基于STM32 MP3播放器設(shè)計(jì)

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1、 基于STM32 MP3播放器設(shè)計(jì) 學(xué)院:XXXXXXXXXXX 專業(yè)班機(jī):XXXXXXXX 姓名XXXXX 學(xué)號(hào)：XXXXXXXX 1.1 本課題的提出及意義 MP3音頻播放器的最合理工作速度為30Mips，而一個(gè)典型的視頻媒體播放器的理想速度則為175Mips，所以提高M(jìn)P3的工作速度，以及改善MP3的音質(zhì)是最關(guān)鍵的，也是亟待解決的問題。? MP3是一種典型的嵌入式設(shè)備，而現(xiàn)在市場上比較常見的是閃存式MP3。由于閃存式MP3的容量限制，使它存儲(chǔ)歌曲數(shù)目較少，在功能上也很難實(shí)現(xiàn)多樣

2、化[1]。而硬盤式MP3的多功能及大容量，也必將受到不少消費(fèi)者的喜愛。?? MP3播放器一般分成3個(gè)部分：CPU、MP3硬件解碼器存儲(chǔ)器。其中可以將前兩部分集成在一起，即帶MP3硬件解碼器的CPU；或?qū)⒑髢刹糠旨稍谝黄?，即集成硬件解碼、D／A轉(zhuǎn)換及音頻輸入。存儲(chǔ)器可以是Flash存儲(chǔ)器或硬盤[2]。通過用MP3編碼技術(shù)，可以得到大約12：1壓縮的有損音樂信號(hào)。 1.2 研究現(xiàn)狀 MP3全稱是MPEG Layer 3，狹義的講就是以MPEG Layer 3標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼的一種音頻文件格式。自韓國世韓(Seahan)公司1998年推出世界上第一臺(tái)MP3隨身聽以來， MP3播放器以其小巧的外形

3、，不錯(cuò)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)注的一個(gè)熱門話題[3]。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)，還有臺(tái)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 [4]。 2 硬件設(shè)計(jì) 2.1整體方案 綜述 本設(shè)計(jì)由STM32最小系統(tǒng)，SD卡的讀取模塊，TFT控制模塊，外擴(kuò)FL

4、ASH模塊，觸摸屏模塊，串口通信模塊組成。將解決SD卡的讀取以及使用FATFS文件系統(tǒng)來對(duì)SD卡操作，TFT液晶屏的控制及觸摸屏原理、還有人機(jī)界面UI的實(shí)現(xiàn)等問題[5]。系統(tǒng)架構(gòu)如圖2-1所示。 基本設(shè)計(jì)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卡中音樂文件數(shù)據(jù)，將所讀取的數(shù)據(jù)流傳輸給CPU軟件解碼（helix解碼庫）解碼編程PCM音頻，通過I2S送到ADC芯片 PCM1770音頻輸出驅(qū)動(dòng)耳機(jī)實(shí)現(xiàn)音樂播放功能。液晶屏顯示歌曲的實(shí)時(shí)播放狀態(tài)，功能按扭 和控制歌曲的播放、停止、聲音增大、減小等。同時(shí)，TFT觸摸屏則用于功能按扭 和人機(jī)交換界面的輸入。 2.2系統(tǒng)架構(gòu)圖

5、 圖 2-1 系統(tǒng)架構(gòu)圖 2.3硬件模塊 2.3.1處理器 一、芯片介紹。 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(jì)。 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(duì)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(shí)能夠提供比Thumb技術(shù)高出38%的性能[7]。 在中斷處理方面，CortexM3集成了嵌套向量中斷控

6、制器NVIC(Nested Vectored Interrupt Controller)。NVIC是CortexM3處理器的一個(gè)緊耦合部分，可以配置1~240個(gè)帶有256個(gè)優(yōu)先級(jí)、8級(jí)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(shí)，搶占（Pre emption）、尾鏈（Tail chaining）、遲到技術(shù)（Late arriving）的使用，大大縮短了異常事件的響應(yīng)時(shí)間。CortexM3異常處理過程中由硬件自動(dòng)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(shí)間，降低了軟件設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。DP）或串行JTAG調(diào)試端口（SWJDP，允許JTAG或SW協(xié)議）使用。 二、引腳圖。

