嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告材料

1、嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱：嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目名稱：基于ARM實(shí)現(xiàn)MP3音樂盒專業(yè)：電子科學(xué)與技術(shù)設(shè)計(jì)容基本功能：預(yù)存四首歌曲，實(shí)現(xiàn)循環(huán)播放；每個(gè)按鍵對應(yīng)一首歌曲。拓展功能：通過按鍵簡單演奏音樂，類似鋼琴； 實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模式的切換，切歌模式和音量加減模式、設(shè)計(jì)思路基礎(chǔ)功能:將音頻數(shù)據(jù)存儲在SD卡中，使用FATFS文件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫，通過 SPI2總線將數(shù)據(jù)傳到核。核再將數(shù)據(jù)通過SPI1總線傳送到音頻解碼模塊 VS1053, 輸入的數(shù)據(jù)（即比特流數(shù)據(jù)）被解碼后送到 DAC發(fā)出聲音。將音樂存儲在SD卡，通過文件的地址來判別將要播放哪一首音樂，通過地 址的遞增和循環(huán)來實(shí)現(xiàn)音樂的自動循環(huán)播放。

2、按鍵對曲目的控制，可通過鍵盤掃描函數(shù)，判斷哪一個(gè)鍵被按下，使鍵盤掃描函數(shù)返回不同的返回值， 實(shí)現(xiàn)對文件 地址的控制。將此返回值設(shè)置為全局變量，可實(shí)現(xiàn)在音樂播放中曲目的切換。另外，我們還利用解碼模塊實(shí)現(xiàn)對音量的控制， 使用按鍵控制音量的提高或 降低。使用SPI1總線將TFT顯示屏連接到核，顯示按鍵功能、當(dāng)前曲目、當(dāng)前 模式等信息。由于開發(fā)板只有5個(gè)按鍵，按鍵數(shù)量有限，需要對按鍵實(shí)現(xiàn)曲目切換和音量 功能的復(fù)用。我們小組設(shè)置了兩種模式，切歌模式和音量模式，并定義左鍵為模 式切換鍵，實(shí)現(xiàn)不同模式的選擇和按鍵的復(fù)用。拓展功能：基本思路是通過定時(shí)器中斷來產(chǎn)生一定頻率的 50%空占比的脈寬調(diào)制波，用 此脈寬

3、調(diào)制波激勵(lì)揚(yáng)聲器，從而使揚(yáng)聲器發(fā)出一定頻率的聲音。所以只要將不同按鍵的中斷子程序設(shè)置為對定時(shí)器進(jìn)行不同數(shù)據(jù)的配置，即可實(shí)現(xiàn)不同按鍵與不同揚(yáng)聲器發(fā)生頻率的對應(yīng)。然后使一個(gè)按鍵的按下與松開均進(jìn)入中斷，且分別實(shí)現(xiàn)開啟（揚(yáng)聲器發(fā)聲） 與關(guān)閉（揚(yáng)聲器不發(fā)聲）定時(shí)器的功能，從而使課題的附加功能表現(xiàn)地更自然。三、硬件配置基礎(chǔ)功能：（1）SD卡：存儲音頻數(shù)據(jù)配置方法：根據(jù)開發(fā)板原理圖，配置方法如下圖所示SPI2_NSS73 P”SCK74SPI2 MI0O75SP12 MOS176(2) VS1053解碼芯片：將輸入的比特流解碼后送入 DAC配置方法：音頻解碼模塊與開發(fā)板接線方式:/5V-5V/GND-GND

4、/XRST-PG8/MIS0-PA6/M0SI-PA7/SCLK-PA5/DREQ-PG7/XCS-PE6/XDCS-PG6(3)TFT顯示屏（4）外放音響拓展功能:PC機(jī)一臺；P4 2.06CPU/40GHD/512M RAM 以上配置，STM32F103 開發(fā)板一套; 外接揚(yáng)聲器一個(gè)四、設(shè)計(jì)步驟或流程圖基礎(chǔ)功能：1. 初始化包括單片機(jī)本身的初始化和 VS1053的初始化（1）初始化 STM32的10 口和SPI；（2）VS1053進(jìn)行存儲器測試；（3） 初始化設(shè)置音頻輸出，設(shè)置音頻輸入要設(shè)置成VS1053;（4）VS1053進(jìn)行正弦波測試；（5）VS1053進(jìn)行一些基本設(shè)置，包括音效模式等

