基于VS1053芯片的錄音裝置設(shè)計(jì)

周璐璐

Mp3曾經(jīng)風(fēng)靡全球，幾乎無(wú)人不知，無(wú)人不曉。錄音器是在基本mp3播放的基礎(chǔ)上的功能的一個(gè)升級(jí)。本設(shè)計(jì)是基于Cortex-M3內(nèi)核的STM32F103系列單片機(jī)設(shè)計(jì)錄音的功能，單片機(jī)控制VS1053實(shí)現(xiàn)錄音和播放的錄音裝置的制作。

整個(gè)系統(tǒng)主要由音頻解碼部分、音效處理部分、SD卡部分、功率放大、電源部分等幾個(gè)部分組成，整個(gè)系統(tǒng)由一塊MCU（STM32F103RBT6）控制運(yùn)行，各個(gè)部分協(xié)調(diào)運(yùn)作。

硬件部分介紹：

本次設(shè)計(jì)所做的是基于STM32的錄音器，解碼芯片VS1053的作用不言而喻，因?yàn)榇舜武浺粑募潜４嬖赟D卡上的，自然少不了對(duì)SD卡的介紹。STM32F103系列微處理器是首款基于ARMv7-M體系結(jié)構(gòu)的32位標(biāo)準(zhǔn)RISC （精簡(jiǎn)指令集）處理器，提供很高的代碼效率，在通常8位和16位系統(tǒng)的存儲(chǔ)空間上發(fā)揮了ARM 內(nèi)核的高性能。該系列微處理器工作頻率為72MHz，內(nèi)置高達(dá)128K 字節(jié)的Flash存儲(chǔ)器 。

其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：

圖1 STM32內(nèi)部結(jié)構(gòu)

STM32 MCU系列包含五個(gè)產(chǎn)品線：1.基本型系列STM32F101：36MHz 最高主頻，具有高達(dá)1MB的片上閃存。2.USB基本型系列STM32F102：48MHz最高主頻，具有全速USB模塊。3.增強(qiáng)型系列STM32F103：72MHz最高主頻，具有高達(dá)1MB的片上閃存，集成電機(jī)控制、USB和CAN模塊。4.互聯(lián)型系列STM32F105/107：72MHz最高主頻，具有以太網(wǎng)MAC。CAN以及USB 2.0 OTG功能。

本系統(tǒng)采用STM32F103RBT6作為控制核心，該芯片具有6通道的16位PWM輸出，RTC時(shí)鐘，兩個(gè)高速SPI，兩個(gè)IIC，三個(gè)串口，自帶USB和CAN接口。具有128K flash和20K 的SRAM，對(duì)本系統(tǒng)來(lái)說(shuō)足夠了，同時(shí)以后還有很大的升級(jí)空間。

本系統(tǒng)采用VS1053解碼芯片，VS1053是荷蘭VLSI公司出品的一款高性能的解碼芯片。它不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)MP3/OGG/WMA/FLAC/WAV/AAC/MIDI等音頻格式的解碼，同時(shí)還可以支持ADPCM/OGG等格式的編碼，性能相當(dāng)強(qiáng)大。

