基于STM32的MP3播放器设计与实现毕业设计论文Word文档格式.docx
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（3）第4-8天：
硬件设计、程序编制与调试阶段
（4）第9天：
撰写设计报告
六、主要参考资料
[1]田泽.嵌入式系统开发与应用实验教程.北京航空航天工业大学出版社，2005.
[2]郭荣佐，王霖.《嵌入式系统原理》.北京航空航天大学出版社，.2008.
[3]周根林.嵌入式系统原理与应用.南京大学出版社,2006.
[4]谭浩强.C语言程序设计（第2版）.清华大学出版社，2008
[5]丁峰.ARM系统开发——从实践到提高.中国电力出版社，2007.
指导教师（签名）：
20年月日
第一种方案是简易声波播放器，仅使用STM103V100评估板，令计时器TIM4工作在PWM模式下，将wav格式的声波文件从SD卡中读出，由TIM4产生不同频率的方波通过低通滤波器和放大器送喇叭，如图1所示；
第二种方案则是简易MP3播放器，还需要使用额外的解码芯片，将MP3格式的文件从SD卡读出，然后送解码芯片解码播放，如图2所示。
本节将先介绍SD卡、FAT16文件格式、VS1003编解码器等关键部分，然后再分别给出两种设计方案的软件设计。
图1简易声波播放器方案
图2简易MP3Player方案
1SD卡的结构及读写方法
STM103V100评估板有SD连接器，其使用SPI总线与STM32处理器连接，如图3所示。
图3SD连接器与STM32处理器SPI连接图
SD卡（SecureDigitalMemoryCard）是一种为满足安全性、容量、性能和使用环境等各方面的需求而设计的一种新型存储器件，SD卡允许在两种模式下工作，即SD模式和SPI模式，本系统采用SPI模式。
本小节仅简要介绍在SPI模式下，STM32处理器如何读写SD卡，如果读者如希望详细了解SD卡，可以参考相关资料。
SD卡内部结构及引脚如图4所示。
图4SD卡内部结构及引脚
SD卡主要引脚和功能为：
⏹
CLK：
时钟信号，每个时钟周期传输一个命令或数据位，频率可在0～25MHz之间变化，SD卡的总线管理器可以不受任何限制的自由产生0～25MHz的频率；
CMD：
双向命令和回复线，命令是一次主机到从卡操作的开始，命令可以是从主机到单卡寻址，也可以是到所有卡；
回复是对之前命令的回答，回复可以来自单卡或所有卡；
DAT0～3：
数据线，数据可以从卡传向主机也可以从主机传向卡。
SD卡以命令形式来控制SD卡的读写等操作。
可根据命令对多块或单块进行读写操作。
在SPI模式下其命令由6个字节构成，其中高位在前。
SD卡命令的格式如表1所示，其中相关参数可以查阅SD卡规范。
--------------
表1SPI命令格式
Byte1/Byte2-5/Byte6
7,6,5,0/31,0/7,0
0,1/Command/CommandArgument/CRC,1
------------------------------------
下面分别给出读写SD卡的两个函数：
读取SD卡函数u8MSD_ReadBlock（u8*pBuffer,u32ReadAddr,u16NumByteToRead）;
/*****************************************************************
*FunctionName:
MSD_ReadBlock
*Description
:
ReadsablockofdatafromtheMSD.
*Input
-pBuffer:
pointertothebufferthatreceivesthedataread
*
fromtheMSD.
-ReadAddr:
MSD'
sinternaladdresstoreadfrom.
-NumByteToRead:
numberofbytestoreadfromtheMSD.
*Output
None
*Return
TheMSDResponse:
-MSD_RESPONSE_FAILURE:
Sequencefailed
-MSD_RESPONSE_NO_ERROR:
Sequencesucceed
*****************************************************************/
u8MSD_ReadBlock（u8*pBuffer,u32ReadAddr,u16NumByteToRead）
{
u32i=0;
u8rvalue=MSD_RESPONSE_FAILURE;
/*MSDchipselectlow*/
MSD_CS_LOW（）;
/*SendCMD17（MSD_READ_SINGLE_BLOCK）toreadoneblock*/
MSD_SendCmd（MSD_READ_SINGLE_BLOCK,ReadAddr,0xFF）;
/*CheckiftheMSDacknowledgedthereadblockcommand:
R1response（0x00:
noerrors）*/
if（!