5、。2. 輸入音頻文件數(shù)據(jù)（1）通過FATFS打開音頻文件；（2）VS1053進(jìn)行軟件復(fù)位；（3）使用FATFS讀取音頻文件數(shù)據(jù)；（4）發(fā)送文件件，每次發(fā)送32個(gè)字節(jié)，直到音頻文件發(fā)送完成3. 對TFT顯示屏進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)置 拓展功能：1. 按鍵初始配置：對所用到的按鍵進(jìn)行相應(yīng)的 IO 口配置，且完成按鍵中斷的 中斷通道配置。2. 中斷通道的中斷子程序：由于會不只一個(gè)鍵配置在同一個(gè)中斷通道中，所以中斷通道的中斷子程序首先進(jìn)行對按下按鍵的識別。 然后讀取與按鍵相對應(yīng)的 IO 口電平，若為低電平（=下降沿=按下鍵），則對定時(shí)器進(jìn)行數(shù)據(jù)配置，并 打開定時(shí)器；若為高電平（=上升沿=松開鍵），則關(guān)閉定時(shí)器。判

6、別哪個(gè)鍵MFXTI GetITSlat.isiEXri Lmp10）=1）;C" 判定九怕號啞卅判別是按下還是松開讀電平彳就平-下降沿=按下讎讀屯平盒電平二下降沿二松開博配置宦吋龍芥JT啟：、 ./關(guān)閉走吋器J 丿3. 定時(shí)器的中斷子程序：定時(shí)器產(chǎn)生中斷時(shí)，定時(shí)器繼續(xù)工作，且翻轉(zhuǎn)與揚(yáng)聲 器相連的IO 口的輸出電平。五、采用的技術(shù)、技巧、功能模塊介紹基礎(chǔ)功能:（1）技術(shù)和技巧音樂播放模塊的過程中，我們分為兩個(gè)功能，其中有切歌功能，即四個(gè)按 鍵對應(yīng)于四首歌，另外一個(gè)就是可以實(shí)現(xiàn)模式切換的功能，該功能包括兩種模 式，即切歌模式和音量加減模式，其中有一個(gè)按鍵來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能之間的切換， 在切歌

7、模式中，另外的三個(gè)按鍵對應(yīng)三首歌曲，音量加減模式中，兩個(gè)鍵分別 對應(yīng)于音量加和音量減。播放歌曲的主要步驟為，首先對模塊進(jìn)行一系列的初始化， 并在顯示屏上 顯示每個(gè)按鍵對應(yīng)的歌曲或音量加減的功能， 設(shè)置初始音量為230，然后對SD 卡進(jìn)行讀取數(shù)據(jù)的操作，并找到對應(yīng)的存放歌曲的文件夾 MUSIC對文件中MP3 文件名稱讀取并存儲，同時(shí)記錄文件的地址，然后跳轉(zhuǎn)到音樂播放的函數(shù)，該 函數(shù)中對按鍵進(jìn)行掃描并跳轉(zhuǎn)到所按下按鍵對應(yīng)的功能，從而實(shí)現(xiàn)音樂的播放 和音量的加減。在切歌功能中，我們通過對所掃描的歌曲文件進(jìn)行排序， 并將四個(gè)按鍵對 應(yīng)到所排的序號中，所以當(dāng)我們掃描到哪個(gè)按鍵按下的時(shí)候， 就在其后面賦予

8、 一個(gè)返回值，返回該按鍵對應(yīng)音樂的序號，通過返回值我們可以在主函數(shù)中得 到該序號所對應(yīng)歌曲的地址，通過該地址我們可以實(shí)現(xiàn)對音樂文件名稱的讀取， 以及音樂數(shù)據(jù)的解碼，從而實(shí)現(xiàn)在LCD顯示屏上顯示音樂的名稱和播放音樂這 些功能。（2 ）功能模塊1）解碼模塊48 nr nnnnqr封裝圖本次實(shí)驗(yàn)音樂的播放主要是通過讀取 SD卡的中的mp3文件，再將其輸送至 VS1053解碼器中進(jìn)行解碼，從而實(shí)現(xiàn)音樂的播放。其中 VS1053通過串行數(shù)據(jù)接 口 SDI和串行控制接口 SCI進(jìn)行通信。VS1053引腳分配圖VS1053VS1053中重要的幾個(gè)引腳如下：1) VS_MISO SPI 輸入線2) VS_MO

