù)，我們可以把存儲空間壓縮到原來的1/12而不會降低聲音的音質(zhì)。即使使用1／24的壓縮因子，仍然比單純降低采樣率的音質(zhì)要好。低數(shù)據(jù)量和高播放品質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)使其成為音樂存儲、數(shù)字廣播、網(wǎng)上音樂傳輸?shù)闹饕绞健Ｈ藗儾粌H可以使用計算機(jī)軟件，還可以通過數(shù)字隨身聽來欣賞音樂。在這種數(shù)字化潮流下，嵌入式系統(tǒng)已成為當(dāng)前研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)之一，嵌入式手持設(shè)備的視音頻多媒體應(yīng)用也越來越廣泛。由于嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用要求及成本因素決定了嵌入式系統(tǒng)在系統(tǒng)資源,包括硬件資源和軟件資源方面都是非常精簡和高效的1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及意義MP3全稱是MPEGLayer3狹義的講就是以MPEGLayer3標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼的一種音頻文件格式。在INTERNET廣泛普及的今天，MP3音樂以其較小數(shù)據(jù)量和近似完美的播放效果已經(jīng)成為計算機(jī)上和INTERNET最流行的音樂格式了。將CD格式的音樂數(shù)據(jù)壓縮成MP3格式，音效相差無幾(除非你有很好的音響和鑒賞力)，文件大小至少可以壓縮12倍(每首PCM格式的CD歌曲大約40~50MB數(shù)據(jù)量)。自韓國世韓(Seahan)公司1998年推出世界上第一臺MP3隨身聽以來，MP3播放器以其小巧的外形，不錯的近乎于CD的音質(zhì)，前衛(wèi)的功能，越來越受到消費(fèi)者的青睞，也就成為業(yè)界甚至大眾媒體關(guān)注的.專業(yè).專注.一個熱門話題。它的記錄媒介是芯片或卡，無需轉(zhuǎn)動部件，徹底擺脫了磁帶和光碟的束縛，因而，抗震和節(jié)電性能更好。在市場消費(fèi)刺激下，各大公司紛紛推出了自己的mp3播放器產(chǎn)品，IC供應(yīng)商提供了眾多的MP3解碼芯片及其解決方案。除了Micronas方案(MAS3507+DAC3550)、ST方案(ST92163+STA013/015)、CrysTaL軟解壓單芯片方案(EP7209,EP7212)、TI軟解壓單芯片方案(TMS320C5409),還有臺灣創(chuàng)品方案(T33510,T33520)、美國SigmaTel方案(STMP3400)和TI的DA-250解決方案。這使mp3播放器的研制與生產(chǎn)變得更加容易,成本也大大降低,市場更加廣闊。系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1設(shè)計目標(biāo)本論文是基于STM32的MP3播放器的設(shè)計，論文中將涉及到：STM32的學(xué)習(xí)和嵌入式原理的應(yīng)用，MP3解碼的實(shí)現(xiàn)原理及其解碼芯片的應(yīng)用指南，SD卡的數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)及其各種文件系統(tǒng)的區(qū)別，TFT觸摸屏的操作及簡單GUI在TFT上的實(shí)現(xiàn)。預(yù)期將能實(shí)現(xiàn)在TFT液晶上對MP3播放的實(shí)時控制。2.2設(shè)計方案對比控制器方案方案一：此方案采用89C51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)軟件編程自由度大，可用編程實(shí)現(xiàn)各種控制算法和邏輯控制。但是89C51需外接模數(shù)轉(zhuǎn)換器來滿足數(shù)據(jù)采樣。如果系統(tǒng)增加語音播放功能，還需外接語音芯片，對外圍電路來說，比較復(fù)雜，且軟件實(shí)現(xiàn)也較麻煩。另外，51單片機(jī)需要用仿真器來實(shí)現(xiàn)軟硬件調(diào)試，較為繁瑣。方案二：此方案采用SPCE061A單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，此單片機(jī)內(nèi)置8路ADC，2路DAC，且集成開發(fā)環(huán)境中，配有很多語音播放函數(shù)，用SPCE061A實(shí)現(xiàn)語音播放相對方便。