邵陽(yáng)學(xué)院信息工程系 瞿　 兵 陽(yáng) 　 泳 胡湘娟

基于嵌入式的音樂(lè)播放器設(shè)計(jì)與論述

邵陽(yáng)學(xué)院信息工程系 瞿 兵 陽(yáng) 泳 胡湘娟

隨著電子行業(yè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于消費(fèi)電子類產(chǎn)品的需求量不斷的增大，而根據(jù)消費(fèi)者的需求所設(shè)計(jì)的多功能MP3也越來(lái)越多。本文使用STM32F103VET6單片機(jī)作為系統(tǒng)微控制器、SD卡作為存儲(chǔ)介質(zhì)、VS1003作為音頻解碼芯片以及TFT彩晶屏作為人際交互設(shè)備，設(shè)計(jì)一款可播放mp3、wav文件格式的音樂(lè)播放器，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的音樂(lè)播放器。

STM32F103VET6；SD卡；VS1053解碼芯片；TFT彩屏；音樂(lè)播放器

引言

MP3播放器的誕生，為傳統(tǒng)隨身聽(tīng)?zhēng)?lái)了致命打擊。MP3發(fā)展初期，MP3和MD之間的斗爭(zhēng)成為業(yè)界最熱門(mén)的話題，當(dāng)時(shí)甚至多數(shù)人都認(rèn)為MP3由于音質(zhì)上的問(wèn)題將會(huì)敗于MD，但事實(shí)上MP3的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了MD支持者們的預(yù)想，直至今日MP3已成為隨身聽(tīng)市場(chǎng)的主流產(chǎn)品。此外隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，MP3的功能也在不斷的增多，成為了繼手機(jī)之后使用最為廣泛的隨身電子產(chǎn)品，本次便是利用STM32單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的音樂(lè)播放器。

1　 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

整個(gè)音樂(lè)播放器系統(tǒng)主要由微控制器、音頻解碼部分、音效處理部分、SD卡部分、人機(jī)交互部分、按鍵復(fù)位部分、電源部分、程序口下載部分組成，整個(gè)系統(tǒng)由MCU控制，各個(gè)部分協(xié)調(diào)運(yùn)作。

VS1053相對(duì)于VS1003，增加了編解碼格式的支持（比如支持OGG/FLAC，還支持OGG編碼，VS1003不支持）、增加了GPIO數(shù)量到8個(gè)（VS1003只有4個(gè)）、增加了內(nèi)部指令RAM容量到16KiB（VS1003只有5.5KiB）、增加了I2S接口（VS1003沒(méi)有）、支持EarSpeaker空間效果（VS1003不支持）等。同時(shí)VS1053的DAC相對(duì)于VS1003有不少提高，同樣的歌曲，用VS1053播放，音質(zhì)效果比1003效果好很多。

此系統(tǒng)要求對(duì)MP3、WAV、WMA格式的音頻文件進(jìn)行解碼，尤其是對(duì)于MP3格式的音頻文件處理要求處理要非?？欤瑢?shí)現(xiàn)流暢播放，考慮到8位單片機(jī)處理速度，所以使用的32位單片機(jī)，而音頻解碼芯片是使用VS1053芯片，這是VLSI公司出品的一款高性能解碼芯片，支持多種音頻格式的解碼。而SD卡儲(chǔ)存歌曲文件，TFT彩屏顯示當(dāng)前的播放情況。本系統(tǒng)是上電開(kāi)機(jī)的，開(kāi)機(jī)之后會(huì)格式化各種外設(shè)，然后檢查是否中文字庫(kù)，如果沒(méi)有問(wèn)題，將會(huì)開(kāi)始循環(huán)播放SD卡中的所有歌曲文件，而在TFT彩屏上顯示歌曲的信息，例如歌曲名字、播放時(shí)間、總時(shí)間等等，設(shè)置的四個(gè)外面按鍵分別為上、下曲和音量加、減，而兩個(gè)指示燈則分別指示程序運(yùn)行狀態(tài)和VS1053的初始化情況。

2　 硬件設(shè)計(jì)

本次系統(tǒng)的硬件電路主要是以下幾個(gè)模塊：STM32F103VET6主控模，STM32F103VET6的最小系統(tǒng)板電路，主要用于驅(qū)動(dòng)STM32F103VET6單片機(jī)的運(yùn)行，同時(shí)將STM32F103VET6所有IO引腳引出來(lái)，開(kāi)發(fā)人員使用杜邦線與模塊引腳連接進(jìn)行設(shè)計(jì)。

LCD彩屏模塊：用于顯示音樂(lè)播放器播放信息的，LCD驅(qū)動(dòng)電路太復(fù)雜，本次設(shè)計(jì)則是LCD模塊，驅(qū)動(dòng)電路已經(jīng)做好直接通過(guò)IO引腳驅(qū)動(dòng)使用即可。SD卡模塊與LCD模塊是設(shè)計(jì)在一起的，直接通過(guò)軟件驅(qū)動(dòng)SDIO控制即可。

VS1503的解碼芯片模塊：驅(qū)動(dòng)正常VS1503的驅(qū)動(dòng)電路之外，其數(shù)據(jù)引腳直接與STM32F103VET6單片機(jī)的SPI總線連接完成數(shù)據(jù)傳輸控制，VS1503有兩種工作模式：有效模式與兼容模式，我們這是使用VS1503的有效模式，通過(guò)SPI總線完成數(shù)據(jù)的讀取與發(fā)送，對(duì)于驅(qū)動(dòng)VS1503的步驟為復(fù)位VS1503，配置VS1503寄存器和發(fā)送音頻數(shù)據(jù)三步。