7、 圖2-2 STM32F103ZET6 微控制器引腳分布圖 2.3.3 SD卡模塊 一、SD卡介紹。 STM32微處理器 CPU ( STM32F103ZET6 )具有一個(gè) SDIO 接口。SD/SDIO/MMC 主機(jī)接口可以支持 MMC 卡系統(tǒng)規(guī)范 4.2 版中的 3 個(gè)不同的數(shù)據(jù)總線模式：1 位(默認(rèn))、4 位和 8 位。在 8 位模式下，該接口可以使數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到 48MHz，該接口兼容 SD 存儲(chǔ)卡規(guī)范 2.0 版[12]。 二、SD卡原理圖。 圖2-3 SD卡接口電路 .

8、 圖2-4 SD卡上電識(shí)別流程圖 2.3.3 LCD顯示模塊 一、LCD控制器。 LCD，即液晶顯示器，因?yàn)槠涔牡?、體積小，承載的信息量大，因而被廣泛用于信息輸出、與用戶進(jìn)行交互，目前仍是各種電子顯示設(shè)備的主流。因?yàn)?STM32 內(nèi)部沒有集成專用的液晶屏和觸摸屏的控制接口，所以在顯示面板中應(yīng)自帶含有這些驅(qū)動(dòng)芯片的驅(qū)動(dòng)電路(液晶屏和觸摸屏的驅(qū)動(dòng)電路是獨(dú)立的)，STM32 芯片通過驅(qū)動(dòng)芯片來控制液晶屏和觸摸屏。 二、 FSMC框圖結(jié)構(gòu)。 FSMC(flexible static memory controller)，譯為靜態(tài)存儲(chǔ)控制器。可用于ST

9、M32 芯片控制 NOR FLASH、PSRAM、和 NAND FLASH 存儲(chǔ)芯片。我們是使用FSMC的NOR\PSRAM 模式控制 LCD。其結(jié)構(gòu)如圖2-5所示。 .. 圖2-5 FSMC框圖結(jié)構(gòu)框圖 2.3.4觸摸屏模塊 一、觸摸屏感應(yīng)原理。 觸摸屏常與液晶屏配套使用，組合成為一個(gè)可交互的輸入輸出系統(tǒng)。除了熟悉的電阻、電容屏外，觸摸屏的種類還有超聲波屏、紅外屏。觸摸屏的基本原理為分壓，它由一層或兩層阻性材料組成，在檢測坐標(biāo)時(shí)，在阻性材料的一端接參考電壓 Vref，另一端接地，形成一個(gè)沿坐標(biāo)方向

10、的均勻電場。當(dāng)觸摸屏受到擠壓時(shí)，阻性材料與下層電極接觸，阻性材料被分為兩部分，因而在觸摸點(diǎn)的電壓，反映了觸摸點(diǎn)與阻性材料的 Vref 端的距離，而且為線性關(guān)系，而該觸點(diǎn)的電壓可由 ADC 測得。更改電場方向，以同樣的方法，可測得另一方向的坐標(biāo)。 二、TSC2046觸摸屏控制器。 TSC2046 是專用在四線電阻屏的觸摸屏控制器，MCU 可通過 SPI 接口向它寫入控制字，由它測得 X、Y 方向的觸點(diǎn)電壓返回給 MCU。如圖2-6所示 圖2-6 TSC2046 與電阻屏的連接圖 2.3.5 PCM音頻模塊 PCM1770

11、器件是CMOS，單片，集成電路包括立體聲數(shù)字 - 模擬轉(zhuǎn)換器，耳機(jī)電路。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器采用TI的增強(qiáng)型多級(jí)架構(gòu)，它采用噪聲整形和多值振幅量化，實(shí)現(xiàn)出色的動(dòng)力性能和改進(jìn)的耐時(shí)鐘抖動(dòng)。該P(yáng)CM1770器件接受多個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)音頻數(shù)據(jù)格式，16至24位數(shù)據(jù)，左對(duì)齊，I2S等，提供輕松連接到音頻DSP和解碼器。采樣率高達(dá)50 kHz的支持。全套用戶可編程功能是通過一個(gè)3線串行控制端口，支持寄存器寫入功能訪問。原理接線圖如圖2-7所示 圖2-7 PCM1770連接圖 3 軟件設(shè)計(jì) 3.1 軟件開發(fā)架構(gòu) 本設(shè)計(jì)由STM32最小系統(tǒng)，SD卡的讀取模塊，TFT控制模塊，觸摸