但5V的工作電壓，16位的處理器芯片，較低的閃存，使得功耗比較大，處理速度比較慢，工作效率比較低，存儲量受到限制。方案三：此方案采用STM32F103VCT6實(shí)現(xiàn)，它使用高性能的ARMCortex-M332位的RISC內(nèi)核，工作頻率為72MHz，內(nèi)置高速存儲器(高達(dá)128K字節(jié)的閃存和20K字節(jié)的SRAM)，豐富的增強(qiáng)型1/0端口以及包含2個12位的ADC、3個通用16位定時器和一個PWM定時器。使得處理速度大大提高，機(jī)器功耗大大降低，整體性能得到很大提.專業(yè).專注...專業(yè).專注...專業(yè).專注.高。32位的處理器使得控制更加穩(wěn)定、迅速，窗口型看門狗，使得程序運(yùn)行更加高效。另外，比較方便的是該板支持硬件仿真，通過Ulink仿真器可以方便實(shí)現(xiàn)在線逐步調(diào)試，這大大方便了系統(tǒng)的開發(fā)與調(diào)試工作。基于STM32的高性能，低功耗，方便調(diào)試等特性，故選擇方案三。MP3解碼方案方案一：此方案采用軟解MP3，直接用軟件解碼。節(jié)約了硬件成本，但代碼復(fù)雜，編程難度較高，工作量極大，而且對控制器的處理速度和資源要求都比較高。方案二：此方案采用硬解MP3,直接用音頻解碼芯片解碼。它使用高性能的VS1003MP3解碼芯片，功能強(qiáng)大而且價格便宜，VS1003支持MP3、WAV、WMA、MIDI等諸多音頻格式，音質(zhì)可與市場上中檔MP3播放器相媲美?；谏鲜霰容^，故選擇方案二；顯示模塊方案方案一：此方案采用LCD1602,完成數(shù)據(jù)顯示°LCD1602驅(qū)動電路簡單，它可以顯示簡單的中英文字符，功能和設(shè)計的成本都比較低！方案二：此方案采用LCD12864,它既可以顯示中英文字符，也可以顯示圖片。但其圖案分辨率較低，而且只能顯示單色字符。方案三：此方案采用TFT液晶模塊，它既可以顯示彩色數(shù)字、中英文字符和圖案，還可以加上觸摸屏模塊，實(shí)現(xiàn)GUI用戶圖形交互實(shí)時控制！基于TFT液晶的強(qiáng)大功能，故選擇方案三。MP3儲存介質(zhì)方案方案一：此方案采用直接將MP3文件存放在控制器的內(nèi)部ROM儲存器中，讀取速度快，操作簡單方便。但是，相比于51,AVR,SPCE061A等單片機(jī)，雖然STM32有著很大的內(nèi)部ROM容量，但還是不能完整的保存一首MP3歌曲。方案二：此方案采用U盤來儲存MP3文件，極大的提高了儲存容量。方案三：此方案采用SD卡來儲存MP3文件。采用SPI通訊方式的SD卡不僅讀取數(shù)據(jù)的速度快，而且具有小體積，大容量等特點(diǎn)。根據(jù)本人的實(shí)際情況，故采用了方案三。2.3系統(tǒng)設(shè)計原理本設(shè)計由STM32最小系統(tǒng)，SD卡的讀取模塊，TFT控制模塊，外擴(kuò)FLASH模塊，觸摸屏模塊，串口通信模塊組成。將要解決SD卡的讀取及使用FATFS系統(tǒng)對SD卡的操作、TFT液晶的控制及觸摸屏原理、還有圖形用戶界面GUI的實(shí)現(xiàn)等問題。硬件系統(tǒng)方框圖如圖2-1所示?；驹O(shè)計流程是使用STM32系列微控制器，采用FATFS文件系統(tǒng)方式讀取SD卡中的MP3文件，并控制MP3解碼芯片對MP3文件進(jìn)行解碼播放，并在TFT液晶上顯示實(shí)時播放情況。圖2-1硬件系統(tǒng)方框圖中央處理器工作原理STM32系列是基于CortexM3核的微控制器，它在CortexM3內(nèi)核的基礎(chǔ)上擴(kuò)展了高性能的外圍設(shè)備。CortexM3是ARM公司最新推出的基于ARMv7體系架構(gòu)的處理器核，具有高性能、低成本、低功耗的特點(diǎn)，專門為嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)計。ARMv7架構(gòu)采用了Thumb2技術(shù)，它是在ARM的Thumb代碼壓縮技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，并且保持了對現(xiàn)存ARM解決方案完整的代碼兼容性。Thumb2技術(shù)比純ARM代碼少使用31%的內(nèi)存，減小了系統(tǒng)開銷，同時能夠提供比Thumb技術(shù)高出38%的性能。在中斷處理方面，CortexM3集成了嵌套向量中斷控制器NVIC(NestedVectoredInterruptController)。NVIC是CortexM3處理器的一個緊耦合部分，可以配置1~240..專業(yè).專注.??專業(yè)?專注.