基于STM32 MP3播放器設(shè)計(jì)

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(wèn)題。 MP3是一種典型的嵌入式設(shè)備，而現(xiàn)在市場(chǎng)上比較常見(jiàn)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(ài)。  MP3播放器一般分成3個(gè)

2、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、DA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(guò)用MP3編碼技術(shù)，可以得到大約12：1壓縮的有損音樂(lè)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(guó)世韓(Seahan)公司1998年推出世界上第一臺(tái)MP3隨身聽(tīng)以來(lái)， MP3播放器以其小巧的外形，不錯(cuò)的近乎于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)熱門話題3。在市場(chǎng)消

3、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(guó)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(chǎng)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)FLASH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(lái)對(duì)SD卡操作，TFT液晶屏的控制及觸摸屏原理、還有人

4、機(jī)界面UI的實(shí)現(xiàn)等問(wèn)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(lè)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(kù)）解碼編程PCM音頻，通過(guò)I2S送到ADC芯片 PCM1770音頻輸出驅(qū)動(dòng)耳機(jī)實(shí)現(xiàn)音樂(lè)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

5、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(lái)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(kāi)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1240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)，

6、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(guò)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。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

7、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.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(méi)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(guò)驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)控制液

8、晶屏和觸摸屏。2、 FSMC框圖結(jié)構(gòu)。FSMC(flexible static memory controller)，譯為靜態(tài)存儲(chǔ)控制器?？捎糜赟TM32 芯片控制 NOR FLASH、PSRAM、和 NAND FLASH 存儲(chǔ)芯片。我們是使用FSMC的NORPSRAM 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(cè)坐標(biāo)時(shí)，在阻性材料的一端接參考電壓 V

9、ref，另一端接地，形成一個(gè)沿坐標(biāo)方向的均勻電場(chǎng)。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(cè)得。更改電場(chǎng)方向，以同樣的方法，可測(cè)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(guò) SPI 接口向它寫入控制字，由它測(cè)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器件是CMOS，單片，集成電路包括立體聲數(shù)字 -

10、 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(guò)一個(gè)3線串行控制端口，支持寄存器寫入功能訪問(wèn)。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(kāi)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

11、觸摸屏原理、還有圖形用戶界面GUI的實(shí)現(xiàn)等問(wèn)題10。架構(gòu)如圖3-1軟件開(kāi)發(fā)架構(gòu)圖圖3-1軟件開(kāi)發(fā)架構(gòu)圖3.2 軟件程序設(shè)計(jì)流程圖開(kāi)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(lè)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(kù)）解碼編程PCM音頻，通過(guò)I2S送到ADC芯片 PCM1770音頻輸出驅(qū)動(dòng)耳機(jī)實(shí)現(xiàn)音樂(lè)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

12、、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(lè)播放鏈路：圖3-3 音樂(lè)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(shuō)明，其代碼目錄樹(shù)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(shuō)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 用戶寫的驅(qū)動(dòng)文件DOC 工程說(shuō)明文檔 ff9 FATFS文件系統(tǒng)

13、文件mp3 音樂(lè)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(yǔ)言代碼運(yùn)行之前，需要由匯編為 c 語(yǔ)言的運(yùn)行建立一個(gè)合適的環(huán)境，接下來(lái)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(wú) * return 無(wú) */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

14、fs 文件系統(tǒng)初始化 * param 無(wú) * return 無(wú) */void Sd_fs_init(void) /* SD卡中斷初始化 */SDIO_NVIC_Configuration();/* SD 卡硬件初始化，初始化盤符為0*/ f_mount(0,&myfs0); /./ff9文件庫(kù)/* brief SDIO優(yōu)先級(jí)配置為最高優(yōu)先級(jí) * param 無(wú) * return 無(wú)*/void SDIO_NVIC_Configuration(void) NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; /* Configure the NVIC Preempti

15、on 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(&NVIC_InitStr

16、ucture);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(wú) * return 無(wú)*/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(wú) * return 無(wú)*/void GPIO_SPI_Config(void) GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; /* 開(kāi)啟GPIO時(shí)鐘*/ RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2P

17、eriph_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_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_Init(SPI_CLK_PORT, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SPI_MOSI_PIN; GPIO_

18、Init(SPI_MOSI_PORT, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SPI_MISO_PIN; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz ; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; GPIO_Init(SPI_MISO_PORT, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SPI_CS_PIN; GPIO_InitStructure.G

19、PIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz ; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_Init(SPI_CS_PORT, &GPIO_InitStructure); /* 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 playe

20、r_run 運(yùn)行MP3 播放器過(guò)程，內(nèi)部死循環(huán) * param 無(wú) * return 無(wú) */void player_run(void)char music_nameFILE_NAME_LEN;f_mount(0, &fs);file_scan(path);/掃描文件if(file_num = 0)printf("rn 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all_page = (file_num+7)/8 ;/current

21、_page = 1;printf("rn 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(yè)while(1) /進(jìn)入死循環(huán)，根據(jù)狀態(tài)切換if(play_index >= file_num-1)/檢查play_indexplay_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(kāi)始play 流程/讀取音頻文件流程/´打開(kāi)playlist，讀取音頻文件名fres = f_open (&file, &q