基于STM32的便攜式音樂(lè)播放器設(shè)計(jì)

　　隨著電子行業(yè)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品的需求越來(lái)越高，多功能便攜式MP3也越來(lái)越受大眾的青睞。根據(jù)消費(fèi)者的愛(ài)好需求，各種多功能的MP3層出不窮，其盡可能的吸收照相機(jī)、手機(jī)等電子產(chǎn)品的其它功能。本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用ARM Cortex-M3內(nèi)核的STM32F103VET6作為微控制器、SD卡作為存儲(chǔ)介質(zhì)、VS1003作為音頻解碼芯片以及TFT彩晶屏作為人際交互設(shè)備，設(shè)計(jì)一款可播放mp3、wav文件格式的便攜式音樂(lè)播放器，并實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是了解FAT文件系統(tǒng)的構(gòu)造、SD卡的讀取、VS1003芯片的解碼過(guò)程、人機(jī)交互設(shè)備的控制操作以及各主從機(jī)之間的通訊方式。其中，STM32F103系列集成了低功耗、IO資源多、通信接口多、體積小、價(jià)格適中等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)；隨著日本松下、東芝及美國(guó)SanDisk公司于1999年8月共同研制，SD卡被廣泛應(yīng)用與閃存介質(zhì)，并易于讀??；VS1003是一個(gè)多功能的mp3、wav解碼芯片，自帶DAC，具有無(wú)相位差的立體聲輸出；TFT顯示屏集成了觸控特點(diǎn)使得人機(jī)交互更為簡(jiǎn)便、程序編寫(xiě)更為簡(jiǎn)潔。

　　關(guān)鍵字：STM32F103VET6;SD卡;VS1003解碼芯片；TFT彩晶屏；便攜式音樂(lè)播放器。

　　Abstract

　　With the rapid development of the electronics industry 。 The consumer electronic products have been used more often by people because of their growing demand. It’s popular to have a Multi-function portable MP3 for people with the increasingly favored by the public 。 A variety of multi-function MP3 after another according to the demand of consumer 。 They were produced with absorb the other features of the cameras ， cell phones and other electronic products as much as possible. The system used the ARM Cortex-M3 core STM32F103VET6 as microcontroller ， SD card as the storage medium ， VS1003 as human interaction as the audio decoder chip ， and TFT display screen equipment to make a Portable Music Player with the function that could play wav and mp3 files in this design， and some related functions 。 The difficulty lie in design is focused on understanding the structure of the FAT file system ， how to read SD card ， the process of decoding in VS103 chip， the control of human-computer interaction and the communication by master and slave. Among of these devices ，STM32F103 series integrates a low-power， IO resources ， communication interface ，small size ， affordable and many other advantages 。 Panasonic ， Toshiba ， SanDisk Corporation and the United States develop together in August 1999 。 SD cards are widely application and flash media ， and easy to read 。 VS1003 is a mp3 ， wav decoder chip with many function， built-in DAC and stereo output with no phase difference 。 TFT as a display make the human-computer interaction easier and programming more concise by integrating touch features.

　　Key words ： STM32F103VET6 ; SD card ; VS1003 decoder chip ; TFT display screen ; Portable Music Player

　　引言

　　在INTERNET廣泛普及的今天，MP3音樂(lè)一起較小數(shù)據(jù)流量和近乎完美的播放效果已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)和INTERNET上最流行的音樂(lè)格式了。將CD格式的音樂(lè)數(shù)據(jù)壓縮成MP3格式，音效相差無(wú)幾，文件大小卻至少可以壓縮12倍（每首PCM格式的CD歌曲大約40MB至50MB數(shù)據(jù)流量）。自韓國(guó)世韓公司1998年推出世界上第一臺(tái)MP3隨身聽(tīng)以來(lái)，MP3播放器以其小巧外形，近乎于CD的音質(zhì)，前衛(wèi)的功能，越來(lái)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(mén)話題。它的記錄媒介是芯片或卡，無(wú)需轉(zhuǎn)動(dòng)部件，徹底擺脫磁盤(pán)和光碟的束縛，因而抗震性和節(jié)點(diǎn)性能更好。在市場(chǎng)消費(fèi)的刺激下，各大公司紛紛推出了自己的mp3播放器產(chǎn)品。除了Micronas方案、ST方案、TI軟解壓?jiǎn)涡酒桨?，還有臺(tái)灣創(chuàng)品方案、美國(guó)Sigmatel方案等。進(jìn)入2004年，當(dāng)MP3在容量、外觀、音質(zhì)上的發(fā)展無(wú)法再吸引更多眼球的時(shí)候，開(kāi)始轉(zhuǎn)向多功能發(fā)展，正如在手機(jī)身上所發(fā)生的一切，人們對(duì)于MP3的要求，不再是單一的欣賞音樂(lè)，而是向手機(jī)一樣身兼多職。

　　作為全球第一款閃存式彩屏MP3，信利MP301的推出引起了MP3市場(chǎng)的巨大關(guān)注，除了彩屏的加入，MP301還支持圖書(shū)、圖片瀏覽及游戲功能，多功能融合，是消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)。

