1、本科(bnk)畢業(yè)論文基于STM32的MP3音頻播放器制作二 級 學 院機械與電子工程學院專 業(yè)電子信息工程年 級學 號學 生 姓 名指 導 教 師職 稱完 成 時 間獨 創(chuàng) 性 聲 明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計）是本人在指導老師指導下取得的研究成果。除了文中特別加以注釋和致謝的地方外，論文（設(shè)計）中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果。與本研究成果相關(guān)的所有人所做出的任何貢獻均已在論文（設(shè)計）中作了明確的說明(shumng)并表示了謝意。簽名(qin mng)： 年月日授權(quán)(shuqun)聲明本人完全理解賀州學院有關(guān)保留、使用本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）的規(guī)定，即：學院有權(quán)保留并向國家有

2、關(guān)部門或機構(gòu)送交畢業(yè)論文（設(shè)計）的復印件和磁盤，允許畢業(yè)論文（設(shè)計）被查閱和借閱。本人授權(quán)賀州學院可以將畢業(yè)論文（設(shè)計）的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存、匯編論文（設(shè)計）。本人論文（設(shè)計）中有原創(chuàng)性數(shù)據(jù)需要保密的部分為：無。簽 名： 年月日指導教師簽名： 年月日目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc387409310 摘 要 PAGEREF _Toc387409310 h 1 HYPERLINK l _Toc387409311 引 言 PAGEREF _Toc387409311 h 2 HYPERLINK l _T

3、oc387409312 1 方案設(shè)計 PAGEREF _Toc387409312 h 3 HYPERLINK l _Toc387409313 1.1主要(zhyo)內(nèi)容 PAGEREF _Toc387409313 h 3 HYPERLINK l _Toc387409314 2 系統(tǒng)(xtng)硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc387409314 h 3 HYPERLINK l _Toc387409315 2.1 整體(zhngt)設(shè)計思路 PAGEREF _Toc387409315 h 3 HYPERLINK l _Toc387409316 2.2 硬件器件的選擇 PAGEREF _Toc38

4、7409316 h 4 HYPERLINK l _Toc387409317 2.3 硬件系統(tǒng)框圖 PAGEREF _Toc387409317 h 5 HYPERLINK l _Toc387409318 2.4 硬件模塊化原理圖設(shè)計 PAGEREF _Toc387409318 h 6 HYPERLINK l _Toc387409319 2.5 硬件PCB設(shè)計 PAGEREF _Toc387409319 h 13 HYPERLINK l _Toc387409320 2.6 本章小結(jié) PAGEREF _Toc387409320 h 14 HYPERLINK l _Toc387409321 3 系統(tǒng)軟

5、件的設(shè)計 PAGEREF _Toc387409321 h 14 HYPERLINK l _Toc387409322 3.1 設(shè)計思路 PAGEREF _Toc387409322 h 14 HYPERLINK l _Toc387409323 3.2 軟件模塊化設(shè)計 PAGEREF _Toc387409323 h 14 HYPERLINK l _Toc387409324 3.3 系統(tǒng)整合 PAGEREF _Toc387409324 h 22 HYPERLINK l _Toc387409325 3.4 本章小結(jié) PAGEREF _Toc387409325 h 23 HYPERLINK l _Toc3

6、87409326 4 系統(tǒng)調(diào)試 PAGEREF _Toc387409326 h 23 HYPERLINK l _Toc387409327 4.1 獨立調(diào)試 PAGEREF _Toc387409327 h 23 HYPERLINK l _Toc387409328 4.2 硬件調(diào)試問題 PAGEREF _Toc387409328 h 23 HYPERLINK l _Toc387409329 4.3 軟件調(diào)試問題 PAGEREF _Toc387409329 h 24 HYPERLINK l _Toc387409330 4.4 本章小結(jié) PAGEREF _Toc387409330 h 25 HYPER

7、LINK l _Toc387409331 5 終結(jié)與展望 PAGEREF _Toc387409331 h 25 HYPERLINK l _Toc387409332 參考文獻 PAGEREF _Toc387409332 h 26 HYPERLINK l _Toc387409333 附 錄 PAGEREF _Toc387409333 h 27 HYPERLINK l _Toc387409334 Abstract PAGEREF _Toc387409334 h 28 HYPERLINK l _Toc387409335 致 謝 PAGEREF _Toc387409335 h 29賀州學院本科畢業(yè)論文（

8、設(shè)計）賀州學院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 基于(jy)STM32的MP3音頻(ynpn)播放器的設(shè)計(shj)作 者 指導教師 摘 要: 本畢業(yè)策畫是一款基于STM32的音頻MP3播放器創(chuàng)作,功能包含：音頻播放，電子圖書，圖片瀏覽，畫板，錄像，錄音機，日歷，游戲，收音機，記事本，計算器等。整個系統(tǒng)組成主要由音頻解碼部分、收音機部分、音效處理部分、SD卡部分、功率放大、電源部分、人機交互等幾個部分組成，整個系統(tǒng)由一塊MCU（STM32F103RBt6）控制運行，各個局部協(xié)調(diào)運作。關(guān)鍵詞: STM32；MP3音頻播放； 引 言伴隨電子畛域的各個(gg)技術(shù)的迅速發(fā)展，各類電子產(chǎn)品的消費也產(chǎn)生了革命性的轉(zhuǎn)