個帶有256個優(yōu)先級、級搶占優(yōu)先權(quán)的物理中斷，為處理器提供出色的異常處理能力。同時，搶占(Preemption)、尾鏈(Tailchaining)、遲到技術(shù)(Latearriving)的使用，大大縮短了異常事件的響應(yīng)時間。CortexM3異常處理過程中由硬件自動保存和恢復(fù)處理器狀態(tài)，進(jìn)一步縮短了中斷響應(yīng)時間，降低了軟件設(shè)計的復(fù)雜性。CortexM3體系架構(gòu)提出了新的單線調(diào)試技術(shù)，CortexM3處理器的跟蹤調(diào)試是通過調(diào)試訪問端口(DebugAccessPort,DAP)來實(shí)現(xiàn)的。DAP端口可以作為串行線調(diào)試端口(SWDP)或串行JTAG調(diào)試端口(SWJDP，允許JTAG或SW協(xié)議)使用。其中SWDP只需要時鐘和數(shù)據(jù)2個引腳，實(shí)現(xiàn)低成本跟蹤調(diào)試，避免使用多引腳進(jìn)行JTAG調(diào)試，并全面支持RealView編譯器和RealView調(diào)試產(chǎn)品。此外CortexM3還具備高度集成化的特點(diǎn)，大大減小了芯片面積，內(nèi)部集成了許多緊耦合系統(tǒng)外設(shè)，合理利用了芯片空間，使系統(tǒng)滿足下一代產(chǎn)品的控制需求。其引腳分布如圖2-2所示：OmcnccffillZiOOiOCiOiCiaStJiC'-O二|件OmcnccffillZiOOiOCiOiCiaStJiC'-OO5lO耳OL1JLJJ￡tlAACLdQ-fLQQmdCLELCLddCLdddELCLCLdnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnPE2CPE3CPE4EPE5EPE6EVBATCPCl3-TAMPER-ATCrPC14-OSC32JNEPC15-OSC32OUTEPE2CPE3CPE4EPE5EPE6EVBATCPCl3-TAMPER-ATCrPC14-OSC32JNEPC15-OSC32OUTEVSS_5cVDD_5COSCJNCOSC_OUTE祜5TT匚PCDEPC1EPC2CPC3CVSSAcVREF-EVREF咔cVDDAERAO-WKUPcPA1CPA2c/TCJ-n皿呂<070091o門1213141S1617181E202122232425SSSSSSSSooog-?mSocScqr；kr?、■LGFP100VDD_2=1VSS.2NCF%13F^.12Rft11Rft10PA9fasPC9PC9PC7PC6PD15PD14PD13PD12PD11PD10PD9PDSPB15二一」nnnnndPB14PB11PB12、gfMBQlmm寸stnzoce口lg小寸ggcmoXuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuue寸寸wmBgpinoLCMboimoLWE寸iadlla<Y垃弍乜匸）uuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuue寸寸wmBgpinoLCMboimoLWE寸iadlla<Y垃弍乜匸）匸）08CDLUUJUJl=t-l_「匸一II￡Li^!OCL￡La_D_[^_Q_CLQBCLQ-Q-a_LLILLjLLJLULULLJ（EiiI]iJ7Q圖2-2STM32F103VCT6微控制器引腳分布圖2.3.2音頻解碼芯片VS1003是一個單片MP3/WMA/MIDI音頻解碼器和ADPCM編碼器。它包含一個高性能，自主產(chǎn)權(quán)的低功耗DSP處理器核VS_DSP4,工作數(shù)據(jù)存儲器，為用戶應(yīng)用提供5KB的指令RAM和0.5KB的數(shù)據(jù)RAM。串行的控制和數(shù)據(jù)接口，4個常規(guī)用途的I/O口，一個UART,也有一個高品質(zhì)可變采樣率的ADC和立體聲DAC，還有一個耳機(jī)放大器和地線緩沖器，芯片原理圖如圖2-3所示。其具體特性如下：能解碼MPEG1和MPEG2音頻層III(CBR+VBR+ABR)；WMA4.0/4.1/7/8/95-384kbps所有流文件；WAV(PCM+IMAAD-PCM)；產(chǎn)生MIDI/SP-MIDI文件。對話筒輸入或線路輸入的音頻信號進(jìn)行IMAADPCM編碼。支持MP3和WAV流。高低音控制，低功耗，單時鐘操作12?13MHz,內(nèi)部PLL鎖相環(huán)時鐘倍頻器。(4)內(nèi)含高性能片上立體聲數(shù)模轉(zhuǎn)換器，兩聲道間無相位差。