资料介绍
随着电子行业的迅猛发展,人们对消费类电子产品的需求越来越高,多功能便携式MP3也越来越受大众的青睐。根据消费者的爱好需求,各种多功能的MP3层出不穷,其尽可能的吸收照相机、手机等电子产品的其它功能。本次系统设计采用ARM Cortex-M3内核的STM32F103VET6作为微控制器、SD卡作为存储介质、VS1003作为音频解码芯片以及TFT彩晶屏作为人际交互设备,设计一款可播放mp3、wav文件格式的便携式音乐播放器,并实现相关功能。本次设计的重点是了解FAT文件系统的构造、SD卡的读取、VS1003芯片的解码过程、人机交互设备的控制操作以及各主从机之间的通讯方式。其中,STM32F103系列集成了低功耗、IO资源多、通信接口多、体积小、价格适中等多项优点;随着日本松下、东芝及美国SanDisk公司于1999年8月共同研制,SD卡被广泛应用与闪存介质,并易于读取;VS1003是一个多功能的mp3、wav解码芯片,自带DAC,具有无相位差的立体声输出;TFT显示屏集成了触控特点使得人机交互更为简便、程序编写更为简洁。
关键字:STM32F103VET6;SD卡;VS1003解码芯片;TFT彩晶屏;便携式音乐播放器。
Abstract
With the rapid development of the electronics industry 。 The consumer electronic products have been used more often by people because of their growing demand. It’s popular to have a Multi-function portable MP3 for people with the increasingly favored by the public 。 A variety of multi-function MP3 after another according to the demand of consumer 。 They were produced with absorb the other features of the cameras , cell phones and other electronic products as much as possible. The system used the ARM Cortex-M3 core STM32F103VET6 as microcontroller , SD card as the storage medium , VS1003 as human interaction as the audio decoder chip , and TFT display screen equipment to make a Portable Music Player with the function that could play wav and mp3 files in this design, and some related functions 。 The difficulty lie in design is focused on understanding the structure of the FAT file system , how to read SD card , the process of decoding in VS103 chip, the control of human-computer interaction and the communication by master and slave. Among of these devices ,STM32F103 series integrates a low-power, IO resources , communication interface ,small size , affordable and many other advantages 。 Panasonic , Toshiba , SanDisk Corporation and the United States develop together in August 1999 。 SD cards are widely application and flash media , and easy to read 。 VS1003 is a mp3 , wav decoder chip with many function, built-in DAC and stereo output with no phase difference 。 TFT as a display make the human-computer interaction easier and programming more concise by integrating touch features.
