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1、基于STM32 MP3播放器設計學院:XXXXXXXXXXX專業(yè)班機:XXXXXXXX姓名XXXXX 學號：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，而一個典型的視頻媒體播放器的理想速度則為175Mips，所以提高MP3的工作速度，以及改善MP3的音質(zhì)是最關鍵的，也是亟待解決的問題。MP3是一種典型的嵌入式設備，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，使它存儲歌曲數(shù)目較少，在功能上也很難實現(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者的喜愛。MP3播放器一般分成3個部分：CPU、MP3硬件解碼器存儲器

2、。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。存儲器可以是Flash存儲器或硬盤2。通過用MP3編碼技術，可以得到大約12：1壓縮的有損音樂信號。1.2 研究現(xiàn)狀MP3全稱是MPEG Layer 3，狹義的講就是以MPEG Layer 3標準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MP3隨身聽以來， MP3播放器以其小巧的外形，不錯的近乎于CD的音質(zhì)，前衛(wèi)的功能，越來越受到消費者的青睞，也就成為業(yè)界甚至大眾媒體關注的一個熱門話題3。在市場消費刺激下，各大公司紛紛推出了自己的m

3、p3播放器產(chǎn)品，IC供應商提供了眾多的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 硬件設計2.1整體方案綜述本設計由STM32最小系統(tǒng)，SD卡的讀取模塊，TFT控制模塊，外擴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)來對SD卡操作，TFT液晶屏的控制及觸摸屏原理、還有人機界面UI的實現(xiàn)等問題5。系統(tǒng)架構如

4、圖2-1所示?；驹O計流程是使用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)動耳機實現(xiàn)音樂播放功能。液晶屏顯示歌曲的實時播放狀態(tài)，功能按扭 和控制歌曲的播放、停止、聲音增大、減小等。同時，TFT觸摸屏則用于功能按扭 和人機交換界面的輸入。2.2系統(tǒng)架構圖圖 2-1 系統(tǒng)架構圖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體系架構的處理器核，具有高性能、低成本、低功耗的特點，專門為嵌入式應用

5、領域設計。ARMv7 架構采用了Thumb2技術，它是在ARM的Thumb代碼壓縮技術的基礎上發(fā)展起來的，并且保持了對現(xiàn)存ARM解決方案完整的代碼兼容性。 Thumb2技術比純ARM代碼少使用31%的內(nèi)存，減小了系統(tǒng)開銷，同時能夠提供比Thumb技術高出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處理器的一個緊耦合部分，可以配置1240個帶有256個優(yōu)先級、8級搶占優(yōu)先權的物理中斷，為處理器提供出色的異常處理能力。同時，搶占（Pre emption）、尾鏈

6、（Tail chaining）、遲到技術（Late arriving）的使用，大大縮短了異常事件的響應時間。CortexM3異常處理過程中由硬件自動保存和恢復處理器狀態(tài)，進一步縮短了中斷響應時間，降低了軟件設計的復雜性。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 SDIO 接口。SD/SDIO/MMC 主機接口可以支持 MMC 卡系統(tǒng)規(guī)范 4.2 版中的 3 個不同的數(shù)據(jù)總線模式：1 位(默

7、認)、4 位和 8 位。在 8 位模式下，該接口可以使數(shù)據(jù)傳輸速率達到 48MHz，該接口兼容 SD 存儲卡規(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，因為其功耗低、體積小，承載的信息量大，因而被廣泛用于信息輸出、與用戶進行交互，目前仍是各種電子顯示設備的主流。因為 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自帶含有這些驅(qū)動芯片的驅(qū)動電路(液晶屏和觸摸屏的驅(qū)動電路是獨立的)，STM32 芯片通過驅(qū)動芯片來控制液晶屏和觸摸屏。二、 FSMC框圖結(jié)構

8、。FSMC(flexible static memory controller)，譯為靜態(tài)存儲控制器?？捎糜赟TM32 芯片控制 NOR FLASH、PSRAM、和 NAND FLASH 存儲芯片。我們是使用FSMC的NORPSRAM 模式控制 LCD。其結(jié)構如圖2-5所示。.圖2-5 FSMC框圖結(jié)構框圖2.3.4觸摸屏模塊一、觸摸屏感應原理。觸摸屏常與液晶屏配套使用，組合成為一個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，在檢測坐標時，在阻性材料的一端接參考電壓 Vref，另一端接地，形成一個沿坐標方