內(nèi)含能驅(qū)動30歐負(fù)載的耳機(jī)驅(qū)動器，模擬，數(shù)字，I/O單獨(dú)供電。(5)為用戶代碼和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備的5.5KB片上RAM，串行的控制，數(shù)據(jù)接口，可被用作微處理器的從機(jī)。(6)特殊應(yīng)用的SPIFlash引導(dǎo)，供調(diào)試用途的UART接口，新功能可以通過軟件和4GPIO添加。圖2-3VS1003芯片原理圖2.3.3TFT電阻式觸摸屏TFT電阻式觸摸屏由TFT顯示屏、驅(qū)動IC(ILI9320控制TFT)、觸摸屏、觸摸屏控制器(ads7843控制觸摸屏電壓的轉(zhuǎn)換)等組成。本設(shè)計采用的TFT顯示屏是3.2寸TFT[240*320]26萬色彩屏模塊，支持SD卡，支持DATAFLASH，支持16位/8位模式，模塊可以180度任意旋轉(zhuǎn)使用。ILI9320是一款包括一個720通道的源極驅(qū)動器，一個320通道門驅(qū)動器，172，800字節(jié)數(shù)據(jù)RAM,能驅(qū)動240RGBx320TFT液晶顯示器的驅(qū)動芯片。電阻式觸摸屏工作原理如下：電阻式觸摸屏利用壓力感應(yīng)進(jìn)行控制，它的主要部

分是一塊與顯示器表面配合的電阻薄膜屏，這是一種多層的復(fù)合薄膜，它以一層玻璃或硬塑料平板作為基層，表面圖有一層透明氧化金屬導(dǎo)電層，上面蓋有另外一層氧化金屬導(dǎo)電層，在他們之間有許多細(xì)小的（小于1/1000英寸）透明隔離點(diǎn)把兩層導(dǎo)電層隔開絕緣。當(dāng)手指觸摸屏幕時，兩層導(dǎo)電層在觸摸點(diǎn)位置就有了接觸，控制器偵測到這一接觸并計算出（X,Y）的位置，再根據(jù)模擬鼠標(biāo)的方式運(yùn)作。圖2-4電阻式觸摸屏的原理圖觸摸屏控制芯片為ADS7843,ADS7843是一個內(nèi)置12位模數(shù)轉(zhuǎn)換、低導(dǎo)通電阻模擬開關(guān)的串行接口芯片。供電電壓2.7~5V,參考電壓VREF為1V~+VCC，轉(zhuǎn)換電壓的輸入范圍為0~VREF，最高轉(zhuǎn)換速率為125kHz,其引腳功能如表2-5所示。ADS7843典型應(yīng)用電路如圖圖2-6所示。表2-5ADS7843的引腳功能表引腳號引腳名功能描述1衛(wèi)+%供電電源V23艾十,Y十按觸摸屏正電極，內(nèi)部a/dM道4.5X-PY接觸摸屏負(fù)電極6GND電源地戀IN3;IN4兩個附厲A/D愉入通道9l,jlREFA/D參考電壓輸入11PENIRQ中斷輸出，須接外拉電阻{.IMG或12,14,16D.QUT?DINnDCLK串行按口引腳，在日勺鐘下降沿數(shù)據(jù)移出，上升沿移進(jìn)13BUSY忙扌旨喬，低電平有效15片選??專業(yè)?專注.??專業(yè)?專注.1-101-（可選）721VccDCLK2X-CS1-101-（可選）721VccDCLK2X-CS155TrDIN144x-BUSY1J5Y-DOUT12&GNDPENIRC!117HST3+VccinftIN4Vref9ADS78430.1ljT—附屬輸入通道4Q—噸口DlOOki?（可選）圖2-6ADS7843典型應(yīng)用電路SD卡SD卡(SecureDigitalMemoryCard)是一種為滿足安全性、容量、性能和使用環(huán)境等各方面的需求而設(shè)計的一種新型存儲器件，SD卡允許在兩種模式下工作，即SD模式和SPI模式，本系統(tǒng)采用SPI模式。本小節(jié)僅簡要介紹在SPI模式下，STM32處理器如何讀寫SD卡。SD卡如果采用FAT16文件格式，按照其不同的特點(diǎn)和作用大致可分為5部分:MBR區(qū)、DBR區(qū)、FAT區(qū)、FDT區(qū)和DATA區(qū)。由于SD卡一般不做引導(dǎo)盤，一般也不分區(qū)，因此通常無MBR區(qū)，直接從DBR區(qū)開始。下面對后面四個區(qū)分別作簡介：DBR區(qū)內(nèi)容為系統(tǒng)引導(dǎo)記錄，它包括一個引導(dǎo)程序和一個被稱為BPB(BiosParameterBlock)的本分區(qū)參數(shù)記錄表。引導(dǎo)程序的主要任務(wù)是當(dāng)MBR將系統(tǒng)控制權(quán)交給它時，判斷本分區(qū)根目錄是否有操作系統(tǒng)引導(dǎo)文件，如果有則將其讀入內(nèi)存，并把控制權(quán)交給該文件°BPB參數(shù)塊記錄著本分區(qū)的起始扇區(qū)、結(jié)束扇區(qū)、文件存儲格式、根目錄大小、FAT個數(shù)，分配單元大小等重要參數(shù)。