基于STM32F103ZE+VS1053的音乐播放器设计

嵌入式技术 2022-05-30 5069

描述

1.硬件平台

CPU：STM32F103ZE

屏幕：3.5寸TFTLCD屏

音频解码器： VS1053

SD卡、外扩Sram

2.示例效果

3.音频解码VS1053简介

VS1053b 是单片 Ogg Vorbis/MP3/AAC/WMA/MIDI 音频解码器，及 IMA ADPCM 编码器和用户加载的 OggVorbis 编码器。
支持： MP3/WMA/OGG/WAV/FLAC/MIDI/AAC 等音频格式的解码，并支持： OGG/WAV 音频格式的录音，支持高低音调节设置，功能十分强大。
它包含了一个高性能、有专利的低功耗 DSP 处理器内核VS_DSP4、工作数据存储器、供用户应用程序和任何固化解码器一起运行的 16 KiB 指令 RAM 及 0.5KiB 多的数据 RAM、串行的控制和输入数据接口、最多 8 个可用的通用 I/O 引脚、一个 UART、并有一个优质的可变采样率立体声 ADC（“咪”、“线路”、“线路+咪”或“线路*2”）和立体声 DAC、和跟随的一个耳机功放及一个公共电压缓冲器。

特性：
●能解码 MPEG 1 和 MPEG2 音频层 III（ CBR+VBR+ABR）； WMA 4.0/4.1/7/8/9 5-384kbps 所有流文件；WAV(PCM+IMA AD-PCM);产生 MIDI/SP-MIDI 文件。
●对话筒输入或线路输入的音频信号进行 IMA ADPCM 编码
●支持 MP3 和 WAV 流
●高低音控制
●单时钟操作 12..13MHz
●内部 PLL 锁相环时钟倍频器
●低功耗
●内含高性能片上立体声数模转换器，两声道间无相位差
●内含能驱动 30 欧负载的耳机驱动器
●模拟，数字， I/O 单独供电
●为用户代码和数据准备的 5.5KB 片上 RAM
●串行的控制，数据接口
●可被用作微处理器的从机
●特殊应用的 SPI Flash 引导
●供调试用途的 UART 接口
●新功能可以通过软件和 4 GPIO 添加

3.1 硬件接口

引脚	GPIO	说明
VS_MISO	PA6	主机输入
VS_MOSI	PA7	主机输出
VS_SCK	PA5	时钟
VS_XCS	PF7	命令片选(低电平有效)
VS_XDCS	PF6	数据片选（低电平有效）
VS_DREQ	PC13	数据请求线（高电平表示可以接收数据）
VS_RST	PE6	复位脚(低电平复位)

VS1053通讯方式为SPI实现数据传输，分为 SDI 和 SCI， SDI 用来传输数据， SCI 用于传输命令。
SDI 数据传输非常简单，就是标准的 SPI 通信，不过 VS1053 的数据传输都是通过 DREQ 控制到主机必须在
判断 DREQ 有效(高电平有效)后，才可以发送数据。
SCI 命令传输接口包含了一个指令字节、一个地址字节和一个 16 位的数据字。读写操作可以读写单个寄存
器，在 SCK 的上升沿读出数据位，所以主机必须在下降沿刷新数据。 SCI 的字节数据总是高位在前低位在后的。
第一个字节指令字节，只有 2 个指令，也就是读和写，读指令为:0X03，写指令为:0X02。

SCI读操作：

VS1053b 使用下列时序对寄存器进行读取操作，它显示在图 6 中。首先， XCS 信号线被拉到低电平来片选此设备。随后，读取操作码(0x3)加上 8 位宽度的地址后，组成的 16 位字通过 SI 信号线发送到设备。在地址被读取之后， SI 信号线上发送的任何数据都将被芯片忽略。而被确认的地址中的十六位宽度数据将在 SO 信号线上移动输出。
XCS 信号应该在数据移动送出之后驱动到高电平。
DREQ 在读取操作期间会被芯片短暂的拉到低电平，这是非常短的时间，并不需要用户特别的留意。

SCI写操作：

写入 VS1053b 寄存器的操作要使用下列顺序，它显示在图 7 中。 XCS 信号线先下拉到低电平表示选中该设备。将写操作码 (0x2) 加上 8 位的字地址通过 SI 信号线发送到 VS1053b。
在这个数据字移位发送的最后一个时钟结束之后， XCS 应该上拉到高电平来结束这个写入顺序。

VS1053寄存器列表

VS1053 总共有16 个SCI 寄存器，通过这些寄存器实现对 VS1053 的各种控制， VS1053 的所有 SCI 寄存器。

3.2 VS1053驱动

/**************硬件接口*****************
**VS_MISO -- PA6 主机输入
**VS_MOSI -- PA7 主机输出
**VS_SCK  -- PA5 时钟
**VS_XCS  -- PF7 命令片选(低电平有效)
**VS_XDCS -- PF6 数据片选（低电平有效）
**VS_DREQ -- PC13 数据请求线（高电平表示可以接收数据）
**VS_RST  -- PE6 复位脚(低电平复位)
**
*****************************************/

void VS1053_Init(void)
{
	/*1. 开时钟*/
	RCC->APB2ENR|=1<<2;//PA
	RCC->APB2ENR|=1<<4;//PC
	RCC->APB2ENR|=1<<6;//PE
	RCC->APB2ENR|=1<<7;//PF
	GPIOA->CRL&=0x000FFFFF;
	GPIOA->CRL|=0x38300000;
	