9、變，引領(lǐng)新技術(shù)、創(chuàng)新產(chǎn)品層見疊出。特別是跟著網(wǎng)絡(luò)媒體的技術(shù)的遍及、數(shù)字音頻視頻技術(shù)的迅速發(fā)展，和種種視頻，音頻數(shù)據(jù)壓縮標準和相應(yīng)的終端設(shè)備相繼問世，已成為消費電子產(chǎn)品新的快速增長點。集成MP3的優(yōu)點，同時擁有更多的新技術(shù)。 第一款MP3的出現(xiàn)是在1998年，從它問世電子消費市場短短的幾個月時間就在市場上站穩(wěn)的腳，而且消費的趨勢一直呈上增長，直到2005年之后MP5的出現(xiàn)，而MP5的出現(xiàn)，更是把MP3幾乎擠出了市場，MP5不光(bgung)能夠播放MP3、MP4，更是可以直接播放AVI和RMVB等合流的影片格式，說白了便是MP5具備MP3、MP4的全部功效，同時還具有他們不具備的功效，是以MP5

10、代替MP3只是時間的問題，當前MP5的價錢較高是最主要的緣由，要是MP5的價錢降下來了，便是MP3離開消費者的時候了。當前此外一個數(shù)碼產(chǎn)物-數(shù)碼相框，跟著數(shù)碼相機的不斷廣泛應(yīng)用，也在偷偷的襲來，數(shù)碼相框便是能直接播放JPG/JPEG的一個微型顯示器，正常的數(shù)碼相框比MP3體積大，然而它們的本來目的不是面向移動設(shè)備的，數(shù)碼相框重要作用在于家庭，它們主要功能不再移動上面，實際上，數(shù)碼相框主要功能是顯示照片，如果做成移動設(shè)備的話，體積必定不能太大，但是體積小帶來的結(jié)果是圖片顯示效果就不好。現(xiàn)在的數(shù)碼相框顯示屏分辨率一般是480*720，對于日常的照片顯示效果還是可以應(yīng)付過來的，當然數(shù)碼相框的開發(fā)者對

11、圖像顯示進行了精心設(shè)計，使得我們的照片的分辨率不管(bgun)是怎么樣的，它都會執(zhí)行最優(yōu)的選擇，以用來顯示最佳效果，同時數(shù)碼相框一般還具有其他附加功能，MP3便是其中一個功能，可以讓圖片與聲音同時播放，為相片的瀏覽添加了聲音的色彩，同時數(shù)碼相框還擁有TVOUT的功效，這就很好的提高了分辨率的顯示，讓照片可以在電視上顯示，可以大大的提高相片的觀賞價值。通過對以上兩款數(shù)碼產(chǎn)品的分析，可以發(fā)現(xiàn)，新出的數(shù)碼產(chǎn)品都包含了MP3的功能，但是又不限于此，也就是集成了MP3的優(yōu)點，同時擁有原來MP3不具有的功能。這樣，大大的提高了消費者對新的數(shù)碼產(chǎn)品需求。1 方案設(shè)計1.1主要(zhyo)內(nèi)容本設(shè)計課題(kt

12、)是一個由STM32f103RBt6主控來完成(wn chng)MP3音頻播放設(shè)計的軟硬件相結(jié)合類的設(shè)計題目。能夠?qū)崿F(xiàn)MP3的基本播放功能，也具有其他多樣化的外擴功能，系統(tǒng)的整體功能包含：音頻播放，電子圖書，圖片瀏覽，畫板，錄像，錄音機，日歷，游戲，收音機，記事本，計算機等。 系統(tǒng)的組成部分只要有VS1003的音頻解碼、TEA5767的收音制作、CD3314音量級處理、SD卡控制、功率放大、電源、人機交互等，全系統(tǒng)由一塊小型MPU(STM32F103RBT6)掌管運行，利用各模塊通信協(xié)議協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)。本系統(tǒng)實現(xiàn)多樣化功能，非常具有挑戰(zhàn)性，主要的重心難點在于FAT32文件及系統(tǒng)的解析，JPEG/BM

13、P圖片數(shù)據(jù)格式解碼，觸摸屏的運轉(zhuǎn)等。由于本系統(tǒng)的特點需要，采用了各個擊破的方法，一一實現(xiàn)以上功能，最終完成整個系統(tǒng)的功能。2 系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1 整體設(shè)計思路 MP3音頻播放重點完成圖片瀏覽和音樂播放等，所以本設(shè)計要求對MCU內(nèi)存運行、處理的能力比較高，因為圖片解碼壓縮需要的RAM比較多，對于MP3播放，要求較高的處理速度，特別是320Kbps的MP3格式數(shù)據(jù)的處理，為了保證MP3歌曲的流暢播放處理速度必須要快。可選擇的MCU有16位的AVR，8位的STC等，可選擇的32位的處理器有SAMSUNG、NXP、STM32、ATMEL等。在RAM方面來說，對于8位單片機內(nèi)部的RAM一般在4Kbyte

14、以內(nèi)，更多的內(nèi)存是需要外部提供，32位的單片機里面，SAMSUNG很少自帶RAM，也要外部提供，對于本設(shè)計來說，成本越低越好，外部提供的RAM必定會提高成本的開發(fā)，所以為了更好的掌控成品的高低，盡可能的選用MCU自帶有FLASH和RAM的。其次，本設(shè)計有MP3歌曲的播放以及JPEG/BMP圖片瀏覽等功能，但是這兩種文件格式需要較大的存儲空間，可供選擇的FLASH芯片，如SAMSUNG公司的K9F系列，但是這樣的話，整個系統(tǒng)的容量就不可以改變了，需要擴容是困難。相比較來說U盤和SD卡是個不錯的選擇，但SD卡相比較與U盤，在掌控上面較容易，而且相同的容量SD卡價格便宜一些，故系統(tǒng)選擇SD卡作為存儲