FAT區(qū)該區(qū)內(nèi)容為文件分配表，F(xiàn)AT16文件系統(tǒng)進(jìn)行空間分配的最基本單位是簇。文件分配表反映了SD卡所有簇的使用情況，通過查文件分配表可以得知任一簇的使用情況。對于FAT16來說，F(xiàn)AT表每項占用兩個字節(jié)。FAT表的第一項通常為FFF8H。對于其它項，若其值為0000H表示可用；FFF7H表示為壞簇；FFF8H-FFFFH之間表示該簇為某文件或目錄的最后一個簇，F(xiàn)FF0H-FFF6H之間為保留值；其它值則指示下一個簇的簇號。（3）FDT區(qū)該區(qū)的內(nèi)容為文件目錄表，F(xiàn)AT文件系統(tǒng)的一個重要思想是把目錄（文件夾）當(dāng)作一個特殊的文件來處理，F(xiàn)AT32甚至將根目錄當(dāng)作文件處理。FAT分區(qū)中所有目錄文件,實(shí)際上可以看作是一個存放其它文件（文件夾）入口參數(shù)的數(shù)據(jù)表。因此，目錄占用空間的大小并不等同于其下所有數(shù)據(jù)的大小，但也不等于0,通常是占很小的空間。其具體的存儲原理是：不管目錄文件所占空間為多少簇，一簇為多少扇區(qū)、多少字節(jié)；系統(tǒng)都會以32個字節(jié)為單位，進(jìn)行目錄文件所占簇的分配。（4）DATA區(qū)該數(shù)據(jù)區(qū)存放文件的內(nèi)容，SD卡所占用的空間絕大部分為此部分。如果文件長度大于一個簇的大小，需要多個簇存放該文件，這些放通過FAT鏈表串連起來。SD卡內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳如圖2-7所示MerrcryGQTBmBrtSCS匚毎呂」畫MerrcryGQTBmBrtSCS匚毎呂」畫￡L圖2-7SD卡內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳SD卡主要引腳和功能為：CLK：時鐘信號，每個時鐘周期傳輸一個命令或數(shù)據(jù)位，頻率可在0?25MHz之間變化，SD卡的總線管理器可以不受任何限制的自由產(chǎn)生0?25MHz的頻率。CMD：雙向命令和回復(fù)線，命令是一次主機(jī)到從卡操作的開始，命令可以是從主機(jī)到單卡尋址，也可以是到所有卡；回復(fù)是對之前命令的回答，回復(fù)可以來自單卡或所..專業(yè).專注...專業(yè).專注.有卡；DAT0?3：數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)可以從卡傳向主機(jī)也可以從主機(jī)傳向卡。SD卡以命令形式來控制SD卡的讀寫等操作?？筛鶕?jù)命令對多塊或單塊進(jìn)行讀寫操作。在SPI模式下其命令由6個字節(jié)構(gòu)成，其中高位在前。SD卡共支持三種傳輸模式：SPI模式（獨(dú)立序列輸入和序列輸出），1位SD模式（獨(dú)立指令和數(shù)據(jù)通道，獨(dú)有的傳輸格式），4位SD模式（使用額外的針腳以及某些重新設(shè)置的針腳。支持四位寬的并行傳輸）低速卡通常支持0~400千比特/秒數(shù)據(jù)傳輸率，采用SPI和1位SD傳輸模式。高速卡支持0~100兆比特/秒數(shù)據(jù)傳輸率，采用4位SD傳輸模式；支持0-25兆比特/秒，采用SPI和1位SD模式。系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺STM32系列微控制器采用ARM公司最新的CortexM3內(nèi)核。Cortex-M3是ARM公司推出的最新的針對微控制器應(yīng)用的內(nèi)核，提供業(yè)界領(lǐng)先的高性能和低成本的解決方案，將成為MCU應(yīng)用的熱點(diǎn)和主流。但是目前能夠支持Cortex-M3架構(gòu)的開發(fā)工具很少，包括SDT、ADS1.2等開發(fā)工具都不支持。MDK是目前性價比最高的支持Cortex-M3處理器的開發(fā)工具。故本次設(shè)計的軟件平臺是建立在軟件MDKVision4.11之上的。

