基于STM32MP3播放器设计说明.docx

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基于STM32MP3播放器设计说明

基于STM32MP3播放器设计

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1.1本课题的提出及意义

MP3音频播放器的最合理工作速度为30Mips，而一个典型的视频媒体播放器的理想速度则为175Mips，所以提高MP3的工作速度，以及改善MP3的音质是最关键的，也是亟待解决的问题。

MP3是一种典型的嵌入式设备，而现在市场上比较常见的是闪存式MP3。

由于闪存式MP3的容量限制，使它存储歌曲数目较少，在功能上也很难实现多样化[1]。

而硬盘式MP3的多功能及大容量，也必将受到不少消费者的喜爱。

MP3播放器一般分成3个部分：

CPU、MP3硬件解码器存储器。

其中可以将前两部分集成在一起，即带MP3硬件解码器的CPU；或将后两部分集成在一起，即集成硬件解码、D／A转换及音频输入。

存储器可以是Flash存储器或硬盘[2]。

通过用MP3编码技术，可以得到大约12：

1压缩的有损音乐信号。

1.2研究现状

MP3全称是MPEGLayer3，狭义的讲就是以MPEGLayer3标准压缩编码的一种音频文件格式。

自国世（Seahan）公司1998年推出世界上第一台MP3随身听以来，MP3播放器以其小巧的外形，不错的近乎于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[3]。

在市场消费刺激下，各大公司纷纷推出了自己的mp3播放器产品，IC供应商提供了众多的MP3解码芯片及其解决方案。

除了Micronas方案（MAS3507+DAC3550），还有创品方案（T33510，T33520）、美国SigmaTel方案（STMP3400）和TI的DA-250解决方案。

这使mp3播放器的研制与生产变得更加容易，成本也大大降低，市场更加广阔[4]。

2硬件设计

2.1整体方案

综述

本设计由STM32最小系统，SD卡的读取模块，TFT控制模块，外扩FLASH模块，触摸屏模块，串口通信模块组成。

将解决SD卡的读取以及使用FATFS文件系统来对SD卡操作，TFT液晶屏的控制及触摸屏原理、还有人机界面UI的实现等问题[5]。

系统架构如图2-1所示。

基本设计流程是使用STM32系列微控制器，采用FATFS文件系统方式读取SD卡中音乐文件数据，将所读取的数据流传输给CPU软件解码（helix解码库）解码编程PCM音频，通过I2S送到ADC芯片PCM1770音频输出驱动耳机实现音乐播放功能。

液晶屏显示歌曲的实时播放状态，功能按扭和控制歌曲的播放、停止、声音增大、减小等。

同时，TFT触摸屏则用于功能按扭和人机交换界面的输入。

2.2系统架构图

图2-1系统架构图

2.3硬件模块

2.3.1处理器

一、芯片介绍。

CortexM3是ARM公司最新推出的基于ARMv7体系架构的处理器核，具有高性能、低成本、低功耗的特点，专门为嵌入式应用领域设计。

ARMv7架构采用了Thumb2技术，它是在ARM的Thumb代码压缩技术的基础上发展起来的，并且保持了对现存ARM解决方案完整的代码兼容性。

Thumb2技术比纯ARM代码少使用31%的存，减小了系统开销，同时能够提供比Thumb技术高出38%的性能[7]。

在中断处理方面，CortexM3集成了嵌套向量中断控制器NVIC（NestedVectoredInterruptController）。

NVIC是CortexM3处理器的一个紧耦合部分，可以配置1~240个带有256个优先级、8级抢占优先权的物理中断，为处理器提供出色的异常处理能力。

同时，抢占（Preemption）、尾链（Tailchaining）、迟到技术（Latearriving）的使用，大大缩短了异常事件的响应时间。

CortexM3异常处理过程中由硬件自动保存和恢复处理器状态，进一步缩短了中断响应时间，降低了软件设计的复杂性。

DP）或串行JTAG调试端口（SWJDP，允许JTAG或SW协议）使用。

二、引脚图。

图2-2STM32F103ZET6微控制器引脚分布图

2.3.3SD卡模块

一、SD卡介绍。

STM32微处理器CPU（STM32F103ZET6）具有一个SDIO接口。

SD/SDIO/MMC主机接口可以支持MMC卡系统规4.2版中的3个不同的数据总线模式：

1位（默认）、4位和8位。

在8位模式下，该接口可以使数据传输速率达到48MHz，该接口兼容SD存储卡规2.0版[12]。

二、SD卡原理图。

图2-3SD卡接口电路

.