MSD_GetResponse（MSD_RESPONSE_NO_ERROR））
{
/*Nowlookforthedatatokentosignifythestartofthedata*/
MSD_GetResponse（MSD_START_DATA_SINGLE_BLOCK_READ））
/*ReadtheMSDblockdata:
readNumByteToReaddata*/
for（i=0;
i<
NumByteToRead;
i++）
/*Savethereceiveddata*/
*pBuffer=MSD_ReadByte（）;
/*Pointtothenextlocationwherethebytereadwillbesaved*/
pBuffer++;
}
/*GetCRCbytes（notreallyneededbyus,butrequiredbyMSD）*/
MSD_ReadByte（）;
/*Setresponsevaluetosuccess*/
rvalue=MSD_RESPONSE_NO_ERROR;
/*MSDchipselecthigh*/
MSD_CS_HIGH（）;
/*Senddummybyte:
8Clockpulsesofdelay*/
MSD_WriteByte（DUMMY）;
/*Returnsthereponse*/
returnrvalue;
}
写读取SD卡函数u8MSD_WriteBlock（u8*pBuffer,u32WriteAddr,u16NumByteToWrite）
MSD_WriteBlock
WritesablockontheMSD
pointertothebuffercontainingthedatatobe
writtenontheMSD.
-WriteAddr:
addresstowriteon.
-NumByteToWrite:
numberofdatatowrite
u8MSD_WriteBlock（u8*pBuffer,u32WriteAddr,u16NumByteToWrite）
/*SendCMD24（MSD_WRITE_BLOCK）towritemultipleblock*/
MSD_SendCmd（MSD_WRITE_BLOCK,WriteAddr,0xFF）;
/*CheckiftheMSDacknowledgedthewriteblockcommand:
/*Sendadummybyte*/
/*Sendthedatatokentosignifythestartofthedata*/
MSD_WriteByte（0xFE）;
/*WritetheblockdatatoMSD:
writecountdatabyblock*/
NumByteToWrite;
/*Sendthepointedbyte*/
MSD_WriteByte（*pBuffer）;
/*PutCRCbytes（notreallyneededbyus,butrequiredbyMSD）*/
/*Readdataresponse*/
if（MSD_GetDataResponse（）==MSD_DATA_OK）
}
2FAT16文件系统简介
SD卡如果采用FAT16文件格式，按照其不同的特点和作用大致可分为5部分：
MBR区、DBR区、FAT区、FDT区和DATA区。
由于SD卡一般不做引导盘，一般也不分区，因此通常无MBR区，直接从DBR区开始。
下面对后面四个区分别作简介：
DBR区
内容为系统引导记录，它包括一个引导程序和一个被称为BPB（BiosParameterBlock）的本分区参数记录表。
引导程序的主要任务是当MBR将系统控制权交给它时，判断本分区根目录是否有操作系统引导文件，如果有则将其读入内存，并把控制权交给该文件。
BPB参数块记录着本分区的起始扇区、结束扇区、文件存储格式、根目录大小、FAT个数，分配单元大小等重要参数。
本系统采用的DBR结构为：
typedef__packedstruct
{/*由于Cortex-M3内核默认以对齐方式访问，因此可能导致结构体元素之间有“空隙”，读出的结构体元素有误，因此需要加上关键字__packed，强制其以压缩方式存储结构体。
这样该结构体在内存空间上是一片连续的空间，不存在“空隙”情况。
其它地方同理*/
u8
BS_jmpBoot[3];
//ofs:
0.典型的如：
0xEB,0x3E,0x90
BS_OEMName[8];
3.典型的如：
“MSWIN4.1”
u16
BPB_BytesPerSec;
11.每扇区字节数
BPB_SecPerClus;
13.每簇扇区数
BPB_RsvdSecCnt;
14.保留扇区数，从DBR到FAT的扇区数
BPB_NumFATs;
16.FAT的个数，通常为2
BPB_RootEntCnt;
17.根目录项数
BPB_TotSec16;