15、媒介。第三，MP3音樂(ynyu)的播放是在讀取SD卡和VS1003的同時進行的,它們用到的都是SPI通訊協(xié)議，所以需要主控芯片要有兩個或兩個以上SPI共使用,這樣才能有效的把讀取速度提高。綜上所述，本設(shè)計(shj)采用STM32f103RBT6作為主控芯片，該芯片具有的內(nèi)部資源加上一點外擴之后(zhhu)可以勝任本設(shè)計。2.2 硬件器件的選擇在系統(tǒng)實現(xiàn)的過程中，硬件選擇是非常重要的一部分，主控芯片已經(jīng)確定好了，接下來就是其他芯片的選取，來實現(xiàn)其相對應(yīng)的功能，下面我們重點分析以下幾個芯片的選型。2.2.1 MP3解碼芯片選擇使用STM32主控芯片解碼有兩種方法，第一是通過處理器的軟件解碼，第二

16、是通專用芯片解碼，第一種方法要求芯片運算速度非常高，而且聲音不是很流暢，對播放的采樣有極大要求，故選擇第二種專用芯片解碼。 本設(shè)計使用解碼MP3的芯片是VS1003，它支持WAV格式、MP3格式、MIDI格式、WMA格式等，同時可以設(shè)置調(diào)整音量高低等，而且還有一個功能是可以支持MICI，此外還可以擴展錄音功能。2.2.2 收音機芯片選擇本設(shè)計的收音功能只適用于FM收音，選用TEA5767芯片來實現(xiàn)，TEA芯片是飛利浦公司生產(chǎn)的一款低功耗電調(diào)諧調(diào)的立體聲收音機芯片，該芯片通過IIC總線協(xié)議可以直接控制。可以實現(xiàn)調(diào)頻接收，頻率的范圍在76MHZ108MHZ，而且接收的是立體聲，帶信號強弱指示，但由

17、于芯片體積較小，焊接困難，所以直接采用模塊來實現(xiàn)，使用非常方便，可以提高本設(shè)計效果，節(jié)約時間以及成本。2.2.3 EEPROM芯片選擇 本設(shè)計需要保存用戶的部分數(shù)據(jù)，而STM32需要外部擴展EEPROM,防止系統(tǒng)掉電之后整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)將會復位，利用外擴的EEPROM芯片可以實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)的存儲，EEPROM芯片有很多可供選擇的，由于在學習過程中比較常用的是ATMEL的24CXX系列的，而且價格便宜，故本設(shè)計最終采用了ATMEL的24C16芯片。2.2.4 功率放大芯片(xn pin)選擇本設(shè)計包含兩塊放大芯片，一塊是用來放大從CD3314輸出的音頻信號以方便(fngbin)驅(qū)動耳機，另一塊是功率

18、放大，用來驅(qū)動揚聲器的。一級放大可供選擇非常多，比如TDA2822，TPA152等，但是TPA152與TDA2822比較(bjio)事,后者的優(yōu)勢比較大，TDA2822對音質(zhì)失真控制不好，THD大概在10%，而TPA152在帶有32負載的前提下THD是2%，在帶有10K負載的前提下小于0.01%。而且TPA152的輸出功率比TDA2822大，總輸出可以達到1.5W。因此，這里選取音質(zhì)相對好的TPA152芯片，作為耳機驅(qū)動芯片。 2.2.4電源芯片選擇本設(shè)計要求系統(tǒng)電壓輸入: 2.5V, 3.3V，5V.所以對電源的處理需要滿足能輸出以上電壓， 系統(tǒng)電源主要包括給數(shù)字芯片供電，這些電源需要的功率

19、小，可以選用REG1117-2.5和REG1117-3.3V穩(wěn)壓芯片供給2.5V和3.3V的電壓。REG1117的輸出電流為800ma，符合設(shè)計要求。對于5V輸入，也是采用LM2576，因為整個系統(tǒng)的數(shù)字部分電源供給都是來自5V的，所以它的電流較大。2.3 硬件系統(tǒng)框圖綜上分析，可以得出，整個設(shè)計系統(tǒng)由STM32F103RBT6芯片掌控，各個模塊電路的詳細介紹也在下面一一介紹，如圖2.1所示是整個硬件系統(tǒng)設(shè)計框圖。圖2.1 硬件(yn jin)系統(tǒng)框圖圖2.1描述了各個模塊與主控芯片之間的聯(lián)系，由于電源不被MCU控制，所以在圖2.1內(nèi)沒有(mi yu)畫出。由上圖2.1可以得出，整個硬件系統(tǒng)設(shè)

20、計以STM32F103RBT6為核心，通過各種方式控制各個模塊的工作(gngzu)，使整個系統(tǒng)完成預定的功能。2.4 硬件模塊化原理圖設(shè)計在此節(jié)中，將根據(jù)上面的硬件系統(tǒng)框圖進行具體的硬件設(shè)計介紹，整個設(shè)計可以分為若干個模塊。下面對這些模塊進行逐一介紹。2.4.1 MCU和DS18B20模塊電路設(shè)計MCU為整個設(shè)計系統(tǒng)的核心，它控制著這個系統(tǒng)的運行，讓主控芯片穩(wěn)定運行是必要前提，下圖（圖2.2）為MCU的原理圖，包含一個后備電源UPS1,一個主電源VCC3.3和一個模擬電源，模擬電源通過從VCC3.3加濾波電路得到。MCU外圍的必須電路由濾波電容，下載電路（串口1）以及復位開關(guān)組成。同時，考慮到