	GPIOF->CRL&=0x00FFFFFF;
	GPIOF->CRL|=0x33000000;
	
	GPIOC->CRH&=0xFF0FFFFF;
	GPIOC->CRH|=0x00800000;
	
	GPIOE->CRL&=0xF0FFFFFF;
	GPIOE->CRL|=0x03000000;
	VS_XCS=1;
	VS_XDCS=1;
	VS1053_RST();
	VS1053_SetVoice(255,255);
	/*2.配置时钟寄存器*/
	VS1053_WriteRegDat(VS1053_CLOCKF,0x9800);
}
/*SPI收发一个字节*/
u8 VS1053_SPI_ReadWriteData(u8 data_tx)
{
	u8 data_rx=0;
	u8 i=0;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		VS_SCK=0;
		if(data_tx&0x80)VS_MOSI=1;
		else VS_MOSI=0;
		VS_SCK=1;
		data_tx<<=1;
		
		data_rx<<=1;
		if(VS_MISO)data_rx|=0x01;
	}
	return data_rx;
}
/********************往寄存器中写入数据******************
**
**形参：u8 addr --地址
**			u16 data  -- 写入的数据
**********************************************************/
void VS1053_WriteRegDat(u8 addr,u16 data)
{
	while(VS_DREQ==0){}//等待数据线空闲
	VS_XDCS=1;//数据片选拉高
	VS_XCS=0;//命令片选拉低
	VS1053_SPI_ReadWriteData(0x02);//写指令
	VS1053_SPI_ReadWriteData(addr);	//寄存器地址
	VS1053_SPI_ReadWriteData(data>>8);
	VS1053_SPI_ReadWriteData(data>>0);//写入数据
	VS_XCS=1;
}
/*******************从寄存器中读取数据*******************/
u16 VS1053_ReadRegDat(u8 addr)
{
	u16 data=0;
	while(VS_DREQ==0){}//等待数据线空闲
	VS_XDCS=1;//数据片选拉高
	VS_XCS=0;//命令片选拉低
	VS1053_SPI_ReadWriteData(0x03);//读指令
	VS1053_SPI_ReadWriteData(addr);	//寄存器地址
	data=VS1053_SPI_ReadWriteData(0xff)<<8;
	data|=VS1053_SPI_ReadWriteData(0xff);
	VS_XCS=1;
	return data;
}
/****************音量调节*****************
**
**形参：u8 vol_l -- 左声道 0~254
**      u8 vol_r -- 右声道 0~254
**每个增量表示0.5db的衰减，值越大，音量越小
**注意：如果设置 VOL 的值为 0xFFFF，将使芯片进入掉电模式。
**右声道是高 8 位 左声道是低 8 位
*******************************************/
void VS1053_SetVoice(u8 vol_l,u8 vol_r)
{
	u16 temp=vol_r<<8|vol_l;
	VS1053_WriteRegDat(VS1053_VOL,temp);
}
/***************VS1053硬件复位**************/
void VS1053_RST(void)
{
	//硬件复位
	VS_RST=0;
	Delay_Ms(20);
	VS_XDCS=1;//取消数据传输
	VS_XCS=1;//取消命令传输
	VS_RST=1;//完成复位
	//软件复位
	while(VS_DREQ==0){}//等待数据线空闲
	VS1053_WriteRegDat(VS1053_MODE,0x0804);//设置为新模式,进行软件复位
	Delay_Ms(2);	
	while(VS_DREQ==0){}//等待数据线空闲,复位完成
}
/****获取解码时间******/
u16 VS1053_Get_Time(void)
{
	u16 time=0;
	time=VS1053_ReadRegDat(VS1053_DECODE_TIME);
	return time;
}
/****清除解码时间******/
void VS1053_Clear_Time(void)
{
	VS1053_WriteRegDat(VS1053_DECODE_TIME,0);
}