12、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(duì)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[10]。架構(gòu)如圖3-1軟件開發(fā)架構(gòu)圖 圖3-1軟件開發(fā)架構(gòu)圖 3.2 軟件程序設(shè)計(jì)流程圖 開始 系統(tǒng)初始化 顯示屏初始化 觸摸屏初始化 SD卡初始化 PCM1770初始化 MP3播放程序 觸摸屏按下? 播放模式設(shè)置 讀取觸摸屏數(shù)據(jù)， 執(zhí)行相應(yīng)功能操作

13、 圖3-2 程序設(shè)計(jì)流程圖 本系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)流程圖如圖3-2所示，工作流程是：STM32從SD卡中讀取音樂文件數(shù)據(jù)，將所讀取的數(shù)據(jù)流傳輸給CPU軟件解碼（helix解碼庫）解碼編程PCM音頻，通過I2S送到ADC芯片 PCM1770音頻輸出驅(qū)動(dòng)耳機(jī)實(shí)現(xiàn)音樂播放功能。液晶屏顯示歌曲的實(shí)時(shí)播放狀態(tài)，功能按扭和控制歌曲的播放、停止、聲音增大、減小等。同時(shí)，TFT觸摸屏則用于功能按扭和人機(jī)交換界面的輸入。 音樂播放鏈路： 圖3-3 音樂播放鏈路 3.3 軟件代碼結(jié)構(gòu) 為了使代碼結(jié)構(gòu)清晰，方便以后的維護(hù)，代碼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下： 在根目錄I2S-MP3下，劃分

14、為七個(gè)文件夾，分別為STARTUP、CMSIS、FWLB、USER、DOC、ff9和mp3。下面分別就七個(gè)文件夾的作用和結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明，其代碼目錄樹狀結(jié)構(gòu)如圖3-4 所示。 圖3-4 整體工程代碼結(jié)構(gòu) 對(duì)其進(jìn)行分析： 目錄名稱 目錄說明 STARTUP 啟動(dòng)文件 CMSIS M3系列通用的文件 FWLB ST 片上資源外設(shè)的驅(qū)動(dòng)文件 USER

15、 用戶寫的驅(qū)動(dòng)文件 DOC 工程說明文檔 ff9 FATFS文件系統(tǒng)文件 mp3 音樂播放相關(guān)文件 詳細(xì)代碼結(jié)構(gòu) 啟動(dòng)文件是任何處理器在上點(diǎn)復(fù)位之后最先運(yùn)行的一段匯編程序。在我們編寫的 c 語言代碼運(yùn)行之前，需要由匯編為 c 語言的運(yùn)行建立一個(gè)合適的環(huán)境，接下來才能運(yùn)行我們的程序[9]。 液晶屏驅(qū)動(dòng)程序 /** * @brief lcd 初始化 * @param 無 *

16、 @return 無 */ void LCD_Init(void) { LCD_GPIO_Config(); //配置IO端口 LCD_FSMC_Config(); //LCD FSMC模式的配置 LCD_Rst(); //LCD軟件復(fù)位 LCD_REG_Config(); //配置LCD初始化寄存器 } 文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序 /** * @brief fs 文件系統(tǒng)初始化 * @param 無 * @return 無 */ void Sd_fs_init(void) { /* SD卡

17、中斷初始化 */ SDIO_NVIC_Configuration(); /* SD 卡硬件初始化，初始化盤符為0*/ f_mount(0,&myfs[0]); /./ff9文件庫 } /* * @brief SDIO優(yōu)先級(jí)配置為最高優(yōu)先級(jí) * @param 無 * @return 無 */ void SDIO_NVIC_Configuration(void) { NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; /* Configure the NVIC Preemption

