基于STM32的便携式音乐播放器设计

　　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。