基于STM32单片机的MP3播放器毕业设计 精品.docx

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基于STM32单片机的MP3播放器毕业设计精品

11

03

2011

物理与电子信息工程系

电气工程及其自动化

2007级

0710617114

张蓝凯

讲师

曾繁政

189********

基于STM32的MP3播放器设计

独创性声明

本人郑重声明：

所呈交的毕业论文（设计）是本人在指导老师指导下取得的研究成果。

除了文中特别加以注释和致谢的地方外，论文（设计）中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果。

与本研究成果相关的所有人所做出的任何贡献均已在论文（设计）中作了明确的说明并表示了谢意。

签名：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　年　　月　　日

授权声明

本人完全理解贺州学院有关保留、使用本科生毕业论文（设计）的规定，即：

学院有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业论文（设计）的复印件和磁盘，允许毕业论文（设计）被查阅和借阅。

本人授权贺州学院可以将毕业论文（设计）的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编论文（设计）。

本人论文（设计）中有原创性数据需要保密的部分为：

无。

签名：

　　　　　年　　月　　日

指导教师签名：

年　　月　　日

基于STM32的MP3播放器设计

摘要

随着数字编解码及压缩技术的发展，语音文件也朝着高压缩比、高保真的方向发展，从MP1、MP2到目前的MP3格式。

因此高压缩比、高保真MP3播放器设计研究有很好的应用前景。

本论文详细介绍了基于STM32的MP3播放器的设计的方法，系统实现了把SD卡中存储的MP3格式的文件解码播放，并在TFT触摸屏上显示播放歌曲的名称、歌曲播放剩余时间及显示歌曲对应的歌词，通过TFT触摸屏上的图形交互用户图界，还可以实现歌曲的快进、快退、暂停和更改循环模式等，基本上可以实现一个带有触摸屏功能的MP3播放器。

关键词：

MP3播放器；STM32F103VCT6；VS1003；SD卡

ABSTRACT

Atthedevelopmentofthedigitalcodinganddecodingandcompressiontechnology,Voicefilesarealsomovinginahighcompressionratio,high-fidelitydirection,fromMP1,MP2toMP3formatnow.Therefore,highcompressionratio,high-fidelitydesignofMP3playershaveagoodprospect.

ThispaperintroducesbasedSTM32'sMP3playerdesignmethods,systemimplementstheSDcardstoredinMP3formatdecodingplayer,andTFTtouchscreendisplayplayingasongtitle,songplaybackremainingtimeanddisplaysongsCorrespondingtothelyrics,throughtheTFTtouchscreengraphicinteractivegraphicalusercommunity,Songscanalsofastforward,rewind,pauseandchangetheloopmode,basicallycanfunctionwithatouchscreenMP3player.

Keywords:

MP3player;STM32F103VCT6;VS1003;SDCard

1绪论

1.1选题背景

随着数字编解码及压缩技术的发展，语音文件也朝着高压缩比、高保真的方向发展，从MP1、MP2到目前的MP3格式。

便携式MP3播放器作为一种集音频播放、数据存储为一身的数码产品，其功能结构为电子设计人员所津津乐道。

MP3是MPEG一1音频III（1ayerIII）的简称。

MPEG一1音频（ISO/IECll172—3）是目前普遍应用的音频压缩标准，其中层III的算法最为复杂，但压缩比最大，效果也最好，在低码率的条件下基本能达到CD的音质效果。

MP3标准用尽可能低的码流实现CD音质的声音而不会产生数据损失。

如果对于一段声音不进行压缩的话，那么每存储一秒钟的立体声CD音质音乐必须用1.4Mbit，这是个十分大的开销。

通过运用MPEG音频标准的压缩技术，我们可以把存储空间压缩到原来的1/12而不会降低声音的音质。

即使使用1／24的压缩因子，仍然比单纯降低采样率的音质要好。

低数据量和高播放品质的优点使其成为音乐存储、数字广播、网上音乐传输的主要方式。

人们不仅可以使用计算机软件，还可以通过数字随身听来欣赏音乐。

在这种数字化潮流下，嵌入式系统已成为当前研究和应用的热点之一，嵌入式手持设备的视音频多媒体应用也越来越广泛。

由于嵌入式系统的应用要求及成本因素决定了嵌入式系统在系统资源,包括硬件资源和软件资源方面都是非常精简和高效的

1.2国内外研究现状及意义

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。

在INTERNET广泛普及的今天，MP3音乐以其较小数据量和近似完美的播放效果已经成为计算机上和INTERNET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（除非你有很好的音响和鉴赏力），文件大小至少可以压缩12倍（每首PCM格式的CD歌曲大约40~50MB数据量）。