HT6802驅(qū)動(dòng)模塊：音樂(lè)播放器喇叭的驅(qū)動(dòng)電路將喇叭接在SP+、SP-上，音頻數(shù)據(jù)從SPK_IN端輸入，而SPK_CTRL則是控制HT6872的工作模式，即控制喇叭餓開(kāi)關(guān)。當(dāng)SPK_CTRL引腳為高電平時(shí)喇叭進(jìn)入工作模式，而引腳為低電平時(shí)，喇叭則是關(guān)斷模式的。

3　 軟件設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)代碼主要為STM32F103VET6的IO配置、VS1503驅(qū)動(dòng)代碼，HT6802驅(qū)動(dòng)代碼以及LCD驅(qū)動(dòng)代碼，STM32F103VET6的IO配置主要是用于指示燈、按鍵控制，將IO引腳配置成推挽輸出模式；而LCD驅(qū)動(dòng)代碼則是使用屏幕廠家提高的驅(qū)動(dòng)代碼即可；VS1503的驅(qū)動(dòng)代碼則是通過(guò)VS1503數(shù)據(jù)手冊(cè)來(lái)編寫(xiě)，分為軟件復(fù)位函數(shù)、寫(xiě)命令函數(shù)、讀寄存器函數(shù)等幾個(gè)模塊；HT6802驅(qū)動(dòng)主要是編寫(xiě)控制喇叭工作的函數(shù)。系統(tǒng)運(yùn)行函數(shù)則是在主函數(shù)中實(shí)現(xiàn)，控制系統(tǒng)運(yùn)行流程以及LCD的顯示內(nèi)容數(shù)據(jù)信息。

為了保證系統(tǒng)運(yùn)行，開(kāi)機(jī)之后首先要進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試，因?yàn)橄到y(tǒng)要顯示歌曲信息，所以需要檢測(cè)flash中是否存在字庫(kù)，不存在字庫(kù)的話彩屏將會(huì)顯示亂碼，然后執(zhí)行VS1053的RAM測(cè)試和正弦測(cè)試，調(diào)用音樂(lè)播發(fā)函數(shù)開(kāi)始播放SD卡里面的音樂(lè)。

此實(shí)驗(yàn)的核心函數(shù)MP3解碼函數(shù)，該函數(shù)在初始化VS1053后，根據(jù)文件格式選擇是否加載patch（如果是flac格式，則需要加載patch），最后在死循環(huán)里面等待檢測(cè)信號(hào)的到來(lái)，每次軟復(fù)位信號(hào)變高，就向VS1053發(fā)送32個(gè)字節(jié)，直到整個(gè)文件讀完。此段代碼還包含了對(duì)按鍵的處理（音量調(diào)節(jié)、上一首、下一首）及當(dāng)前播放的歌曲的一些狀態(tài)（碼率、播放時(shí)間、總時(shí)間）顯示，以便在主函數(shù)中直接調(diào)用。

4　 分析與總結(jié)

上電開(kāi)機(jī)之后，系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行到音樂(lè)播放器模式，播放音樂(lè)，LCD彩屏上顯示相關(guān)音樂(lè)播放器信息，例如SD卡中的總共5首歌曲，歌曲名、播放時(shí)間、總時(shí)長(zhǎng)、碼率、音量等信息等。此時(shí)LED0會(huì)隨著音樂(lè)的播放而閃爍，2秒閃爍一次。此時(shí)我們便可以聽(tīng)到喇叭播放出來(lái)的音樂(lè)了，同時(shí)我們可以通過(guò)按上、下曲按鍵來(lái)切換下一曲和上一曲，通過(guò)音量加、減按鍵來(lái)控制音量大小。

在LCD屏幕可以顯示音樂(lè)播放器的基本信息等，所以證明此次的設(shè)計(jì)基本上完成。但是個(gè)人感覺(jué)如果能夠在屏幕上顯示歌曲字幕的話，音樂(lè)播放器所起到效果將會(huì)更好。此次設(shè)計(jì)的音樂(lè)播放器已經(jīng)能夠基本實(shí)現(xiàn)其效果，但是還可以繼續(xù)研究，將音樂(lè)播放器設(shè)計(jì)制作更完美。

[1]郭天祥．單片機(jī)C語(yǔ)言教程[M]．電子工業(yè)出版社,2009．

[2]張建中．基于STM32F的MP3播放器設(shè)計(jì)[D]．閩江:閩江學(xué)院,2011-05-10．

[3]郁峰．基于嵌入式文件系統(tǒng)的MP3播放器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[D]．蘇州:蘇州大學(xué),2009．

[4]李彬．基于應(yīng)用程序的嵌入式 Linux內(nèi)核自動(dòng)裁剪[D]．東南大學(xué):計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè),2006．

瞿兵（1991—），男，湖南吉首人，土家族，大學(xué)本科在讀，研究方向：通信工程。

陽(yáng)泳（1994—），男，湖南邵陽(yáng)人 ，瑤族，大學(xué)本科在讀，研究方向：電子信息工程。

胡湘娟（1980—），女，湖南湘潭人，講師，研究方向：嵌入式系統(tǒng)。