9、向的均勻電場。當觸摸屏受到擠壓時，阻性材料與下層電極接觸，阻性材料被分為兩部分，因而在觸摸點的電壓，反映了觸摸點與阻性材料的 Vref 端的距離，而且為線性關系，而該觸點的電壓可由 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。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 - 模擬轉(zhuǎn)換器，耳機電路。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器采

10、用TI的增強型多級架構，它采用噪聲整形和多值振幅量化，實現(xiàn)出色的動力性能和改進的耐時鐘抖動。該PCM1770器件接受多個行業(yè)標準音頻數(shù)據(jù)格式，16至24位數(shù)據(jù)，左對齊，I2S等，提供輕松連接到音頻DSP和解碼器。采樣率高達50 kHz的支持。全套用戶可編程功能是通過一個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 軟件設計3.1 軟件開發(fā)架構本設計由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

11、實現(xiàn)等問題10。架構如圖3-1軟件開發(fā)架構圖圖3-1軟件開發(fā)架構圖3.2 軟件程序設計流程圖開始系統(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?播放模式設置讀取觸摸屏數(shù)據(jù)，執(zhí)行相應功能操作圖3-2 程序設計流程圖本系統(tǒng)的程序設計流程圖如圖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)動耳機實現(xiàn)音樂播放功能。液晶屏顯示歌曲的實時播放狀態(tài)，功能按扭和控制歌曲的播放、停止、聲音增大、減小等。同時，TFT觸摸屏則用于功

12、能按扭和人機交換界面的輸入。音樂播放鏈路：圖3-3 音樂播放鏈路3.3 軟件代碼結(jié)構為了使代碼結(jié)構清晰，方便以后的維護，代碼結(jié)構設計如下：在根目錄I2S-MP3下，劃分為七個文件夾，分別為STARTUP、CMSIS、FWLB、USER、DOC、ff9和mp3。下面分別就七個文件夾的作用和結(jié)構進行說明，其代碼目錄樹狀結(jié)構如圖3-4 所示。圖3-4 整體工程代碼結(jié)構對其進行分析：目錄名稱 目錄說明 STARTUP 啟動文件CMSIS M3系列通用的文件FWLB ST 片上資源外設的驅(qū)動文件USER 用戶寫的驅(qū)動文件DOC 工程說明文檔 ff9 FATFS文件系統(tǒng)文件mp3 音樂播放相關文件詳細代碼

13、結(jié)構啟動文件是任何處理器在上點復位之后最先運行的一段匯編程序。在我們編寫的 c 語言代碼運行之前，需要由匯編為 c 語言的運行建立一個合適的環(huán)境，接下來才能運行我們的程序9。液晶屏驅(qū)動程序/* * brief lcd 初始化 * param 無 * 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軟件復位LCD_REG_Config(); /配置LCD初始化寄存器文件系統(tǒng)驅(qū)動程序/* * brief fs 文件系統(tǒng)初始化 * param

14、 無 * return 無 */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/* brief SDIO優(yōu)先級配置為最高優(yōu)先級 * param 無 * return 無*/void SDIO_NVIC_Configuration(void) NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; /* Configure the NVIC Preemption Priority Bits */ NV

15、IC_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_InitStructure);觸摸屏卡驅(qū)動程序/* brief 觸

16、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SPI的4根信號線換為其他IO時，* 只需要修改該函數(shù)對應的宏定義即可。 * param 無 * return 無*/void GPIO_SPI_Config(void) GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; /* 開啟GPIO時鐘*/ RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOF | RCC_APB2Peri

17、ph_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_Init(SPI_MOSI_PORT, &GPIO_Init

18、Structure); 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.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz ; GPIO_In

19、itStructure.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)動程序/* * brief player_run 運行MP3 播放器過程，內(nèi)部死循環(huán) * param 無 * return

20、 無 */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; /初始化事件標志all_page = (file_num+7)/8 ;/current_page = 1;printf(rn file_num =%d,all_page=%d,file_num,all_

21、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/讀取音頻文件流

22、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，準備解碼printf(準備播放:%s ,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;case S_SWITCH: /切歌狀態(tài)player_state = S_PLAY; /更新標志位/* 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+;/刷新當前頁碼lcd_list(current_page);/刷新LCD列表break;default:break;15