21、系統(tǒng)需要時鐘功能，給時鐘部分增加了后背電源電路，通過二極管連接到VBAT腳，給實時時鐘供電。這里采用了雙電源結(jié)構(gòu)，即在電源有外部供電的時候，后備電池不給時鐘供電，時鐘的電源來自外部，只有當外部電源斷開的時候，后備電源才給時鐘供電，以保持時鐘的計時，這樣可以延長后備電池的使用時間。同時，為了方便調(diào)試，電路中還添加一個多余的按鍵以及LED，以方便在調(diào)試時使用，而且為了最大化的使得布線難度的降低，布局的美觀，對一些IO的控制做了相應(yīng)的調(diào)整，而且所以的IO也全部引出，方便以后功能的擴展，如：門禁系統(tǒng)等。與此同時，SMT32F103RBT6自帶的USB口也引出，方便日后升級使用。這里(zhl)值得注意的

22、是，因為CD3314,TEA5767,AT24C16這三個器件(qjin)使用的是同一IIC接口，可以節(jié)省IO。圖2.2 MCU模塊(m kui)電路2.4.2 MP3解碼模塊電路設(shè)計MP3播放需要解碼,這里選用了VS1003解碼芯片，該芯片能解碼以下幾種格式的文件:MP3、WMA、MIDI、和WAV音頻文件，同時還具備錄音功能，此功能本設(shè)計暫時沒有用到，不過對其音頻錄音的電路設(shè)計保留了下來，以便日后使用。整個模塊電路如圖2.3所示。圖2.3 MP3解碼(jim)模塊電路VS1003的電源分模擬電源和數(shù)字電源兩種，對這兩種電源電路的設(shè)計對音質(zhì)的好壞有直接的影響，所以經(jīng)考慮(kol)本設(shè)計采用了

23、許多具有濾波和去耦功能的電容，選擇了LC設(shè)計電路，為VS1003工作提供一個穩(wěn)定的環(huán)境。2.4.3 收音機模塊(m kui)電路設(shè)計由于本系統(tǒng)直接采用TEA5767的收音機模塊來實現(xiàn)收音機功能，所以使得其外部電路大大簡化，只要通過少數(shù)的幾個元件就能實現(xiàn)收音機功能了。電路原理圖如圖2.4所示： 圖2.4 收音機模塊電路需要注意的是，收音機模塊(m kui)對電源敏感，同時對外部電路的干擾也較大，所以在這里，對模塊電源的處理采用了RC濾波加大電容的方式，能有效的降低收音機模塊對外部電源的干擾。也能保證收音機模塊電源的穩(wěn)定。圖中ANT為天線接口，通過外接天線，可以提高收音機的靈敏度。2.4.4 SD

24、卡模塊(m kui)電路設(shè)計因為MCU沒有自帶的專門SD卡模式接口，只能通過SPI通信(tng xn)模式訪問SD卡如下電路圖2.5s所示：圖2.5 SD卡模塊電路SD卡使用的是SPI模式，把它掛在MCU的SPI2模式上面。SD卡上面的SPI通信需要在每個IO上接一個42K左右的上拉電阻，這里選擇45K。SD卡電路連接比較簡單，只要連接沒有出錯，一般不會有什么大的問題STM32的SPI口在72M時鐘下，SPI的時鐘傳送速度可以達到18M,也就是SD卡最大的讀寫速度可以達到2.25Mbyte/s,足夠播放音頻格式了。2.4.5 音效處理模塊電路設(shè)計這里選擇的是CD3314作為音效處理芯片，電路圖

25、如圖2.6所示，CD3314支持最多四個輸入通道，這里我們用了其中三個，通道2對應(yīng)收音機音源，通道3對應(yīng)外部音源，通道4對應(yīng)MP3音源。通過IIC控制，可以實現(xiàn)這三個音源的切換。經(jīng)過處理的音頻信號從輸出端輸出到耳機放大器TPA152，通過放大驅(qū)動耳機，這樣我們就能聽到所要聽的聲音了。圖2.6音效處理模塊(m kui)電路2.4.6 FM24C16模塊(m kui)電路設(shè)計鐵電存儲器FM24C16的電路也是很簡單，只要通過簡單的供電，然后連接IIC總線(zn xin)，就可以了。電路如圖2.7 所示：圖2.7 FM24C16模塊電路2.4.7 功放模塊電路設(shè)計因為本系統(tǒng)既有耳機輸出，又有喇叭輸出

26、，所以有兩個音頻放大電路：（一）基于TPA152的立體聲耳機放大電路；（二）基于TPA3100D02的功率放大電路。耳機放大電路如圖2.8所示，耳機放大電路采用官方推薦的電路結(jié)構(gòu)，對從PT2314送來的音頻信號進行緩沖輸出，推動耳機工作。耳機輸出采用五針的專用耳機插座，這個插座具有開管功能，信號從1，4腳輸入，從2，3腳輸出，第五腳是地。如果沒有耳機插上，則有音頻信號從2，3腳輸出，如果耳機插上了，則2，3腳不會有音頻信號輸出。這樣通過連接2，3腳到D類功放上面，就可以實現(xiàn)耳機，功率輸出同一時間只能有一個工作。由于TPA152也是音頻信號輸出的一部分，對于這個芯片的供電，也是采用了LC濾波(l