3.3 播放音乐，歌词同步，音乐切换

static unsigned char music_lrc[4096];//存放从文件中读取出来的歌词
static unsigned char music_lrc_str[100][50];//存放筛选过后的歌词
static u16 music_time[200];//保存每句歌词时间
u8 buff_music[4096];
/**************播放音乐****************************/
u8 VS1053_PlayOneMusic(const char *music_file,u8 display_lrc)
{
	u16 i=0,time1,time2;
	u32 k=0;
	u16 y=32;
   u8 vol_l=50,vol_r=50;
	FIL fp;
	FRESULT res;
	UINT br;
	u8 key=0;
	res=f_open(&fp,music_file,FA_READ);//只读
	if(res!=FR_OK)
	{
		//printf("%s文件打开失败err:%d\r\n",music_file,res);
		return 1;
	}
   //printf("VS1053复位成功\r\n");
	LCD_ShowStr2(0,16,(u8 *)music_file,WHITE);//显示歌名
   LCD_Refresh();//更新显示
	VS1053_Clear_Time();//清除解码时间
   	/*3.设置音量*/
	VS1053_SetVoice(50,50);
	while(!f_eof(&fp))//判断是否到文件尾
	{
		key=Key_Scan();
		if(key==1)
		{
			break;//切换下一首
		}
      else if(key==2)//声音加
      {
         if(vol_l<250)
         {
            vol_l+=50;
            vol_r+=50;
         }
         VS1053_SetVoice(vol_l,vol_r);
      }
      else if(key==3)//声音减
      {
         if(vol_l>0)
         {
            vol_l-=50;
            vol_r-=50;
         }
         VS1053_SetVoice(vol_l,vol_r);
      }
		if(f_read(&fp,buff_music,sizeof(buff_music),&br)!=FR_OK)//读取音频数据
		{
			//printf("读取文件失败");
			f_close(&fp);
			return 2;
		}
//		printf("读取数据成功\r\n");
		for(i=0;i
=music_time[k])//通过时间判断显示对应歌词
				{
					if(y>=(LCD_HIGHT-48))//换页显示歌词
					{
						y=32;
						LCD_ReflashBack();//重画背景					
						LCD_ShowStr2(0,16,(u8 *)music_file,WHITE);//显示歌名
					}
               LCD_ShowStr2(y,16,music_lrc_str[k],WHITE);//显示当前行
               if(k>=1 && y>=48)
					{
						LCD_ShowStr2(y-16,16,music_lrc_str[k-1],GRAY);//将上一行清为底色
					}
               LCD_Refresh();//更新显示
               y+=16;
               k++;
				}	
			}
		}
	}
	return 0;
}
;i++)>

3.4 读取音乐文件，查找歌词，播放音乐

/***********音乐播放***************/
u8 Vs1053_play_Music(const char *music_file)
{
	u32 i=0;
	u8 stat=0;
	DIR dp;
	char *p=NULL;
	FILINFO fno;
	FRESULT res;
	char buff1[50];
	char buff2[50];
	res=f_opendir(&dp,music_file);
	if(res!=FR_OK)
	{
		printf("目录打开失败err:%d\r\n",res);
		return 1;
	}	
	printf("目录打卡成功\r\n");
	while(1)
	{
		res=f_readdir(&dp,&fno);
		if(res!=FR_OK || fno.fname[0]==0)
		{
			break;
		}
//		printf("%s\r\n",fno.fname);
		p=strstr(fno.fname,".mp3");//查找文件中的音频文件
		if(p)
		{
			i=0;
			//G.E.M. 邓紫棋 - 我的秘密
			while(1)
			{
				buff1[i]=fno.fname[i];
				if((fno.fname[i]=='.') && (fno.fname[i+1]=='m') &&  (fno.fname[i+2]=='p') &&  (fno.fname[i+3]=='3'))break;
				i++;
			}
			buff1[i]='\0';
			//显示歌名
			LCD_ReflashBack();//重画背景
         LCD_Refresh();//更新显示
			//printf("歌名:%s\r\n",buff1);
			snprintf((char *)buff2,sizeof(buff2),"%s/%s.lrc",music_file,buff1);
			//printf("buff2:%s\r\n",buff2);
			stat=Vs1053_GetLrc_Music(buff2);//歌词解析
			//if(stat==0)printf("获取歌词成功\r\n");
			snprintf((char *)buff2,sizeof(buff2),"%s/%s.mp3",music_file,buff1);
			stat=VS1053_PlayOneMusic(buff2,!stat);//播放音乐
			if(stat==0)
			{
				printf("音乐播放完成\r\n");
			}
			else
			{
				printf("stat=%d\r\n",stat);
			}
		}
	}
	f_closedir(&dp);
	return 0;
}

3.5 初始化硬件，挂载SD卡设备，播放音乐

int main()
{
   FRESULT ret;
   FATFS fs;
	Beep_Init();
	Led_Init();
	Key_Init();
	Usartx_Init(USART1,115200,72);
	TIMx_Init(TIM2,72,20*1000);
	W25Q64_Init();//W25Q64初始化
	IIC_Init();//IIC初始化
	NT35310_Init();//LCD初始化
	SRAM_Init();
AA:
   /*挂载磁盘*/
   ret=f_mount(&fs,"",1);
   if(ret==FR_OK)
   {
      printf("磁盘挂载成功\n");
   }
   else 
   {
      printf("请检查SD卡是否插入!!\r\n");
      Delay_Ms(1000);
      goto AA;
   }
   VS1053_Init();
	while(1)
	{
		Vs1053_play_Music("0:/music");
	}
}

　　审核编辑：汤梓红

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