基于STM32的多功能MP3設計

顏 銳，譚周文

(湖南人文科技學院通信與控制工程系，湖南婁底417000)

MP3作為高質(zhì)量音樂壓縮標準，給音頻產(chǎn)業(yè)帶來了具大的沖擊。MP3技術使音樂數(shù)據(jù)壓縮比率大，回放質(zhì)量高。傳統(tǒng)音樂文件在網(wǎng)絡上傳播時，主要用Winamp等播放軟件進行播放，使MP3音樂無法脫離計算機進行播放，給音樂欣賞帶來不便。隨著MP3播放器的出現(xiàn)及其技術的發(fā)展，人們對MP3播放器的要求越來越高，制造商在MP3播放器的選型、設計、開發(fā)和功能等領域等方面做了很多努力，便攜式多功能MP3播放器的應用也越來越具有實際應用價值和潛在的市場要求。基于以上背景，本文提出以STM32F103 ZET6為處理器，以VS1053為播放器解碼芯片，設計一款便攜多功能MP3播放器。

一 硬件電路設計

(一)工作原理和結構框圖

根據(jù)要求，確定如下方案:以STM32F103ZET6為主控芯片，從SD卡中讀取音樂文件的數(shù)據(jù)，送VS1053進行解碼，輸出模擬音頻信號。LD3320用來實現(xiàn)人機語音交互，2M的FLASH用來保存字庫信息和UNICODE轉OEM的碼表。24C02用來保存觸摸屏的校準信息。外擴512K的SRAM用來滿足大內(nèi)存的使用需求。顯示模塊采用3．0寸的觸摸電阻屏，所有操作通過觸摸完成。DS18B20完成溫度的采集功能，蜂鳴器完成聲音提示音的功能，攝像頭接口外接OV7670模塊完成照相的功能。硬件系統(tǒng)結構框圖如圖1所示。

圖1 硬件系統(tǒng)結構框圖

(二)音頻編解碼器電路設計

本系統(tǒng)采用VS1053音頻編解碼器作為音頻文件的硬件解碼方案，VS1053能解碼MP3，WMA，WAV，MID，F(xiàn)LAC，OGG 格式的音頻文件，并且還能進行ADPCM編碼，包含一個低功耗，高性能的DSP處理器。VS1053采用SPI的通信方式，通過判斷DREQ，如果此引腳為高電平則送數(shù)據(jù)，如果為低電平則停止送數(shù)據(jù)。因為VS1053自帶立體DAC輸出，如果解碼成功，可以用示波器從LEFT和RIGHT引腳測得波形。能夠直接驅(qū)動耳機。VS1053的原理圖如圖2所示:

圖2 音頻編解碼電路

(三)TFT觸摸屏電路設計

本系統(tǒng)采用的顯示模塊為3．0寸的TFT四線電阻屏。該顯示屏的控制器是R61509V。顯示屏外配有觸摸屏，觸摸屏的控制器是XPT2046。總的來說觸摸電阻屏的設計分為兩個部分，一個是顯示屏的設計，另一個是觸摸屏的設計。為了能夠做出比較好的UI，采用的價格較高的3．0寸的TFT顯示屏。TFT裸屏的原理圖設計如圖3所示:STM32F103ZET6的IO比較充足，況且選用16位的數(shù)據(jù)模式要比8位的數(shù)據(jù)模式，顯示的速度要快得多。配合STM32F103ZET6的FSMC刷屏高達33FPS，可以說速度非?？?。有兩個0歐姆的電阻，當R2焊接的時候，IM0引腳就接地了，這時候就是16位數(shù)據(jù)模式，當R1焊接的時候，IM0引腳就接高電平，選擇的就是8位數(shù)據(jù)模式。顯示屏的LCD_BAK引腳是用來控制屏幕的亮度。這里接到處理器的PWM引腳就可以任意控制屏幕的亮度。

常見的觸摸 IC 有 ADS7843，7846，UH7843，7846，XPT2046，TSC2046。XPT2046 有兩種工作模式。一種是單端工作模式，另一種是差分工作模式，這里采用差分的工作模式。XPT2046的通信協(xié)議是SPI，指令很簡單，當輸入的指令為0X90時去讀X坐標的電壓值，當時指令為0XD0時就讀取Y坐標的電壓值。觸摸屏的原理圖設計如圖4所示:

圖3 TFT裸屏原理圖

圖4 觸摸屏原理圖

圖3中有兩個0歐姆的電阻，這是為了能夠自由選擇8位數(shù)據(jù)模式或16位的數(shù)據(jù)模式。

XPT2046包含12位精度的SAR型AD轉換器。該IC主要為了采集電阻屏的電壓值。對于電源的波動還是比較敏感的，TVCC通過VCC串聯(lián)一個10歐姆的電阻，然后分別并上一個10UF和104的電容。電阻的作用是衰減小幅值的噪聲信號，起到濾波的效果。104電容是濾除高頻噪聲。10UF電容有兩個作用。一是儲能的作用，此IC工作在差分模式，功耗比較大，這里的作用是避免工作時對電源的波動，對外可以濾除低頻噪聲。