9、St SPI 輸出線3) VS_SCK SPI 時(shí)鐘線4) VS_XCS:器件片選5) VS_XDCS數(shù)據(jù)片選和字節(jié)同步6) VS_DREQ數(shù)據(jù)請求，輸入總線。7) VS_RST:復(fù)位端實(shí)驗(yàn)中VS1053主要實(shí)現(xiàn)播放一個(gè)完整的音樂文件和取消播放這兩個(gè)功能(一) 播放一個(gè)完整文件1、發(fā)送音頻文件到VS10532、讀取附加參數(shù)endFillByte 的值；3、 發(fā)送endFillByte7:0中的值最少2052個(gè)字節(jié)；4、設(shè)置 SCI_MOD的 SM_CANC位；5、 發(fā)送endFillByte7:0中的值最少32個(gè)字節(jié)；6、讀取SCI_MODE®果SM_CANC位依然是設(shè)置的，則跳到步

10、驟5;如果SM_CANCE始終沒有被清除，在發(fā)送2048個(gè)字節(jié)之后，執(zhí)行軟件復(fù)位；7、 這首歌曲現(xiàn)在已經(jīng)成功被發(fā)送了。 HDAT(和HDAT都應(yīng)該包含0來表明現(xiàn) 在已經(jīng)沒有正在解碼的格式了?，F(xiàn)在返回步驟 1。(二) 取消播放在播放音樂時(shí)，當(dāng)用戶想跳到下一首，可通過取消當(dāng)前的歌曲播放來實(shí)現(xiàn)它用下列步驟來實(shí)現(xiàn)：1、發(fā)送一個(gè)音頻文件的部分到 VS10532、設(shè)置 SCI MOD的 SM CANCEL3、繼續(xù)發(fā)送音頻文件，但要在發(fā)送32字節(jié)的數(shù)據(jù)之后檢查SM_CANCE如果它 還是被設(shè)置,則重新進(jìn)行步驟3。如果SM_CANCE始終沒有被除,在發(fā)送2048 個(gè)字節(jié)之后，執(zhí)行軟件復(fù)位；4、當(dāng)SM_CANC

11、被清除,讀取附加的參數(shù)值endFillByte ；5、 發(fā)送endFillByte7:0中的值，共計(jì)2052個(gè)字節(jié)；6、HDATO口 HDAT1都應(yīng)該包含0來表明現(xiàn)在已經(jīng)沒有正在解碼的格式了 ，你現(xiàn) 在可以開始發(fā)送下一個(gè)音頻文件了。2）SD卡SD卡中用于存放我們需要播放的 mp3文件，音樂文件放在一個(gè)叫 MUSIC 的文件夾，在播放時(shí)通過對 SD卡中的文件夾進(jìn)行掃描匹配，來得到播放音樂 的正確路徑。本次實(shí)驗(yàn)SD卡的操作模式為SD卡模式，即通過SDIO進(jìn)行通信， 允許4線的高速數(shù)據(jù)傳輸。SD卡的引腳排序如下：SD卡IGMCNCNCTK：CD I1AJ1 ElATOCLKcw C3-DAT3 DA

12、T：|GND*3 3VGND以下為SD卡在正常工作時(shí)的三個(gè)過程，包括初始化和讀寫數(shù)據(jù)。（一）SD卡初始化過程：1、初始化與SD卡連接的硬件條件（MC啲SPI配置,I0 口配置）；2、上電延時(shí)（大于74個(gè)CLK）;3、復(fù)位卡（CMD）,進(jìn)入IDLE狀態(tài)；4、發(fā)送CMD8檢查是否支持2.0協(xié)議；5、根據(jù)不同協(xié)議檢查 SD卡（命令包括:CMD55 CMD41 CMD5昏口 CMD等）;6、取消片選，發(fā)送8個(gè)CLK結(jié)束初始化在完成了初始化之后，就可以開始讀寫數(shù)據(jù)了（二）從SD卡中讀取數(shù)據(jù)SD卡讀取數(shù)據(jù)，這里通過CMD1來實(shí)現(xiàn)，具體過程如下：1、發(fā)送 CMD172、接收卡響應(yīng)R1；3、接收數(shù)據(jù)起始令牌0

13、XFE4、接收數(shù)據(jù)；5、接收2個(gè)字節(jié)的CRC如果不使用CRC這兩個(gè)字節(jié)在讀取后可以丟掉；6、禁止片選之后,發(fā)多8個(gè)CLK（三）向SD卡中寫數(shù)據(jù)1發(fā)送CMD242、接收卡響應(yīng)R1；3、發(fā)送寫數(shù)據(jù)起始令牌OXFE4、發(fā)送數(shù)據(jù)；5、發(fā)送2字節(jié)的偽CRC6、禁止片選之后,發(fā)多8個(gè)CLK3）LCD顯示屏本次實(shí)驗(yàn)中我們用的是TFTLCE顯示屏，該模塊主要用來顯示當(dāng)前播放的 歌曲，切歌時(shí)每個(gè)按鍵對應(yīng)的歌曲，以及音量增減時(shí)加減音量所對應(yīng)的按鍵。5P11_SC1於廠刃l(wèi):冬購Q 一TdEflDrFSMC Jli-"忙 inRSET匚JE電F5MC A10F蟻皿饒Mel気FIX IMGNI>LCD