19.分区总扇区数（<
32M时用）
BPB_Media;
21.分区介质标识，SD卡一般用0xF8
BPB_FATSz16;
22.每个FAT占的扇区数
BPB_SecPerTrk;
24.每道扇区数，对于SD卡无意义
BPB_NumHeads;
26.磁头数，对于SD卡无意义
u32
BPB_HiddSec;
28.隐藏扇区数，从MBR到DBR的扇区数
BPB_TotSec32;
32.分区总扇区数（≥32M时用）
BS_DrvNum;
36.软盘：
0x00，硬盘：
0x80，SD卡无意义
BS_Reservedl;
37.保留
BS_BootSig;
38.扩展引导标记：
0x29，通常对于SD卡无意义
BS_VolID;
39.盘序列号
BS_VolLab[11];
43.如“Msdos”
BS_FilSysType[8];
54.“FAT16”
ExecutableCode[448];
62.引导代码
ExecutableMarker[2];
510.结束标识:
0xAA55
}FAT_BPB;
FAT区
该区内容为文件分配表，FAT16文件系统进行空间分配的最基本单位是簇。
文件分配表反映了SD卡所有簇的使用情况，通过查文件分配表可以得知任一簇的使用情况。
对于FAT16来说，FAT表每项占用两个字节。
FAT表的第一项通常为FFF8H。
对于其它项，若其值为0000H表示可用；
FFF7H表示为坏簇；
FFF8H-FFFFH之间表示该簇为某文件或目录的最后一个簇，FFF0H-FFF6H之间为保留值；
其它值则指示下一个簇的簇号。
FDT区
该区的内容为文件目录表，FAT文件系统的一个重要思想是把目录（文件夹）当作一个特殊的文件来处理，FAT32甚至将根目录当作文件处理。
FAT分区中所有目录文件，实际上可以看作是一个存放其它文件（文件夹）入口参数的数据表。
因此，目录占用空间的大小并不等同于其下所有数据的大小，但也不等于0，通常是占很小的空间。
其具体的存储原理是：
不管目录文件所占空间为多少簇，一簇为多少扇区、多少字节；
系统都会以32个字节为单位，进行目录文件所占簇的分配。
本系统目录项使用的结构体如下：
u8
FileName[8];
0.文件名
u8
ExtName[3];
8.扩展名
Attribute;
11.文件属性。
典型值：
存档（0x20）、卷标（0x08）
Reserved[10];
21.保留
u16
Time;
22.时间
Data;
24.日期
StartClus;
26.开始簇号
u32
FileLength;
28.文件长度
}DIR;
由于篇幅关系，这里不能对上面各字段进行一一介绍。
本系统支持长文件名和汉字显示，如果使用短文件名，则以ASCII编码；
当文件名超过8个字节，扩展名超过3字节时，就以长文件名的形式存储，长文件名中的字符采用UNICODE形式编码，每个字符占据2个字节的空间，其目录项中偏移为11的字节即Attribute字段为0FH。
在存储时将长文件名以13个字符为单位进行切割，每一组占据一个目录项，所以可能一个文件需要多个目录项，这时长文件名的各个目录项按倒序排列在目录表中，以防与其他文件名混淆。
本系统采用串口作为输入输出接口，通过在PC的超级终端中输入命令来对其进行控制，并在超级终端中显示输出的结果，如路径、目录列表、文件名等相关信息。
超级终端输入输出的汉字以GB2312编码、输入输出英文字符以ASCII编码，而长文件名以UNICODE编码。
因此需要将UNICODE编码转化为GB2312或ASCII编码来和用户交互。
这里使用一张排序二维表，里面有7000多个汉字UNICODE编码对应的GB2312编码。
这里查找算法采用二分查找算法，大大提高了查找效率，这对于嵌入式应用很关键。
DATA区
该数据区存放文件的内容，SD卡所占用的空间绝大部分为此部分。
如果文件长度大于一个簇的大小，需要多个簇存放该文件，这些放通过FAT链表串连起来。
3VS1003-MP3/WMA音频编解码器简介
VS1003是由芬兰VLSISolutionOy公司所设计的一款单片MP3/WMA/MIDI音频解码器和ADPCM编码器，它包含一个高性能、自主产权的低功耗DSP处理器核VS_DSP4。
该芯片内部结构如图5所示，其特点如下：
图5VS1003内部结构及引脚
可解码MPEG1和MPEG2音频层III（CBR+VBR+ABR）、WMA4.0/4.1/7/8/95-384kbps所有流文件；
WAV（PCM+IMAAD-PCM），可产生MIDI/SP-MIDI文件；
可对话筒输入或线路输入的音频信号进行IMAADPCM编码；
支持MP3和WAV流；
高音、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/
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