图2-4SD卡上电识别流程图

2.3.3LCD显示模块

一、LCD控制器。

LCD，即液晶显示器，因为其功耗低、体积小，承载的信息量大，因而被广泛用于信息输出、与用户进行交互，目前仍是各种电子显示设备的主流。

因为STM32部没有集成专用的液晶屏和触摸屏的控制接口，所以在显示面板中应自带含有这些驱动芯片的驱动电路（液晶屏和触摸屏的驱动电路是独立的），STM32芯片通过驱动芯片来控制液晶屏和触摸屏。

2、FSMC框图结构。

FSMC（flexiblestaticmemorycontroller），译为静态存储控制器。

可用于STM32芯片控制NORFLASH、PSRAM、和NANDFLASH存储芯片。

我们是使用FSMC的NOR\PSRAM模式控制LCD。

其结构如图2-5所示。

..

图2-5FSMC框图结构框图

2.3.4触摸屏模块

一、触摸屏感应原理。

触摸屏常与液晶屏配套使用，组合成为一个可交互的输入输出系统。

除了熟悉的电阻、电容屏外，触摸屏的种类还有超声波屏、红外屏。

触摸屏的基本原理为分压，它由一层或两层阻性材料组成，在检测坐标时，在阻性材料的一端接参考电压Vref，另一端接地，形成一个沿坐标方向的均匀电场。

当触摸屏受到挤压时，阻性材料与下层电极接触，阻性材料被分为两部分，因而在触摸点的电压，反映了触摸点与阻性材料的Vref端的距离，而且为线性关系，而该触点的电压可由ADC测得。

更改电场方向，以同样的方法，可测得另一方向的坐标。

二、TSC2046触摸屏控制器。

TSC2046是专用在四线电阻屏的触摸屏控制器，MCU可通过SPI接口向它写入控制字，由它测得X、Y方向的触点电压返回给MCU。

如图2-6所示

图2-6TSC2046与电阻屏的连接图

2.3.5PCM音频模块

PCM1770器件是CMOS，单片，集成电路包括立体声数字-模拟转换器，耳机电路。

数据转换器采用TI的增强型多级架构，它采用噪声整形和多值振幅量化，实现出色的动力性能和改进的耐时钟抖动。

该PCM1770器件接受多个行业标准音频数据格式，16至24位数据，左对齐，I2S等，提供轻松连接到音频DSP和解码器。

采样率高达50kHz的支持。

全套用户可编程功能是通过一个3线串行控制端口，支持寄存器写入功能访问。

原理接线图如图2-7所示

图2-7PCM1770连接图

3软件设计

3.1软件开发架构

本设计由STM32最小系统，SD卡的读取模块，TFT控制模块，触摸屏模块，串口通信模块组成。

将要解决SD卡的读取及使用FATFS系统对SD卡的操作、TFT液晶的控制及触摸屏原理、还有图形用户界面GUI的实现等问题[10]。

架构如图3-1软件开发架构图

图3-1软件开发架构图

3.2软件程序设计流程图

图3-2程序设计流程图

本系统的程序设计流程图如图3-2所示，工作流程是：

STM32从SD卡中读取音乐文件数据，将所读取的数据流传输给CPU软件解码（helix解码库）解码编程PCM音频，通过I2S送到ADC芯片PCM1770音频输出驱动耳机实现音乐播放功能。