程序設(shè)計流程圖圖3-1程序設(shè)計流程圖本系統(tǒng)的程序設(shè)計流程圖如圖3-1所示，工作過程大致為：STM32通過從SD卡中讀取MP3文件，將所讀取的數(shù)據(jù)流發(fā)送到VSl003解碼器中解碼播放；TFT觸摸屏則用于顯示歌曲的實(shí)時播放狀態(tài)、歌詞的顯示、功能按扭和控制歌曲的快進(jìn)，快退，停止等。3.2各模塊軟件系統(tǒng)設(shè)計VS1003驅(qū)動程序1、VS1003初始化的一般流程如下：（1）硬復(fù)位，xReset二0;（2）延時，xDCS、xCS、xReset置1；（3）等待DREQ為高；（4）軟件復(fù)位：SPI_MODE=0x0804；等待DREQ為高(軟件復(fù)位結(jié)束)；設(shè)置VS1003的采樣率：SPI_AUDATA=0xBB81,采樣率，立體聲;設(shè)置重音：SPI_BASS=0x0055;設(shè)置音量：SCI_VOL=0x2020;向VS1003發(fā)送4個字節(jié)無效數(shù)據(jù)，用以啟動SPI發(fā)送；2、VS1003播放MP3的一般流程如下：打開一個指定的MP3文件；發(fā)32個字節(jié)的數(shù)據(jù)到VS1003；檢測DREQ，當(dāng)DREQ為高時發(fā)下一個32字節(jié)的數(shù)據(jù)；是否發(fā)完32個字節(jié)，否，則回到第3步;是否發(fā)完打開的MP3文件，否，則回到第2步；關(guān)閉打開的MP3的文件；VS1003讀寫函數(shù)如下：u16Vsl003_REG_Read(u8address);//讀寄存器voidVsl003_DATA_Write(unsignedchar*buf)；//寫數(shù)據(jù)voidVs1003_CMD_Write(u8address,u16data);//寫命令voidVs1003_Init(void)；//初始化VS1003voidMp3Reset(void);//硬復(fù)位voidVs1003SoftReset(void);//軟復(fù)位voidsetl003(void)；//設(shè)置VS1003的音量，播放模式等voidVsRamTest(void)；//RAM測試voidVsSineTest(void);//正弦測試u16GetDecodeTime(void);//得到解碼時間u16GetHeadInfo(void);//得到比特率voidResetDecodeTime(void)；//重設(shè)解碼時間voidLoadPatch(void);//加載頻譜分析代碼voidGetSpec(u8*p);//得到分析數(shù)據(jù)TFT顯示屏驅(qū)動程序驅(qū)動TFT顯示屏實(shí)際上就是對ILI9320驅(qū)動IC的操作。對ILI9320的初始化操作如下：向ILI9320控制器寫入0x00.如果返回的數(shù)據(jù)為不是0x9320，則驅(qū)動IC不是ILI9320,停止初始化。如果返回的數(shù)據(jù)為0x9320,則向相應(yīng)的寄存器寫入默認(rèn)的數(shù)據(jù)，啟動驅(qū)動IC。拉低片選信號CS，再寫R22h寄存器，接著寫入要寫的數(shù)據(jù)。寫結(jié)束后再將CS拉高。TFT顯示屏的讀寫函數(shù)如下：externvoidTFT_Write_Start(void);//寫開始externvoidTFT_Write_End(void);//寫結(jié)束externvoidTFT_SetGRAMHVA(ul6x0,ul6y0)；//設(shè)置GRAM的最初地址externvoidTFT_SetGRAMArea(u16HSA,u16HEA,u16VSA,u16VEA);//設(shè)置一個GRAM顯示區(qū)域externvoidTFT_init(void)；//TFT顯示屏初始化//externvoidTFT_Test_Square(u16x0,u16x1,u16y0,u16y1,u16Color)；externvoidTFT_Clear(u16x0,u16x1,u16y0,u16y1,u16Color)；//清屏函數(shù)externvoidDrawOnePixel(u16x,u16y,u16Color)；//畫點(diǎn)函數(shù)externvoidWrite_Asc8x16E(u16x,u16y,u16TextColor,u16BackColor,u16W_Char)；//8*16英文字符externvoidWrite_Asc12x24E(u16x,u16y,u16TextColor,u16BackColor,u16W_Char)；externvoidWrite_Asc12x24E_String(u16x,u16y,u16TextColor,u16BackColor,u8*W_String)；externvoidWrite_Asc20x40E(u16x,u16y,u16TextColor,u16BackColor,u16W_Char)；externvoidWrite_GB16(u16x,u16y,u16TextColor,u16BackColor,u8*W_Char);//16*16中文字符externvoidWrite_GB_16_And_Asc8x16E(u16x,u16y,u16TextColor,u16BackColor,u8*W_String);externvoidWrite_GB_24_And_Asc12x24E（u16x,u16y,u16TextColor,u16BackColor,u8*W_String）;externvoidDisplay_Picture（u16x,u16y,u16Width,u16Height,u16*Picture）;//顯示圖片SD卡驅(qū)動程序1、驅(qū)動模選擇SD卡上電時，如果CS接地，SD將進(jìn)入SPI模式，CS接高電平，將進(jìn)入SDBUS模式。