18、 Priority Bits */ NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1); NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = SDIO_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init

19、(&NVIC_InitStructure); } 觸摸屏卡驅(qū)動(dòng)程序 /* * @brief 觸摸模擬SPI IO 和中斷 IO初始化 * @param 無 * @return 無 */ void Touch_Init(void) { GPIO_SPI_Config(); } /* * @brief 模擬SPI的GPIO配置，當(dāng)SPI的4根信號(hào)線換為其他IO時(shí)， * 只需要修改該函數(shù)對(duì)應(yīng)的宏定義即可。 * @param 無 * @return 無 */ void GPIO_SPI_Conf

20、ig(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; /* 開啟GPIO時(shí)鐘*/ RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOF | RCC_APB2Periph_GPIOG, ENABLE); /* 模擬SPI的GPIO初始化*/ GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=SPI_CLK_PIN; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_10MHz ; GPIO_InitS

21、tructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_Init(SPI_CLK_PORT, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SPI_MOSI_PIN; GPIO_Init(SPI_MOSI_PORT, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SPI_MISO_PIN; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz ; GPIO_Ini

22、tStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; GPIO_Init(SPI_MISO_PORT, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SPI_CS_PIN; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz ; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_Init(SPI_CS_PORT, &GPIO_InitStructure)

23、; /* 拉低片選，選擇XPT2046 */ GPIO_ResetBits(SPI_CS_PORT,SPI_CS_PIN); //GPIO_SetBits(SPI_CS_PORT,SPI_CS_PIN); /* XPT2046 中斷IO配置 */ TP_INT_GPIO_Config(); } 3.3.4 MP3驅(qū)動(dòng)程序 /** * @brief player_run 運(yùn)行MP3 播放器過程，內(nèi)部死循環(huán) * @param 無 * @return 無 */ void player_run(void)

24、{ char music_name[FILE_NAME_LEN]; f_mount(0, &fs); file_scan(path); //掃描文件 if(file_num == 0) { printf("\r\n no mp3 file ! "); return; //跳出本函數(shù) } player_state = S_READY; //初始化狀態(tài) touch_even = E_NULL; //初始化事件標(biāo)志 a

25、ll_page = (file_num+7)/8 ; // current_page = 1; printf("\r\n file_num =%d,all_page=%d",file_num,all_page); // PCM1770_VolumeSet(0); //調(diào)節(jié)音量 PCM1770_VolumeSet(28); lcd_list(current_page); //顯示歌曲列表，第一頁 while(1) // 進(jìn)入死循環(huán)，根據(jù)狀態(tài)切換 {

26、 if(play_index >= file_num-1) //檢查play_index play_index = file_num-1; //index指向最后一個(gè)文件 else if(play_index<=0) play_index =0; even_process(); //事件處理 switch(player_state) { case S_PLAY: //播放狀態(tài) //開始play 流程 //讀

27、取音頻文件流程 //′打開playlist，讀取音頻文件名 fres = f_open (&file, "0:mp3player/playlist.txt", FA_READ); fres = f_lseek (&file, play_index*FILE_NAME_LEN); fres = f_read(&file, music_name, FILE_NAME_LEN, &rw_num); fres = f_close (&file); //獲取文件名，準(zhǔn)備解碼 printf("準(zhǔn)備播放:%s

28、 ",music_name); if(strstr(music_name,".mp3")||strstr(music_name,".MP3")) //MP3格式 { //開始MP3解碼 mp3_player(music_name); } else //WAV文件格式 { //開始WAV文件播放 wav_player(music_name); } break;

29、 case S_SWITCH: //切歌狀態(tài) player_state = S_PLAY; //?更新標(biāo)志位 /* 檢測要切換的歌曲是否在播放的上一頁*/ if((play_index+8)/8 < current_page) { current_page--; //?刷新當(dāng)前頁碼 lcd_list(current_page); //刷新LCD列表 } /*檢測要切換的歌曲是否在播放的下一頁*/ if((play_index+8)/8 >current_page) { current_page++; //?刷新當(dāng)前頁碼 lcd_list(current_page); //刷新LCD列表 } break; default:break; } } } 15