基于STM32F103系列單片機(jī)的無線解說器

本實例是以STM32F103系列單片機(jī)作為核心處理器，利用VS1003芯片進(jìn)行音頻解碼的一種無線解說器。通過對觸摸顯示屏的操作，實現(xiàn)手持部分和終端部分二者的無線通訊。系統(tǒng)采用大容量的SD卡作為存儲部分，通過SPI將VS1003B與SD卡的數(shù)據(jù)與STM32進(jìn)行交互通信。本解說器在播放時沒有出現(xiàn)理論上的斷續(xù)情況，音質(zhì)較好，占用的軟硬件資源也較少，為后續(xù)的擴(kuò)展留下了很大空間。

無線講解器通常用于工廠、博物館、景區(qū)等室外空曠場所供參觀介紹用，通過事先在場所安放無線發(fā)射模塊，并控制發(fā)射模塊的工作范圍。聽眾到達(dá)景點后，手上的講解器將自動接收各個地點的無線編碼信號，經(jīng)解碼后即可將存儲在SD卡中的語音播放，以便清晰地全程收聽全部介紹內(nèi)容。

1 系統(tǒng)總體構(gòu)成

系統(tǒng)主要器件包括TFT觸摸屏、STM32F103RCT6微控制器、SD卡、語音解碼芯片VS1003、揚聲器。STM32F103RCT6微控制器為系統(tǒng)終端的控制核心，通過它與手持式設(shè)備之間進(jìn)行無線串口通訊，讀取SD卡中的音頻文件，控制VS1003解碼讀取的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)聲音的播放與控制，該系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計框圖

2 硬件電路控制

2.1 TFT觸摸屏控制電路

單片機(jī)芯片STM32F103RCT6工作在8MHz時鐘下，RTC工作在32.768kHz時鐘下。單片機(jī)PA3、PA5、PA6、PA7、與SD卡SD_CS、SPI1_SCK、SPI1_MISO、SPI1_MOSI相連，采用SPI通訊。顯示屏接口采用并行總線方式（數(shù)據(jù)總線D［7：0］、地址總線A［1：0］、片選/CS、讀/RD、寫/WR），直接與單片機(jī)引腳相連，如圖2所示。

圖2 TFT觸摸屏與單片機(jī)連接控制原理圖

2.2 VS1003音頻解碼控制電路

語音解碼芯片VS1003可解碼MP3（MPEG 1&2音頻層III）（CBR+VBR+ABR）、WMA 4.0/4.1/7/8/9的所有配置文件（5.384kbit/s的）、WAV（PCM+IMAADPCM）、MIDI/SP—MIDI文件，對話筒輸入或線路輸入的音頻信號進(jìn)行IMA ADPCM編碼，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。

圖3 音頻解碼電路原理圖

VS1003通過7根引腳（VS RST、VS DREQ、VS_MISO、VS_MOSI、VS_SCK、VS_XDCS、VS_XCS）與主控芯片相連，如圖3所示。需要播放音頻文件時，首先應(yīng)復(fù)位VS1003（包括硬復(fù)位和軟復(fù)位），讓其回到原始狀態(tài)，準(zhǔn)備解碼下一個音頻文件。接著需配置VS1003相關(guān)寄存器，包括VS1003的模式寄存器（MODE）、時鐘寄存器（CLOCKF）等。最后向VS1003里寫入數(shù)據(jù)。VS1003會自動識別它所支持的音頻格式并進(jìn)行播放。

3 軟件控制設(shè)計

3.1 手持設(shè)備控制流程

對手持式設(shè)備進(jìn)行軟件控制編程時，第一步使用需要對系統(tǒng)時鐘進(jìn)行初始化，需要對外部高速時鐘使能，中斷向量表配置，鎖相環(huán)配置等過程。這樣系統(tǒng)才能正確執(zhí)行相關(guān)程序。接下來對串口進(jìn)行初始化，本設(shè)計使用的串口一，需要對GPIOA進(jìn)行初始化，并配置其復(fù)用功能，將TXD引腳設(shè)置成復(fù)用延遲輸出，RXD配置成浮空輸入。下面設(shè)置USAT的波特率、傳輸字長、有無奇偶校驗、數(shù)據(jù)流控制、收發(fā)模式、中斷優(yōu)先級、中斷服務(wù)函數(shù)等。

圖4 手持設(shè)備控制程序流程圖

手持設(shè)備上的TFT初始化以后，就可顯示初始化界面，接著等待終端設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)顯示，手持設(shè)備在完成各種初始化工作后與終端設(shè)備進(jìn)行握手連接，握手成功之后便能顯示終端設(shè)備上發(fā)送過來的信息，握手失敗后就不停嘗試著與終端設(shè)備進(jìn)行握手，直到握手成功。觸摸屏點擊后進(jìn)行軟件判斷得到點擊的坐標(biāo)值，并將坐標(biāo)值傳送至終端設(shè)備。

3.2 終端設(shè)備程序流程圖

終端設(shè)備開機(jī)后需要設(shè)置無線單片機(jī)的初始值，初始值為包括解說區(qū)域的坐標(biāo)代碼，因此在游覽干道旁需每隔約25m設(shè)置一個終端，當(dāng)游人在游覽干道上行進(jìn)，身上的手持設(shè)備就可隨時和道路旁放置的無線終端相互交換信息，播放需要的解說詞。

因此終端流程最開始對所需要的外設(shè)進(jìn)行初始化，確認(rèn)初始化無誤以后進(jìn)入正弦波測試，如有初始化不成功的程序?qū)⒉荒苓M(jìn)入下一個流程。在正弦波測試完之后確定終端設(shè)備上的外設(shè)運行良好，將SD卡中的音頻文件信息解碼出來，并發(fā)送出去，此時進(jìn)入串口監(jiān)控狀態(tài)，時刻監(jiān)控串口信息，當(dāng)收到播放指令時即在SD卡中尋找對應(yīng)的信息，并從SD卡中將數(shù)據(jù)讀取出來，發(fā)送至VS1003進(jìn)行解碼，在播放過程中如接收到新的串口數(shù)據(jù)，再進(jìn)行判斷，是停止還是暫?；蛘咂渌睿缓髨?zhí)行相應(yīng)的命令。

圖5 終端設(shè)備程序流程圖

4 結(jié)論

本文所設(shè)計的無線解說器以STM32F103系列單片機(jī)作為核心處理器，處理速度快且性價比高。利用VS1003解碼芯片控制音頻解碼文件，選用合適的通訊方式，嚴(yán)格把控時序，確保播放聲音的清晰與真實。通過對觸摸顯示屏的操作，實現(xiàn)手持部分和終端部分二者的無線通訊，確保游人在指定地點接收到相應(yīng)解說詞，本系統(tǒng)經(jīng)過實際使用，通信效果良好，播放的解說詞流暢，音質(zhì)較好。在后期設(shè)備升級中，可考慮采用高速DSP作為中央控制芯片，即可無需解碼芯片，且更好地將系統(tǒng)嵌入到DSP為核心的產(chǎn)品中，從而更加人性化。