Key words : STM32F103VET6 ; SD card ; VS1003 decoder chip ; TFT display screen ; Portable Music Player
引言
在INTERNET广泛普及的今天,MP3音乐一起较小数据流量和近乎完美的播放效果已经成为计算机和INTERNET上最流行的音乐格式了。将CD格式的音乐数据压缩成MP3格式,音效相差无几,文件大小却至少可以压缩12倍(每首PCM格式的CD歌曲大约40MB至50MB数据流量)。自韩国世韩公司1998年推出世界上第一台MP3随身听以来,MP3播放器以其小巧外形,近乎于CD的音质,前卫的功能,越来越受到消费者的青睐,也就成为业界甚至大众媒体关注的一个热门话题。它的记录媒介是芯片或卡,无需转动部件,彻底摆脱磁盘和光碟的束缚,因而抗震性和节点性能更好。在市场消费的刺激下,各大公司纷纷推出了自己的mp3播放器产品。除了Micronas方案、ST方案、TI软解压单芯片方案,还有台湾创品方案、美国Sigmatel方案等。进入2004年,当MP3在容量、外观、音质上的发展无法再吸引更多眼球的时候,开始转向多功能发展,正如在手机身上所发生的一切,人们对于MP3的要求,不再是单一的欣赏音乐,而是向手机一样身兼多职。
作为全球第一款闪存式彩屏MP3,信利MP301的推出引起了MP3市场的巨大关注,除了彩屏的加入,MP301还支持图书、图片浏览及游戏功能,多功能融合,是消费类电子产品的发展趋势。
MP3播放器的诞生,为传统随身听带来了致命打击。曾几何时,MP3和MD之间的斗争成为业界最热门的话题,当时甚至多数人都认为MP3由于音质上的原因将白给MD,但事实上,MP3的发展远远超出了MD支持者们的预想。直至今日,MP3已成为随身听市场的主流产品,并成为了继手机之后最为广泛使用的个人随身电子产品。抱着学习的态度,秉着严谨的精神完成此次音乐播放器的设计。
1 设计任务与思路
1.1 设计任务
本设计课题是一个软硬件相结合的设计类题目。要求设计一个具有如下要求的便携式音乐播放器:利用电池供电、支持wav和mp3格式、支持U盘CF卡或者SD卡,可选择播放、可快进快退。
1.2 设计思路
整个系统主要由微控制器、音频解码部分、音效处理部分、SD卡部分、人机交互部分、按键复位部分、电源部分、程序口下载部分组成,整个系统由MCU控制,各个部分协调运作。
2 器件选择和系统框图
2.1 器件选择
该系统要求能够对mp3、wav格式的音频文件进行解码,处理起来速度是有要求的,尤其是对320Kbps的MP3格式数据流的处理,必须非常快,才能实现MP3的流畅播放,可供选择的八位机有AVR、PIC,可供选择的32位处理器有SAMSUNG、STM32、ATMEL等。选择MCU优先考虑于拥有丰富的RAM,八位机RAM主要靠扩展,内部RAM一般在4Kbyte以内,32位机里面,SAMSUNG一般不内带RAM,也要外扩。出于成本的考虑,外扩RAM,FLASH芯片必然会增加成本,所以控制芯片最好选择自带RAM,FLASH,本次课题设计选择使用STM32F103VET6作为微控制器。
本次课题设计要求的储存媒介是U盘CF卡或者SD卡。SD卡以其价格低、体积小、扩存容易等优势迅速占据市场,使用也越来越广泛。以此同时,各种MCU同时也在内部集成了SD控制器。出于成本和使用方便等因素的考虑,本次课题设计选择使用SD卡作为储存媒介。
由于使用了ARM7处理器,MP3解码可以有两种方法,一是通过ARM处理器软解码,通过对MP3数据格式的解析实现MP3播放,二是通过外部解码芯片直接解码。第一种方法在解码高码率的MP3时,ARM7处理能力吃紧,而且STM32还需要外部DAC来做音频输出,所以采用第二种方法进行解码。MP3常见的解码芯片有VS100X系列和STA01系列,STA01需要外接DAC做音频输出,而VS1003 自带DAC,且解码的文件格式包含mp3和wav,另外它还可以实现录音功能,方便以后进行功能的拓展应用。
人机交互设备包括输入设备和输出设备,选择硬件考虑到程序的调试控制,这里选择一款3寸的TFT液晶屏,其分辨率位240*400,工作模式为16位数据模式,通讯速度较快。
2.2 系统框图与概述
本次课题设计采用STM32F103VET6作为为控制器读取SD卡内的音乐文件,并将数据送入VS1003进行音频解码,得到模拟的音乐流,再进过音频放大送入耳机,同时结合TFT液晶屏进行人机交互控制,其系统框图如图2-1所示。
图2-1 系统框图
3 硬件电路设计
3.1 电源模块
电源模块是电子设备中必不可少的一部分,它位设备提供了能量。如图3-1所示为该系统的电源模块电路,5V电压经过AMS1117-2.5、AMS1117-2.8和AMS1117-3.3产生2.5V、2.8V和3.3V直流电压供系统使用。C31可以防止电感效应而产生自激,C33用来减小由于负载电流瞬时变化而引起的高频干扰,C32是进一步减小输出脉动和低频干扰,使电源输出更加稳定,sp位电源开关,D1和D2位电源指示灯。
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