VS1053的特性

1.支持OGG/MP3/WMA/WAV/FLAC（需要加載patch）/MIDI/AAC等眾多的音頻格式；

2.對(duì)話筒輸入或者線路輸入的音頻信號(hào)進(jìn)行OGG（需要加載patch）/IMA ADPCM編碼；

3.高低音控制；

4.帶有EarSpeaker空間效果（用耳機(jī)虛擬現(xiàn)場(chǎng)空間效果）；

5.單時(shí)鐘操作12.13MHz；

6.內(nèi)部PLL鎖相環(huán)時(shí)鐘倍頻器；

7.低功耗；

8.內(nèi)含高性能片上立體聲DAC，兩聲道無(wú)相位差；

9.過零交差偵測(cè)和平滑的音量調(diào)整；

10.內(nèi)含能驅(qū)動(dòng)30 歐負(fù)載的耳機(jī)驅(qū)動(dòng)器；

11.模擬，數(shù)字，I/O 單獨(dú)供電；

12.為用戶代碼和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備的16KB片上RAM；

13.可擴(kuò)展外部DAC的I2S接口；

14.用于控制和數(shù)據(jù)的串行接口（SPI）；

15.可被用作微處理器的從機(jī)；

16.特殊應(yīng)用的SPI Flash引導(dǎo)；

17.供調(diào)試用途的UART接口；

18.新功能可以通過軟件和 8 GPIO 添加。

VS1053解碼芯片電路原理圖如圖2所示

圖2 VS1053解碼芯片電路原理圖

SD 卡（Secure Digital Memory Card）中文翻譯為安全數(shù)碼卡，是一種基于半導(dǎo)體快閃記憶器的新一代記憶設(shè)備，它被廣泛地使用于便攜式裝置上（數(shù)碼相機(jī)、個(gè)人數(shù)碼助理（PDA）和多媒體播放器等）。SD 卡由日本松下、東芝及美國(guó) SanDisk 公司于 1999 年 8月共同開發(fā)研制。SD 記憶卡重量很輕只有 2 克，大小也只有一張郵票那么大，但卻擁有高記憶容量、快速數(shù)據(jù)傳輸率、極大的移動(dòng)靈活性以及很好的安全性。

TFT-LCD 即薄膜晶體管液晶顯示器。其英文全稱為：Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display。TFT-LCD在液晶顯示屏的每一個(gè)象素上都設(shè)置有一個(gè)薄膜晶體管（TFT），可有效地克服非選通時(shí)的串?dāng)_，使顯示液晶屏的靜態(tài)特性與掃描線數(shù)無(wú)關(guān)，因此大大提高了圖像質(zhì)量。TFT-LCD 也被叫做真彩液晶顯示器。

TFTLCD 顯示需要的相關(guān)設(shè)置步驟如下：

① 將 STM32 與 TFTLCD 模塊相連接的 IO設(shè)置為輸出。

② 向 TFTLCD 寫入一系列的設(shè)置，用來(lái)啟動(dòng) TFTLCD 的顯示。

③ 通過編寫的函數(shù)就可以將字符和數(shù)字送到 TFTLCD 模塊上。

軟件設(shè)計(jì)

主模塊模塊是系統(tǒng)執(zhí)行最頂層的模塊，進(jìn)行系統(tǒng)的初始化，然后實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。它的目錄結(jié)構(gòu)

圖3 主函數(shù)的目錄結(jié)構(gòu)

FATFS相關(guān)代碼：

（1）模塊介紹：

ff.c 文件是移植到本系統(tǒng)上的 FAT 文件體統(tǒng)

disio.c FATFS 和disk I/O模塊接口文件

exfuns.c FATFS拓展代碼

mycc936.c cc936.c修改后的代碼

（2）目錄結(jié)構(gòu)

圖4 FATFS的目錄結(jié)構(gòu)

USMART

（1）模塊介紹

usma rt.c 負(fù)責(zé)與外部交互等

usmat_str.c 主要負(fù)責(zé)命令和參數(shù)解析

usmart_config.c 主要由用戶添加需要由usmart 管理的函數(shù)

（2）目錄結(jié)構(gòu)

圖5 USMART的目錄結(jié)構(gòu)

TEXT

（1）模塊介紹

fontupd.c 此部分代碼主要是字庫(kù)的更新操作

text.c 一些函數(shù)的申明

（2）目錄結(jié)構(gòu)

圖6 TEXT的目錄結(jié)構(gòu)

APP

（1）模塊介紹

mp3player.c mp3驅(qū)動(dòng)播放代碼

recorder.c wav錄音驅(qū)動(dòng)代碼

（2）目錄結(jié)構(gòu)

圖7 APP的目錄結(jié)構(gòu)

本次設(shè)計(jì)的最終成功如圖8所示，整體就是一塊MINI STM32開發(fā)板，加一塊VS1053解碼芯片模塊。硬件上就可以實(shí)現(xiàn)錄音功能了。

圖8 整體圖