27、b)的形式，減少電源干擾對音質(zhì)的影響。圖2.8 TPA152耳機(r j)放大電路功率放大電路(dinl)如圖2.9所示：圖2.9 TPA3100D02功率放大圖該芯片提供的輸出功率與負載電阻和輸入電壓有關(guān)。這里，我們采用(ciyng)12VDC供電，負載電阻為4歐姆，則能提供的輸出功率為15W。從而根據(jù)其DATASHEET可以計算輸出LC濾波環(huán)路的參數(shù)，電感取15mH，電容分別為1uF和0.22uF。圖中的功能選擇部分可以有兩種選擇模式：（一）把MUTE接地，則會使芯片一直(yzh)處于工作狀態(tài)。（二）把MUTE和FAULT相接則可以實現(xiàn)短路檢測，在沒有出現(xiàn)輸出短路的時候，芯片正常工作，在出

28、現(xiàn)輸出短路的時候，F(xiàn)AULT輸出高電平，通過MUTE控制芯片停止輸出，這樣可以有效地保護芯片。2.4.8 TFTLCD2.8寸驅(qū)動(q dn)電路設(shè)計TFTLCD驅(qū)動電路如圖2.10所示，該部分電路也比較簡單。圖2.10 TFTLCD電路圖控制設(shè)計2.4.9 電源電路設(shè)計圖2.14 輸入電源電路這個電路采用兩塊REG1117芯片給系統(tǒng)提供電源，一塊提供3.3V的數(shù)字電源和模擬電源，它們通過電感連接，以減少數(shù)字電源對模擬電源的干擾。另外一塊提供2.5V的電壓，給VS1003的DSP提供核心電壓。兩者的輸入電壓均來自功率電源的5V輸出。2.5 硬件(yn jin)PCB設(shè)計PCB硬件(yn jin

29、)設(shè)計的時候主要注意一下若干點就好了：（1）對于(duy)電流比較大的走線，必須使用較寬的線寬（2）對于功率放大，最好以單點接地的方式連接。這樣可以有效的降低各部分信號的相互干擾，以達到最好的放大效果。（3）對于走線，不可以走銳角的線，直角也最好少走，最佳的是走弧線。因為銳角和直角的走線會在尖端產(chǎn)生EMI，尤其在高頻信號較明顯。（4）對于去耦電容，離芯片越近越好。（5）對于信號線，不要長距離的平行走線，可以有效的防止信號耦合2.6 本章小結(jié)在本章節(jié)中，首先是對整個系統(tǒng)的設(shè)計方案進行總體規(guī)劃，包含媒介存儲的選擇，主控芯片的選型，硬件器件的選取以及互交方式的確定，經(jīng)過總體方案的研究眼總結(jié)，得出初步

30、的技術(shù)方案，具體確定了硬件器件的型號選取。接著詳細介紹了各個模塊之間的使用已經(jīng)設(shè)計，并說明了一些PCB布線的規(guī)則，接下來就是進入到軟件的設(shè)計了，在下一章節(jié)中，將對軟件進行詳細的說明。3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計3.1 設(shè)計思路經(jīng)過上一章介紹，多功能MP3的硬件系統(tǒng)已經(jīng)完成了基本設(shè)計，但是一個完整的系統(tǒng)必須要有硬件和軟件的相互配合才能正常運行，如果沒有軟件沒那么硬件形同虛設(shè)。軟件是硬件的靈魂，硬件的實現(xiàn)價值體現(xiàn)在軟件的控制下。所以軟件和硬件二者缺一不可，缺一就等于失去了整個設(shè)計系統(tǒng)的可行性。多功能MP3的軟件設(shè)計涉及很多編程，這是一個很復雜的軟件設(shè)計系統(tǒng)，不可能保證一次就把所有的代碼調(diào)試完成達到預期效果。

31、這里我對應(yīng)對各個模塊的功能一一的驗證過后，在通過最終的大整合在一起，從而實現(xiàn)最終想要的功能。3.2 軟件(run jin)模塊化設(shè)計從本設(shè)計來說，可以把軟件分為兩部分來區(qū)分：第一個是與硬件有直接聯(lián)系的底層(d cn)驅(qū)動軟件子系統(tǒng)。第二個是與硬件無關(guān)的應(yīng)用型軟件系統(tǒng)的設(shè)計。這樣可以把兩個軟件系統(tǒng)的設(shè)計分成許多個模塊。下面就一一介紹各個(gg)模塊的區(qū)分以及編程思路。3.2.1 LCD模塊驅(qū)動程序設(shè)計系統(tǒng)采用的LCD驅(qū)動芯片型號為ILI9320，它是單芯片的Soc驅(qū)動的晶體管顯示器，320 x240的分辨率，包括720路源極驅(qū)動與及320路柵極驅(qū)動，自帶顯存。顏色的深度是根據(jù)數(shù)據(jù)的大小來決定的。