(四)溫度傳感器和聲音反饋電路設計

STM32F103ZET6處理器內(nèi)部自帶溫度傳感器，然而這個溫度傳感器的精度很不高，所以采用外接溫度傳感器。DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的數(shù)字溫度傳感器，采用單總線的操作方式，精度又高。只占用一個IO口。溫度傳感器的設計很簡單，需要注意引腳的接法，如果電源和地接反，將可能燒壞芯片。DS18B20連接圖如圖5所示:

圖5 DS18B20原理圖

系統(tǒng)采用容易編寫程序的有源蜂鳴器，有源蜂鳴器和無源蜂鳴器的最大區(qū)別是:有源蜂鳴器含有振蕩器，只要電流達到要求，就能夠以一定頻率發(fā)出聲音。對于某些操作采用蜂鳴器作為反饋聲音，會使得本系統(tǒng)的設計變得更加人性化。蜂鳴器的連接圖如圖6所示:

圖6 蜂鳴器原理圖

采用貼片的三級管S8050，將STM32的BUZZER引腳設置為推挽高電平輸出就能是蜂鳴器鳴叫了，可以注意到三級管的基極和地之間跨接了一個10K的電阻。當BUZZER引腳置為低電平的時候，由于基極還存在電壓，電壓不能夠快速下降，并接一個電阻有利于電壓快速降到低電平。

二 軟件設計

系統(tǒng)軟件設計采用μC/OS-II作為操作系統(tǒng)，以UCGUI作為圖形用戶界面軟件。采用模塊化的編程思想，先寫好底層與硬件相關的軟件模塊，封裝成．c和．h文件。然后再編寫與硬件無關的應用軟件模塊。軟件總體框架設計如圖7所示。具體操作包含幾個模塊的移植。

圖7 軟件總體設計框圖

(一)uC/OS-II在STM32F103ZET6上的移植

在官網(wǎng)上下載源碼。下載后，在Software文件夾中有兩個子文件夾。在Ports文件夾中分別修改好 os_cpu．h，os_cpu_a．a(chǎn)sm，os_cpu_c．c，os_dbg．c。然后再修改啟動文件。修改完畢后，就可以通過os_cf g．h來裁剪內(nèi)核，把不需要的系統(tǒng)服務裁剪掉以節(jié)省系統(tǒng)資源。裁剪完畢后，就可編寫一個LED閃爍的任務來檢驗是否移植成功。

(二)uCGUI在STM32F103ZET6上的移植

下載uCGUI的源碼(3．9版的)后。將文件中的CONFIG，GUI_X文件夾以及GUI的源文件夾添加到工程當中。CONFIG文件夾是用來裁剪和配置uCGUI的，該文件夾下有三個文件需要配置和修改，GUIConf．h是用來配置uCGUI是否支持操作系統(tǒng)，是否支持觸摸，為窗體分配動態(tài)內(nèi)存等等，GUITouchConf．h是用來配置觸摸屏的參數(shù)，LCDConf．h是用來配置LCD顯示其參數(shù)。對應CONFIG文件夾，GUI_X文件夾是用來修改具體的函數(shù)。完成這兩個文件夾的修改，編譯正確后，就可以通過uCGUI的一些簡單的2D圖形庫函數(shù)測試uCGUI是否移植成功。

(三)FatFs在STM32F103ZET6上的移植

首先下載源碼，有兩個文件夾doc和src。在src文件夾包含需要的源碼。ffconf．h是FatFs模塊的配置文件，ff．c和ff．h分別是模塊的源文件，頭文件。Integer．h是模塊的數(shù)據(jù)類型定義文件，diskio．c和diskio．h是模塊的底層磁盤I/O文件。移植FatFs的時候只需要修改ffconf．h和diskio．c文件。通過ffconf．h文件可以配置是夠支持字符串操作，是否支持長文件名，是否支持格式化，設置語言類型等等。FatFs模塊完全與底層磁盤I/O分離，因此需要實現(xiàn)底層物理磁盤的讀寫函數(shù)。實現(xiàn)底層函數(shù)的時候，只考慮了一個物理磁盤的情況，其實FatFs可以支持多個不同的存儲媒介，不過這里只有SD卡。移植好FatFs，就可像PC機一樣讀寫文件。

(四)底層驅(qū)動模塊

底層驅(qū)動模塊和硬件緊密相連，是整個軟件設計的基石，如果底層驅(qū)動沒寫好，上層軟件的編寫就會變得很困難，有時候在上層應用軟件的編寫的時候總是找不到錯誤，就有可能底層驅(qū)動出問題了。本軟件系統(tǒng)的底層驅(qū)動模塊文件相對來說比較多，可以采用模塊化的編程思想，只需每個編寫調(diào)試就可以成功。

三 結語

設計完成的MP3播放器能夠完成正常音樂播放，數(shù)碼相框能解碼出小于屏幕尺寸的bmp，jpg，gif文件，照相機能夠拍攝320X240的圖片，電子書能夠打開．txt，．h，．c，．lrc 文件，能夠完成語音對話功能。該系統(tǒng)實際運行穩(wěn)定可靠，以后仍可以對其功能進行補充，完善多功能MP3的性能。

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