在SDBUS模式時，發(fā)送CMDOSD卡不會回應(yīng)，在SPI模式時，發(fā)送CMD0,SD卡能回應(yīng)R1信息。2、初始化SD卡進(jìn)入SDBUS模式后，發(fā)送CMD0復(fù)位SD卡。由于處于SDBUS模式，SD卡此時不會回復(fù)信息。發(fā)送命令的時候需要注意SD卡命令狀態(tài)，不同的狀態(tài)只能響應(yīng)待定的命令，下面為初始化命令發(fā)送流程：（1）CMD0復(fù)位卡。（2）CDM55用戶命令。（3）CMD41SD卡工作電壓設(shè)置命令。（4）CMD2從默認(rèn)地址獲取SD卡ID。（5）CMD3獲取一個新地址。（6）CMD9從新地址讀取SD卡ID。（7）CMD7選擇新地址的SD卡為有效卡。（8）CMD55用戶命令。（9）CMD6設(shè)置數(shù)據(jù)位寬。（10）CMD16設(shè)置BLOCK長度。（11）CMD13讀取當(dāng)前SD卡狀態(tài)。（12）初始化完成。3、發(fā)送SD卡支持的操作命令不同的SD卡所支持的命令稍有不同，但基本命令都是支持的。詳細(xì)支持哪類命令要從SD卡的ID中獲得。這一步主要為讀，寫，擦這三個功能。讀CMD17，寫CMD24,擦CMD38。4、退出SD卡操作如果總線上掛有多個SD卡，就需要用CMD7命令退出當(dāng)前SD卡，從面選擇其他的SD卡操作。CMD7命令為選擇卡或取消卡，在初始化的時候發(fā)送CMD7命令，SD卡將進(jìn)入數(shù)據(jù)發(fā)送模式，在數(shù)據(jù)模式里發(fā)送CMD7則退出當(dāng)前卡的操作。需要注意的是，在數(shù)據(jù)模式里不同的狀態(tài)只支持特定命令。SD卡讀寫函數(shù)如下：u8SPI_ReadWriteByte(u8TxData)；//SPI總線讀寫一個字節(jié)u8SD_WaitReady(void)；//等待SD卡就緒u8SD_SendCommand(u8cmd,u32arg,u8crc)；//SD卡發(fā)送一個命令u8SD_SendCommand_NoDeassert(u8cmd,u32arg,u8crc)；u8SD_Init(void)；//SD卡初始化u8SD_ReceiveData(u8*data,u16len,u8release);//SD卡讀數(shù)據(jù)u8SD_GetCID(u8*cid_data)；//讀SD卡CIDu8SD_GetCSD(u8*csd_data)；//讀SD卡CSDu32SD_GetCapacity(void)；//取SD卡容量u8SD_ReadSingleBlock(u32sector,u8*buffer)；//讀一個sectoru8SD_WriteSingleBlock(u32sector,constu8*buffer)；//寫一個sectoru8SD_ReadMultiBlock(u32sector,u8*buffer,u8count)；//讀多個sectoru8SD_WriteMultiBlock(u32sector,constu8*data,u8count)；//寫多個sector系統(tǒng)調(diào)試4.1運(yùn)行過程（1）使用MDKuvision4.11編譯程序生成相應(yīng)的hex文件。（2）使用串口線將板子的串口與PC機(jī)連接，設(shè)置啟動方式，將Boot0接高電平,Bootl接低電平。（3）打開mcuispV0.993—單片機(jī)在線編程專家，加載MDK生成的hex文件，將程序燒錄到控制器中。（4）設(shè)置啟動方式，將Boot0接低電平，Bootl接低電平。復(fù)位一下硬件，即可進(jìn)入MP3播放界面。插上耳機(jī)，即能聽到美妙的音樂。4.2設(shè)計過程遇到的困難和問題4.2.1硬件方面在本次設(shè)計中，由于首次用到AltiumDesigner來設(shè)計PCB，遇到了各種各樣的困難和問題。例如：由于設(shè)計的原理圖很大，如果把所有的元件都畫在同一張原理圖上，那么將會顯得非常的雜亂，煩瑣。在這里我使用了層次圖的設(shè)計方法，把子模塊各放到一個層中設(shè)計，在頂層中再把子模塊連接起來，不僅使設(shè)計顯得更加直觀，而且利于模塊之間的移植。