32、在此僅講解部分重要指令，指令00h，當讀操作的時候，讀取控制器的型號；當寫操作的時候，打開/關(guān)閉OSC振蕩器。當寫操作設(shè)置OSC為高電平時，開啟內(nèi)部振蕩器；為0的時候，停止振蕩器。至少要等待10ms的時鐘穩(wěn)定之后，才可以繼續(xù)其他的功能設(shè)置。指令03h，進入模式命令。在此僅注意AM、I/D1、I/D0這3個位。具體的設(shè)置與及效果見圖21。圖21 液晶顯示方向控制3.2.2 觸摸屏模塊驅(qū)動程序設(shè)計本設(shè)計的輸入系統(tǒng)選用的是四線電阻式觸摸屏加ADS7846實現(xiàn)的，整個設(shè)計系統(tǒng)的控制都是通過觸摸屏控制的，所以，觸摸屏控制算法的好壞對系統(tǒng)有著舉足輕重的作用，這里有必要認識觸摸屏和ADS7846的工作原理。

33、觸摸屏工作原理：觸摸摸是放置在顯示器的最外邊的，當知道觸點在顯示器上的觸發(fā)坐標時，則可依據(jù)觸發(fā)位置相應(yīng)坐標點顯示內(nèi)容或圖符獲知觸摸者的意圖。電阻式觸摸屏在嵌入式系統(tǒng)中采用得較多。電阻屏的組成，如圖3.2，最底層是玻璃或有機玻璃構(gòu)成的基層。當觸摸到屏幕時，兩導電層在觸摸點處相碰。觸摸屏輸入(shr)系統(tǒng)意圖如圖3.3所示圖3.2 觸摸屏觸摸(ch m)示意圖圖3.3 觸摸屏輸入(shr)系統(tǒng)的組成3.2.3 SD卡模塊驅(qū)動程序設(shè)計SD卡通信協(xié)議有兩種：SPI模式和SD模式。SD卡讀寫的標準方式是SD模式，不過選用SD模式時需要選擇自帶帶有SD控制器接口的MCU，或者必須加入支持SD卡的讀寫的控制

34、單元。由于SD卡控制器接口在STM32F103RBT6沒有自帶的，不過STM32F103RBT6卻擁有強大的SPI接口，故本設(shè)計選用SPI模式讀取SD卡。CS低電平有效則進入SPI模式，反之工作在SD總線模式。SD卡初始化流程圖如圖3.7 所示。 圖3.7 SD卡初始化3.2.4 VS1003模塊(m kui)驅(qū)動程序設(shè)計VS1003通訊模式為SPI，本設(shè)計采用的是SPI1，這里(zhl)主要對VS1003如何初始化操作進行介紹。VS1003 與MCU相聯(lián)系的主要的7根數(shù)據(jù)線為： XRST、XDCS、XCS、DREQ、SCK、SO、SI。 XRST：VS1003復位(f wi)線，低電平有效。

35、XDCS：數(shù)據(jù)片選信號，低電平有效。XCS：命令片選信號，低電平有效。DREQ：數(shù)據(jù)請求，輸入總線。SCK、SI、SO：SPI接口線。VS1003模塊初始化步驟：硬復位，XRST =0；延時，XDCS、XCS、XRST置1；等待DREQ為高；軟件復位：SPI_MODE=0X0804；等待DREQ為高（軟件復位結(jié)束）；設(shè)置VS1003的時鐘：SCI_CLOCKF=0X9800，3倍頻；設(shè)置VS1003的采樣率：SPI_AUDATA=0XBB81，采樣率48K，立體聲；設(shè)置重音：SPI_BASS=0X0055;設(shè)置音量：SCI_VOL=0X2020；向VS1003發(fā)送四個字節(jié)無效數(shù)據(jù)，啟動SPI發(fā)

36、送；3.2.5 FM24C16模塊(m kui)驅(qū)動程序設(shè)計FM24C16也是采用IIC總線和MCU通信，通過標準的IIC操作，很容易(rngy)實現(xiàn)對FM24C16的讀寫。FM24C16的器件地址與頁地址是連在一起的，這里(zhl)需要注意。FM24C16的高四位為固定的1010，而第四位用來表示頁地址07，每頁擁有256個字節(jié)，這樣FM24C16的總大小為2048字節(jié)。對FM24C16的讀操作，先寫入0XAx（x：07），再寫入要寫入的地址，緊跟著就可以寫入數(shù)據(jù)了。而對于FM24C16的讀操作，則稍微復雜一點在執(zhí)行寫操作的上述過程之后，再寫入0XAx+1，代表執(zhí)行讀操作，緊隨著就可以讀數(shù)據(jù)

37、了。3.2.6 TEA5767模塊驅(qū)動程序設(shè)計TEA5767收音機模塊支持IIC和三線模式，這里我們選擇IIC來控制。TEA5767的器件地址是0XC0，在對TEA5767的讀操作通過寫入0XC1來執(zhí)行。TEA5767的讀操作與寫操作基本相同，只是IIC開始之后寫入0XC1，將發(fā)送一個字節(jié)改為接收一個字節(jié)就可以了。3.2.7 RCT時鐘驅(qū)動程序設(shè)計RTC實時時鐘是利用STM32F103RBT6內(nèi)部的時鐘模塊實現(xiàn)的，根據(jù)STM32的DATASHEET，得到RTC實時時鐘的初始化過程如下：使能備份區(qū)域時鐘取消備份區(qū)域?qū)懕Ｗo軟復位備份區(qū)域開啟外部低速晶振等待晶振就緒設(shè)置LSI作為RTC時鐘RTC時鐘