液晶屏显示歌曲的实时播放状态，功能按扭和控制歌曲的播放、停止、声音增大、减小等。

同时，TFT触摸屏则用于功能按扭和人机交换界面的输入。

音乐播放链路：

图3-3音乐播放链路

3.3软件代码结构

为了使代码结构清晰，方便以后的维护，代码结构设计如下：

在根目录I2S-MP3下，划分为七个文件夹，分别为STARTUP、CMSIS、FWLB、USER、DOC、ff9和mp3。

下面分别就七个文件夹的作用和结构进行说明，其代码目录树状结构如图3-4所示。

图3-4整体工程代码结构

对其进行分析：

目录名称目录说明

STARTUP启动文件

CMSISM3系列通用的文件

FWLBST片上资源外设的驱动文件

USER用户写的驱动文件

DOC工程说明文档

ff9FATFS文件系统文件

mp3音乐播放相关文件

详细代码结构

启动文件是任何处理器在上点复位之后最先运行的一段汇编程序。

在我们编写的c语言代码运行之前，需要由汇编为c语言的运行建立一个合适的环境，接下来才能运行我们的程序[9]。

液晶屏驱动程序

/**

*brieflcd初始化

*param无

*return无

*/

voidLCD_Init（void）

{

LCD_GPIO_Config（）;//配置IO端口

LCD_FSMC_Config（）;//LCDFSMC模式的配置

LCD_Rst（）;//LCD软件复位

LCD_REG_Config（）;//配置LCD初始化寄存器

}

文件系统驱动程序

/**

*brieffs文件系统初始化

*param无

*return无

*/

voidSd_fs_init（void）

{

/*SD卡中断初始化*/

SDIO_NVIC_Configuration（）;

/*SD卡硬件初始化，初始化盘符为0*/

f_mount（0,&myfs[0]）;/./ff9文件库

}

/*

*briefSDIO优先级配置为最高优先级

*param无

*return无

*/

voidSDIO_NVIC_Configuration（void）

{

NVIC_InitTypeDefNVIC_InitStructure;

/*ConfiguretheNVICPreemptionPriorityBits*/

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_InitStructure）;

}

触摸屏卡驱动程序

/*

*brief触摸模拟SPIIO和中断IO初始化

*param无

*return无

*/

voidTouch_Init（void）

{

GPIO_SPI_Config（）;

}

/*

*brief模拟SPI的GPIO配置，当SPI的4根信号线换为其他IO时，

*只需要修改该函数对应的宏定义即可。

*param无

*return无

*/

voidGPIO_SPI_Config（void）

{

GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;

/*开启GPIO时钟*/

RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_GPIOF|RCC_APB2Periph_GPIOG,ENABLE）;

/*模拟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_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.GPIO_Speed=GPIO_Speed_10MHz;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;

GPIO_Init（SPI_CS_PORT,&GPIO_InitStructure）;

/*拉低片选，选择XPT2046*/

GPIO_ResetBits（SPI_CS_PORT,SPI_CS_PIN）;

//GPIO_SetBits（SPI_CS_PORT,SPI_CS_PIN）;

/*XPT2046中断IO配置*/

TP_INT_GPIO_Config（）;

}

3.3.4MP3驱动程序

/**

*briefplayer_run运行MP3播放器过程，部死循环

*param无

*return无

*/

voidplayer_run（void）

{

charmusic_name[FILE_NAME_LEN];

f_mount（0,&fs）;

file_scan（path）;//扫描文件

if（file_num==0）

{

printf（"\r\nnomp3file!

"）;

return;//跳出本函数

}

player_state=S_READY;//初始化状态

touch_even=E_NULL;//初始化事件标志

all_page=（file_num+7）/8;//

current_page=1;

printf（"\r\nfile_num=%d,all_page=%d",file_num,all_page）;

//PCM1770_VolumeSet（0）;//调节音量

PCM1770_VolumeSet（28）;

lcd_list（current_page）;//显示歌曲列表，第一页

while

（1）//进入死循环，根据状态切换

{

if（play_index>=file_num-1）//检查play_index

play_index=file_num-1;//index指向最后一个文件

elseif（play_index<=0）

play_index=0;

even_process（）;//事件处理

switch（player_state）

{

caseS_PLAY:

//播放状态

//开始play流程

//读取音频文件流程

//´打开playlist，读取音频文件名

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）;

//获取文件名，准备解码

printf（"准备播放:

%s",music_name）;

if（strstr（music_name,".mp3"）||strstr（music_name,".MP3"））//MP3格式

{

//开始MP3解码

mp3_player（music_name）;

}

else//WAV文件格式

{

//开始WAV文件播放

wav_player（music_name）;

}

break;

caseS_SWITCH:

//切歌状态

player_state=S_PLAY;//¸更新标志位

/*检测要切换的歌曲是否在播放的上一页*/

if（（play_index+8）/8

{

current_page--;//¸刷新当前页码

lcd_list（current_page）;//刷新LCD列表

}

/*检测要切换的歌曲是否在播放的下一页*/

if（（play_index+8）/8>current_page）

{

current_page++;//¸刷新当前页码

lcd_list（current_page）;//刷新LCD列表

}

break;

default:

break;

}

}

}