　　MP3播放器的誕生，為傳統(tǒng)隨身聽(tīng)?zhēng)?lái)了致命打擊。曾幾何時(shí)，MP3和MD之間的斗爭(zhēng)成為業(yè)界最熱門(mén)的話題，當(dāng)時(shí)甚至多數(shù)人都認(rèn)為MP3由于音質(zhì)上的原因?qū)捉oMD，但事實(shí)上，MP3的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了MD支持者們的預(yù)想。直至今日，MP3已成為隨身聽(tīng)市場(chǎng)的主流產(chǎn)品，并成為了繼手機(jī)之后最為廣泛使用的個(gè)人隨身電子產(chǎn)品。抱著學(xué)習(xí)的態(tài)度，秉著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木裢瓿纱舜我魳?lè)播放器的設(shè)計(jì)。

　　1 設(shè)計(jì)任務(wù)與思路

　　1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)

　　本設(shè)計(jì)課題是一個(gè)軟硬件相結(jié)合的設(shè)計(jì)類(lèi)題目。要求設(shè)計(jì)一個(gè)具有如下要求的便攜式音樂(lè)播放器：利用電池供電、支持wav和mp3格式、支持U盤(pán)CF卡或者SD卡，可選擇播放、可快進(jìn)快退。

　　1.2 設(shè)計(jì)思路

　　整個(gè)系統(tǒng)主要由微控制器、音頻解碼部分、音效處理部分、SD卡部分、人機(jī)交互部分、按鍵復(fù)位部分、電源部分、程序口下載部分組成，整個(gè)系統(tǒng)由MCU控制，各個(gè)部分協(xié)調(diào)運(yùn)作。

　　2 器件選擇和系統(tǒng)框圖

　　2.1 器件選擇

　　該系統(tǒng)要求能夠?qū)p3、wav格式的音頻文件進(jìn)行解碼，處理起來(lái)速度是有要求的，尤其是對(duì)320Kbps的MP3格式數(shù)據(jù)流的處理，必須非常快，才能實(shí)現(xiàn)MP3的流暢播放，可供選擇的八位機(jī)有AVR、PIC，可供選擇的32位處理器有SAMSUNG、STM32、ATMEL等。選擇MCU優(yōu)先考慮于擁有豐富的RAM，八位機(jī)RAM主要靠擴(kuò)展，內(nèi)部RAM一般在4Kbyte以?xún)?nèi)，32位機(jī)里面，SAMSUNG一般不內(nèi)帶RAM，也要外擴(kuò)。出于成本的考慮，外擴(kuò)RAM，F(xiàn)LASH芯片必然會(huì)增加成本，所以控制芯片最好選擇自帶RAM，F(xiàn)LASH，本次課題設(shè)計(jì)選擇使用STM32F103VET6作為微控制器。

　　本次課題設(shè)計(jì)要求的儲(chǔ)存媒介是U盤(pán)CF卡或者SD卡。SD卡以其價(jià)格低、體積小、擴(kuò)存容易等優(yōu)勢(shì)迅速占據(jù)市場(chǎng)，使用也越來(lái)越廣泛。以此同時(shí)，各種MCU同時(shí)也在內(nèi)部集成了SD控制器。出于成本和使用方便等因素的考慮，本次課題設(shè)計(jì)選擇使用SD卡作為儲(chǔ)存媒介。

　　由于使用了ARM7處理器，MP3解碼可以有兩種方法，一是通過(guò)ARM處理器軟解碼，通過(guò)對(duì)MP3數(shù)據(jù)格式的解析實(shí)現(xiàn)MP3播放，二是通過(guò)外部解碼芯片直接解碼。第一種方法在解碼高碼率的MP3時(shí)，ARM7處理能力吃緊，而且STM32還需要外部DAC來(lái)做音頻輸出，所以采用第二種方法進(jìn)行解碼。MP3常見(jiàn)的解碼芯片有VS100X系列和STA01系列，STA01需要外接DAC做音頻輸出，而VS1003 自帶DAC，且解碼的文件格式包含mp3和wav，另外它還可以實(shí)現(xiàn)錄音功能，方便以后進(jìn)行功能的拓展應(yīng)用。

　　人機(jī)交互設(shè)備包括輸入設(shè)備和輸出設(shè)備，選擇硬件考慮到程序的調(diào)試控制，這里選擇一款3寸的TFT液晶屏，其分辨率位240*400，工作模式為16位數(shù)據(jù)模式，通訊速度較快。

　　2.2 系統(tǒng)框圖與概述

　　本次課題設(shè)計(jì)采用STM32F103VET6作為為控制器讀取SD卡內(nèi)的音樂(lè)文件，并將數(shù)據(jù)送入VS1003進(jìn)行音頻解碼，得到模擬的音樂(lè)流，再進(jìn)過(guò)音頻放大送入耳機(jī)，同時(shí)結(jié)合TFT液晶屏進(jìn)行人機(jī)交互控制，其系統(tǒng)框圖如圖2-1所示。

　　圖2-1 系統(tǒng)框圖

　　3 硬件電路設(shè)計(jì)

　　3.1 電源模塊

　　電源模塊是電子設(shè)備中必不可少的一部分，它位設(shè)備提供了能量。如圖3-1所示為該系統(tǒng)的電源模塊電路，5V電壓經(jīng)過(guò)AMS1117-2.5、AMS1117-2.8和AMS1117-3.3產(chǎn)生2.5V、2.8V和3.3V直流電壓供系統(tǒng)使用。C31可以防止電感效應(yīng)而產(chǎn)生自激，C33用來(lái)減小由于負(fù)載電流瞬時(shí)變化而引起的高頻干擾，C32是進(jìn)一步減小輸出脈動(dòng)和低頻干擾，使電源輸出更加穩(wěn)定，sp位電源開(kāi)關(guān)，D1和D2位電源指示燈。