38、使能設(shè)置時鐘分頻系數(shù)等待RTC寄存器操作結(jié)束允許RTC配置配置秒鐘寄存器配置更新等待RTC寄存器操作完成RTC時鐘的設(shè)置到這里就結(jié)束了，在RTC時鐘完成上述配置之后，就會每隔一段固定的時間，對秒鐘寄存器(RTC-CNT)進行加1。這個操作軟件不參與，一切由硬件執(zhí)行(zhxng)。時鐘分頻系數(shù)（RTC-PRL）確定固定時間，理論上因為外部低頻晶振是32.768Khz，所以只要在RTC-PRL內(nèi)寫入32768-1就可以得到精確的1秒了，不過因為晶振的誤差率，往往需要對這個值進行調(diào)整，以確保得到比較準確的走時。3.2.8 JPEG/BMP解碼模塊(m kui)程序設(shè)計JPEG/BMP圖片播放是本系統(tǒng)

39、(xtng)的一個重要功能，兩者的解碼均采用軟件實現(xiàn)，BMP的解碼相對JPEG比較簡單，這里重點對JPEG的解碼原理進行介紹。JPEG解碼算法原理：JPEG壓縮是利用人的視角系統(tǒng)特性，采用量化和無損壓縮編碼相結(jié)合的方法去掉視角的冗余信息和數(shù)據(jù)本身的冗余信息來達到壓縮的效果。JPEG算法可分為基本JPEG(Baseline system)和擴展JPEG(Extended system)。本設(shè)計重點在為Baseline system的算法做介紹。JPEG解碼算法如圖3.9 所示：圖3.9 JPEG解碼算法框圖在JPEG解碼反量化的公式：其中，C(u，v)代表熵解碼輸出，Q(u，v)代表相應(yīng)的量化矩

40、陣。綜上所述具體說明了JPEG的解碼算法，在本設(shè)計中JPEG/JPG的解碼通過軟件來實現(xiàn)。返回值為此次解碼成功與否的標志。在執(zhí)行該函數(shù)之前，需要先執(zhí)行圖片解碼的兩個函數(shù)，一個函數(shù)用來清空個量化表，一個函數(shù)用來獲取解碼所需的各種參數(shù)。對于BMP的解碼在這里(zhl)不做詳細解說了。3.2.9 FAT32文件系統(tǒng)模塊(m kui)程序設(shè)計本設(shè)計(shj)需要讀取SD卡，故必須對文件系統(tǒng)進行管理，本系統(tǒng)的重點是對文件系統(tǒng)的解析。本設(shè)計支持FAT16和FAT32兩種文件系統(tǒng)，由于FAT文件系統(tǒng)的構(gòu)架非常復雜而且龐大，這里我們主要FAT32文件系統(tǒng)的構(gòu)架做簡單介紹以便可以正常讀取FAT32系統(tǒng)下的文件。

41、FAT32文件系統(tǒng)：（1）DBR（操作系統(tǒng)引導記錄區(qū)）的說明要想操作FAT32我們首先要了解DBR。其中DBR 的核心部分為BPB （BIOS Parameter Block）（第1290 字節(jié)為BPB），BPB 的意義需要我們深入詳細的去理解，才能夠更好的完成和操控FAT32。DBR各字節(jié)意義如圖3.10：圖3.10 DBR區(qū)各字節(jié)意義DBR區(qū)內(nèi)，對操作有用的數(shù)據(jù)只有90個字節(jié)（即BPB字段）。但是就在這90 個字節(jié)就可以獲取我們關(guān)于磁盤的許多信息，比如每扇區(qū)字節(jié)數(shù)、每簇扇區(qū)數(shù)、磁道扇區(qū)數(shù)等等。BPB部分數(shù)據(jù)字節(jié)意義如圖3.11所示： 圖3.11 BPB部分(b fen)字段意義表通過(tn

42、ggu)對上面字段讀取的了解，可以得到FAT32文件系統(tǒng)的許多緊要信息：每扇區(qū)字節(jié)數(shù)、每簇扇區(qū)數(shù)、根目錄簇號、該卷總扇區(qū)數(shù)、FAT表1所在的扇區(qū)數(shù)等。FAT32 文件系統(tǒng)最具特色(ts)的一部分是FAT 表，F(xiàn)AT32 的精華(jnghu)在于(ziy)FAT表的鏈式存儲機制，它可以是的數(shù)據(jù)存儲不連接，使磁盤的功能得到更好的發(fā)揮。一個FAT表的內(nèi)容如圖3.12所示： 圖3.12 FAT表這樣，在我們獲取文件的起始簇隨后，就可以從起始簇開始讀取文件的內(nèi)容了，如果大于一個簇，則可在FAT表找下一個簇號，直到文件結(jié)束，從而達到了文件的讀取功能。3.3 系統(tǒng)整合上一節(jié)詳細介紹了系統(tǒng)各個模塊程序的設(shè)計，

43、一步一步實現(xiàn)了系統(tǒng)的各個功能，接下來需要做的工作就是把整個系統(tǒng)的模塊程序整合起來，成為一個整體。 本設(shè)計的主控制程序通過調(diào)用各個模塊的相關(guān)底層函數(shù)，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的功能整合，主控制程序的流程圖如圖3.15所示，系統(tǒng)開機以后，第一步進行的是對各個硬件模塊的初始化；第二步是對FAT文件系統(tǒng)的初始化，對于FAT文件系統(tǒng)來說要判斷是否初始化成功；第三步是尋找系統(tǒng)文件，本設(shè)計的系統(tǒng)文件全部在SYSTEM文件夾下，該文件夾下主要有:FONT文件夾、SYSICO文件夾、GAME文件夾。FONT文件夾下包括FONT12.FON和FONT16.FON兩種字體文件。SYSICO文件夾下則包括了全部的系統(tǒng)圖標（BMP