自韩国世韩（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。

它的记录媒介是芯片或卡，无需转动部件，彻底摆脱了磁带和光碟的束缚，因而，抗震和节电性能更好。

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）、ST方案（ST92163+STA013/015）、Crystal软解压单芯片方案（EP7209，EP7212）、TI软解压单芯片方案（TMS320C5409），还有台湾创品方案（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。

2系统硬件设计

2.1设计目标

本论文是基于STM32的MP3播放器的设计，论文中将涉及到：

STM32的学习和嵌入式原理的应用，MP3解码的实现原理及其解码芯片的应用指南，SD卡的数据存储结构及其各种文件系统的区别，TFT触摸屏的操作及简单GUI在TFT上的实现。

预期将能实现在TFT液晶上对MP3播放的实时控制。

2.2设计方案对比

2.2.1控制器方案

方案一：

此方案采用89C51单片机实现，单片机软件编程自由度大，可用编程实现各种控制算法和逻辑控制。

但是89C51需外接模数转换器来满足数据采样。

如果系统增加语音播放功能，还需外接语音芯片，对外围电路来说，比较复杂，且软件实现也较麻烦。

另外，51单片机需要用仿真器来实现软硬件调试，较为繁琐。

方案二:

此方案采用SPCE061A单片机实现，此单片机内置8路ADC，2路DAC，且集成开发环境中，配有很多语音播放函数，用SPCE061A实现语音播放相对方便。

但5V的工作电压，16位的处理器芯片，较低的闪存，使得功耗比较大，处理速度比较慢，工作效率比较低，存储量受到限制。

方案三：

此方案采用STM32F103VCT6实现，它使用高性能的ARMCortex-M332位的RISC内核，工作频率为72MHz，内置高速存储器（高达128K字节的闪存和20K字节的SRAM），丰富的增强型I/O端口以及包含2个12位的ADC、3个通用16位定时器和一个PWM定时器。

使得处理速度大大提高，机器功耗大大降低，整体性能得到很大提高。

32位的处理器使得控制更加稳定、迅速，窗口型看门狗，使得程序运行更加高效。

另外，比较方便的是该板支持硬件仿真，通过Ulink仿真器可以方便实现在线逐步调试，这大大方便了系统的开发与调试工作。

基于STM32的高性能，低功耗，方便调试等特性，故选择方案三。

2.2.2MP3解码方案

方案一:

此方案采用软解MP3，直接用软件解码。

节约了硬件成本，但代码复杂，编程难度较高，工作量极大，而且对控制器的处理速度和资源要求都比较高。

方案二：

此方案采用硬解MP3，直接用音频解码芯片解码。

它使用高性能的VS1003MP3解码芯片，功能强大而且价格便宜，VS1003支持MP3、WAV、WMA、MIDI等诸多音频格式，音质可与市场上中档MP3播放器相媲美。

基于上述比较，故选择方案二；

2.2.3显示模块方案

方案一：

此方案采用LCD1602，完成数据显示。

LCD1602驱动电路简单，它可以显示简单的中英文字符，功能和设计的成本都比较低！

方案二：

此方案采用LCD12864,它既可以显示中英文字符，也可以显示图片。

但其图案分辨率较低，而且只能显示单色字符。

方案三：

此方案采用TFT液晶模块，它既可以显示彩色数字、中英文字符和图案，还可以加上触摸屏模块，实现GUI用户图形交互实时控制！

基于TFT液晶的强大功能，故选择方案三。

2.2.4MP3储存介质方案

方案一：

此方案采用直接将MP3文件存放在控制器的内部ROM储存器中，读取速度快，操作简单方便。

但是，相比于51,AVR,SPCE061A等单片机，虽然STM32有着很大的内部ROM容量，但还是不能完整的保存一首MP3歌曲。

方案二：

此方案采用U盘来储存MP3文件，极大的提高了储存容量。

方案三：

此方案采用SD卡来储存MP3文件。

采用SPI通讯方式的SD卡不仅读取数据的速度快，而且具有小体积，大容量等特点。

根据本人的实际情况，故采用了方案三。

2.3系统设计原理

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。

硬件系统方框图如图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卡中的MP3文件，并控制MP3解码芯片对MP3文件进行解码播放，并在TFT液晶上显示实时播放情况。

STM32F103VCT6

TFT触摸屏

SD卡

VS1003

音频解码

外扩

FLASH

串口

通信

图2-1硬件系统方框图

2.3.1中央处理器工作原理

STM32系列是基于CortexM3核的微控制器，它在CortexM3内核的基础上扩展了高性能的外围设备。

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%的内存，减小了系统开销，同时能够提供比Thumb技术高出38%的性能。

在中断处理方面，CortexM3集成了嵌套向量中断控制器