14、模塊原理圖實(shí)驗(yàn)中對TFTLCD模塊的使用主要有以下幾個(gè)過程（一）設(shè)置 STM32F103T TFTLCD模塊相連接的 10 口要讓TFTLCD模塊顯示,首先得初始化TFTLCD模塊與STM32F10相連的I0 以便控制TFTLCD這里我們用使用的是 STM32F103勺FSMC（二）初始化TFTLCD模塊初始化I0 口 ,接著就是對TFTLCD進(jìn)行配置,首先就是要對LCD復(fù)位，由 于模塊的復(fù)位引腳是接在SI32F103復(fù)位上的，所以直接按下開發(fā)板復(fù)位鍵即 可,然后就是初始化序列，即向LCD控制器寫入一系列的設(shè)置值，初始化完成 之后，LCD即可正常使用。（三）將要顯示的容寫到TFTLCD莫塊這一

15、步需要對照：設(shè)置坐標(biāo)一寫GRAM!令一寫GRA來實(shí)現(xiàn)，但是這個(gè)步驟, 只是一個(gè)點(diǎn)的處理，如果我們想要顯示字符或數(shù)字，就必須要多次使用這個(gè)步 驟,從而達(dá)到顯示字符或數(shù)字的目的，因此我們設(shè)計(jì)一個(gè)函數(shù)來封裝這些過程 （實(shí)現(xiàn)字符或數(shù)字的顯示）,之后只調(diào)用該函數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)字符或數(shù)字的顯示。4) 按鍵模塊本次實(shí)驗(yàn)通過按鍵來實(shí)現(xiàn)切歌和音量的加減拓展功能：(1)技術(shù)和技巧通過讀取與按鍵相對應(yīng)的10 口電平，來判別按鍵是按下還是松開。(2)功能模塊1. 按鍵初始配置：GFI0_In±r5trucure , GFIO_Pin=GPIO_Fin_B ;GFI02Init5txuctuxe,GFIo2Mo

16、de=GPIO_Mode_IN_FLOATING；GPIO InitStructure, GEIO_Sreed=G?IO_Sjpe*d_50HE2; GFIO IniE(GPIOC, £GPIO InzcScrucruie);GPIOEXTILlne(GFIOFoitSourceGPIOC f GPIOPinSourceS:Structme ”EXTI_Li*s=EXTI_LineS:EXT I. EXTI Made=EXTI Made*EXTI InitStiuctuiE.EXTI Txiggei=EXTI Txiggei Rising Falling;EXTIIni七3匕ruu七

17、uhe EXTl2LineCnfcd=ENABLE;iEKTIInitStluctuie);mTIC ZnicS«-cvuxe NVHC： IRQCharuiel-EXTI 9 5 IRChannJ.; rr.7ic_iniC5txuGtuie NVHG_HRgr己二匸亡 jfh亡亡irpt丄gflEtIqh工5=0 ； tr/IC-nitSrxuctuxe»NVic_IRQChanne ISufcPriozi-cy=Q;NVIC InitStzuctuze, NVIC IRQCbannelOr.d-ENASLE: NVIC_Init (4NVIC_InitStiucrme

18、);第一部分，對I0C8 口( 8號按鍵)初始化；第二部分，將中斷分配在 8號 中斷通道，且是下降沿與上升沿均觸發(fā)中斷； 第三部分，將5至9號中斷通道優(yōu) 先級均設(shè)為0。類似的還有I0C9 口，IOC10 口，I0C11 口，10至15號中斷通道。2. 中斷通道的中斷子程序:void EXTI9_5_TRQHandle(void)(delay ruxs ( 3.0 ) jif (EXTI_GetITSt;a,Cus (EXTxneS) =L.)-!i f= (GPTO ReadToputDataBit (GPTOC GPTO Pin S ) =O )I IM Delmt ( TIM2 ;TIM_

19、TirneBaseStructuze , T JM_Pexiod= IS 15 ;TTM_TimeBase51ructuxe *TTN_Pxe3calex="l;T IM_TinieDas eStxuctuxe « T JH_CQunCexHGdc “ TIH_CQunt e£HQ-dt_Up ; TIM_TimeBaBeInit (TIM2r & TIM_Tln:eS*a«Structure );TlhCciearFLagTIM FIAGUpdare > ;T. IMITCenfig (TIM2 ” TTM_IT_Updit 世 f EN