還有，層之間的元件重疊，不顯示綠色報錯。在設(shè)計中第一次用到貼片元件，也是本次設(shè)計中的一次挑戰(zhàn)。經(jīng)過多次嘗試努力，終于找到了焊接貼片元件的訣竅：首先將元件小心地放到PCB板上，使其與焊盤對齊，要保證芯片的放置方向是正確的。將烙鐵頭尖沾上少量的焊錫，在兩個對角位置的引腳上加少量的焊錫，使芯片固定而不能移動。在焊完對角后重新檢查芯片的位置是否對準(zhǔn)，如有必要可進(jìn)行調(diào)整或拆除并重新在PCB板上對準(zhǔn)位置。在IC腳上加滿焊錫，為拖焊作準(zhǔn)備。把PCB板45度角斜放或立起來，以保證焊接過程中，熔化的焊錫能順利流動。從上到下，順勢來回拖動烙鐵頭，使焊錫與貼片IC引腳分離。檢查無虛焊，無短路后，用硬毛刷浸上酒精沿引腳方向仔細(xì)擦拭，直到焊劑消失為止，即可完成焊接。在完成焊接工作之后，上電調(diào)試時，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)非常不穩(wěn)定。由于硬件系統(tǒng)上沒有接有JTAG仿真接口，不能在MDK中仿真調(diào)試，所以只能在程序中的每一個子初始化函數(shù)中加入一個串口測試程序，結(jié)果發(fā)現(xiàn)程序死在VS1003的初始化中。在經(jīng)過幾個日日夜夜的努力之后，正當(dāng)我準(zhǔn)備要放棄，重新做板子的時候，無意之間手碰到了VS1003的晶振引腳，系統(tǒng)又恢復(fù)正常了。通過與主控制器的晶振接法作比較后，在VS1003的晶振引腳之間加上一個1M的電阻后，系統(tǒng)就可以正常工作了。4.2.2軟件方面在首次驅(qū)動VS1003時，聲音總是斷斷續(xù)續(xù)的。在逐步檢查，排除了晶振的頻率，SPI的速度，STM32控制器的處理速度之后，發(fā)現(xiàn)原來是在寫入數(shù)據(jù)之后沒有等待VS1003的DREQ引腳為高電平，就繼續(xù)寫入數(shù)據(jù)。在加入while（（GPIOC->IDR&MP3_DREQ）==0）；//等待DREQ為高這一條語句之后，就能正常的播放音樂了。總結(jié)通過這次畢業(yè)設(shè)計的研究與制作，讓我了解了MP3音樂文件的結(jié)構(gòu)，以及在SD卡上以FAT16存儲方式的基礎(chǔ)上，針對MP3各模塊部分，包括主控制芯片及音頻解碼芯片、SD卡模塊、以及TFT觸摸屏等部分的分和互相協(xié)助配合下，完成了電路原理圖以及PCB制作，焊接與調(diào)試電路板，然后是軟件編程實(shí)現(xiàn)功能。盡管該方案無法作為一個通用MP3的方案，但是對于某些音頻需要的工業(yè)控制、汽車電子、醫(yī)療電子等方案具有一定的參考性。雖然在這次設(shè)計中還存在許多不足,但是通過這次畢業(yè)設(shè)計,我掌握了很多硬件、軟件等方面的知識，也學(xué)會了很多課本上沒有的東西，這為我以后更深入的學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)，同時也對我今后到社會工作中的發(fā)展很有幫助。參考文獻(xiàn)［1］李寧?基于MDK的STM32處理器開發(fā)應(yīng)用［M］.北京航空航天大學(xué)出版社.2008-10-1.［2］宋巖譯.ARMCortex-M3權(quán)威指南［M］.北京航空航天大學(xué)出版社.2009-07.［3］王永虹，徐煒，郝立平.STM32系列ARMCortex-M3微控制器原理與實(shí)踐［M］.北京航空航天大學(xué)出版社.2008-7-1.［4］譚浩強(qiáng)?程序設(shè)計（第三版）［M］.清華大學(xué)出版社.2O05-7-3.［5］［美］克尼漢，［美］里奇，徐寶文，李志譯.C程序設(shè)計語言（第2版?新版）［M］.機(jī)械工業(yè)出版社.2004-1-1.［6］陳正沖.C語言深度解剖一解開程序員面試筆試的秘密［M］.北京航空航天大學(xué)出版社.2010-7-1.??專業(yè)?專注.??專業(yè)?專注.李寧.ARM開發(fā)工具RealViewMDK使用入門[M].北京航空航天大學(xué)出版社.2008-3-1.胡仁喜.AltiumDesignerSummer09從入門到精通[M].機(jī)械工業(yè)出版社.2010T2-1.附錄u_sncjrLD3￡TMar](i3Sd-ir-DcLTu_sncjrLD3￡TMar](i3Sd-ir-Dc^eobgxw:州mIJLCD_CSLCD~ESLCPfl'

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