44、格式）。GAME文件夾下包括三個等級的游戲文件夾，游戲圖片也在相應(yīng)的文件夾中，全部為BMP格式。其中FONT文件夾和SYSICO文件夾在系統(tǒng)加載的時候需要的。GAME文件夾則是在游戲的時候才進行檢索的。圖3.15 系統(tǒng)(xtng)主控程序流程圖3.4 本章(bn zhn)小結(jié)本章主要說明本設(shè)計的軟件設(shè)計方案，簡而易懂的介紹了系統(tǒng)各模塊的軟件設(shè)計的實現(xiàn)(shxin)與實踐。重點描述了觸摸屏原理、JPEG/BMP的解碼方法以及FAT32文件系統(tǒng)解析。最后整合了本設(shè)計的所有功能以及其的實現(xiàn)。到此多樣化多功能MP3的系統(tǒng)設(shè)計以及基本完成，接下來的任務(wù)就是對該系統(tǒng)進行調(diào)試和測試。4 系統(tǒng)調(diào)試4.1 獨立

45、調(diào)試由以上針對軟硬件系統(tǒng)進行了設(shè)計的主要描述，不過在上述設(shè)計當真，已經(jīng)包括對調(diào)試中各種各樣的問題處理。在設(shè)計的時候可能對某些小細節(jié)或者大問題考慮得不到位，這就需要調(diào)試中一一的去發(fā)現(xiàn)問題，再解決問題。最終完成設(shè)計的目標。這一章主要講述在調(diào)試過陳中發(fā)現(xiàn)的典型問題。4.2 硬件調(diào)試(dio sh)問題在硬件調(diào)試(dio sh)過程中，發(fā)現(xiàn)了幾個影響整個硬件設(shè)計的問題，在完成了硬件設(shè)計的時候，對本設(shè)計進行了硬件上的處理是，在主控芯片的電源檢測時，發(fā)現(xiàn)相對應(yīng)的管腳檢測的VCC與GND得不到相對應(yīng)的電壓，在此過程中經(jīng)過了多次的原理圖以及PCB圖還有成品的檢測后，最終發(fā)現(xiàn)了是由于硬件晶振上面的一個電容虛焊以

46、及有一組電源線斷開了所導致的，最終經(jīng)過修改來進行改正。圖4.1為硬件設(shè)計。圖4.1 硬件(yn jin)設(shè)計圖4.3 軟件調(diào)試問題得益于以前知識和代碼的積累，調(diào)試過程中順利完成了很多軟件調(diào)試，比如FAT文件系統(tǒng)、DS18B20驅(qū)動等，但是在軟件調(diào)試的時候出現(xiàn)了很多問題的，這里挑一個比較典型的問題說明。這個問題是VS1003播放音樂的問題。問題1，在測試VS1003播放音樂的過程中，發(fā)現(xiàn)移植之前的VS1003驅(qū)動到STM32上后，播放界面不可以添加歌曲，一開始懷疑是不是因為文件系統(tǒng)的程序問題而讀取不到歌曲嗎？如圖4.2所示，經(jīng)過反復的對文件系統(tǒng)的程序檢測，發(fā)現(xiàn)代碼沒有問題，又開始替換VS1003

47、的工業(yè)板進來調(diào)試，發(fā)現(xiàn)效果是一樣的，從而排除不是硬件問題，之后有反復的查看了VS1003程序編寫的資料，發(fā)現(xiàn)編寫過程無誤，最后拿出之前寫過的程序進行一一對比，發(fā)現(xiàn)是因為沒有對其VS1003進行初始化而導致的。圖4.2 VS1003播放(b fn)圖4.4 本章(bn zhn)小結(jié)本章是整個設(shè)計的最后一章，主要針對調(diào)試過程(guchng)中出現(xiàn)的軟件問題和硬件問題進行了舉例說明。解決了整個系統(tǒng)的最后問題，使系統(tǒng)的所有功能得到了實現(xiàn)，并發(fā)現(xiàn)了一些器件問題，為以后的工作研究積累了經(jīng)驗。5 終結(jié)與展望本文以智能家電為目標，設(shè)計了一款MP3音頻播放器，對未來家電的使用進行了一次探索。經(jīng)歷了幾個月的不斷努力與奮斗，從方案論證到硬件設(shè)計再到軟件設(shè)計，一步步實現(xiàn)，最終完成了這個設(shè)計。但是在設(shè)計的過程中也找到了自己的不足，（1）基礎(chǔ)知識的掌握不牢靠，使得很多細節(jié)的問題沒有去注意到，從而影響整個系統(tǒng)完成；（2）對STM32整體構(gòu)架不夠熟悉，對于內(nèi)部寄存器的操作了解不多不熟，對STM32的擴展很不熟練，從今往后會加強對這方面的訓練。在本次設(shè)計中也受益匪淺，讓我學會了很多問題的快速解決方法，從而有利于今后的工作已經(jīng)更進一步的學習。希望明天會更好。參考文獻 1 羅旭.支持(zhch)歌詞的MP3播放器的設(shè)計(shj)與實現(xiàn)，沈陽師范大學學報，2006/03。2 華錫鋒.基于(jy)Gar