20、2LBZE ;TTbCcmd (TTM2, ENABLE) else if (GPIO_ReadTnrnitDaraBzLt (GPIOCr GP工O_Pin_3 J = 1 <TIM_Cnicl (TIM2f DISABLE： ; JEXT I_ Cl = a nr Z T F = ndi zigBi t (EXT H_U ineS );?else if (EXTI_GetITStatus (EXTILine &=1 ><ir(GPZOReadTnputDataBit(GPIOC, GFIO_Pin_9=0<TIM_DeInic( TIM2);HI：M_工人n

21、itsBu呂ts呂匚工LlCmHSi J.兮；TIM_TiJaeBaBe5tJCuetuie TTM_Fresealez-?l;TIM_Time3ase5tiuctuie.TTM_CountezMcde TIM_CcunterMode_Up; TIM_TucatBas sTrLit (TZM2r 盤 TZM_TiiteSAii£i:±uetui* );TlbCc Lear Flag (TZM2 * T IMFLAGUfe;TIMITConfiq(TIM2, TTM_II_Updaref ENS£XE;TrM_Cmd(TTM2, ENABLE5 上：else ir(

22、GFio_ReaLiz：.fiuEi>aEaBJ.t (GPioc f GFIQ_FJ.n_ J = 1)<riM eno(riM2, disable；EXTI_匚1 已a(bǔ)trHTE1巳nbdnT曰工匸(EXTI_匚dn亡弓)；if(EXTI_GetlTStatus(EXTI_Line8)=1)，判別是否是 8 號鍵觸發(fā)中斷。if(GPIO_ReadlnputDataBit(GPIOC, GPIO_Pin_8)=0)，判別 8 號鍵是否是按 下觸發(fā)中斷。TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=1915;TIM_TimeBaseStructure.TIM_P

23、re scaler=71;，對定時(shí)器進(jìn)行數(shù)據(jù)配置，數(shù)字根據(jù)所需揚(yáng)聲器發(fā)聲頻率來定。TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);開啟定時(shí)器。TIM_Cmd(TIM2, DISABLE);，關(guān)閉定時(shí)器。9號按鍵，10號按鍵，11號按鍵類似。3. 定時(shí)器的中斷子程序void TTM2 TRQrlsndler void > _i£('GPlQEf=2)GPIQSetsBits (GPIOEr GeiO_?in_D> ;elseGP10_Re3ecBles tGPIOEr GPIO_Pin_0);TIM_匚1巳曰=可13口(TIM2r TIH_FLAG_Upda匸昌；IOE

24、2 口是與揚(yáng)聲器相連的口，定時(shí)器中斷時(shí)，翻轉(zhuǎn)此口的輸出電平六、心得體會本次的課程實(shí)踐是培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問題、鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對我們實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過 程。在經(jīng)過了長達(dá)五個(gè)星期的摸索與實(shí)驗(yàn)，我們終于完成了課程設(shè)計(jì)所要求的容 并且還實(shí)現(xiàn)了拓展功能，有了一個(gè)圓滿的結(jié)果，但這其中的過程卻是很曲折的。雖然在做課程設(shè)計(jì)以前我們已經(jīng)系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了課本上是容，但是理論與實(shí)踐往往會有一些差距，在一開始拿到課題我們還是沒有頭緒。經(jīng)過上網(wǎng)查詢并學(xué)習(xí)， 我們首先有了系統(tǒng)地思路及整體的設(shè)計(jì)方向， 但是在做的過程中還是遇到了很多 問題。我們原本使用的是實(shí)驗(yàn)室開發(fā)板，音頻解碼模塊需要三個(gè)額外的引腳，數(shù) 據(jù)請求選引腳DREQ數(shù)據(jù)片選引腳DXCS器件片選引腳XCS實(shí)驗(yàn)室的開發(fā)板 有SPI可以完成與模塊的通信，但是沒有與上面三個(gè)端口直接相連的引腳，在我們嘗試自己按照數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞脚渲冒l(fā)覺成功率較低后，我們決定更換開發(fā)板， 這樣也方便我們課后進(jìn)行調(diào)試。在選擇發(fā)聲器件時(shí)，我們一開始想使用蜂鳴器來發(fā)聲，后來在實(shí)現(xiàn)的過程中 發(fā)現(xiàn)蜂鳴器的音調(diào)變識度很差，很難發(fā)出一