音乐播放器课程设计报告之欧阳光明创编.docx
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音乐播放器课程设计报告之欧阳光明创编
课程设计报告
欧阳光明（2021.03.07）
课程设计名称：
音乐播放器
院系：
信息工程学院
学生姓名：
班级：
学号：
成绩：
指导教师：
开课时间：
2016-2017学年2学期
音乐播放器
一、实践的内容和要求
1.1实验内容
学习WAV格式音频播放原理、数字音频接口及的相关知识。
了解模拟音频信号和数字音频信号的概念。
掌握编写音频播主要内容放器的方法。
实现音频播放，小键盘输入操作。
1.2实验要求
本系统要做一个音乐播放器，使用通用定时器定时，用比较输出功能，输出乐谱频率的方波产生声音，对3首歌曲编码，其支持WAV格式音频播放（上键：
暂停；左键：
上一首；右键：
下一首）。
利用硬件ARM嵌入式开发平台、用于ARM7TDMI的JTAG仿真器、PC机Pentium100开发实现实现音频播放。
主要实现：
上一首按键：
当点击上一首按键时，当前播放歌曲的上一首歌首被播放。
下一首按键：
当点击下一首按键时，当前播放歌曲的下一首歌曲即被播放。
当点击停止键时，当前歌曲即会被停止。
播放界面设计：
在歌曲进行播放时，界面应包含所有的按键，并且要歌曲的曲目单。
二、实践原理
WAV播放器系统要求能够对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。
本实验使用了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。
三、实践步骤
3.1功能设计
开机后，先初始化各外设，然后检测字库文件夹是否存在，如果有问题，则提示Error，如果检测无问题，则开始循环播放SD卡内MUSIC文件夹里面的歌曲，在TFTLCD上显示歌曲名字、播放时间、歌曲总时间、歌曲数目、当前歌曲的编号等信息。
KEY0选择下一首，KEY2选择上一首，KEY_UP控制暂停/继续播放。
3.2实验步骤
1）初始化WM8978，这个过程包括软复位、DAC设置、输出设置和音量设置等。
2）初始化I2S，此过程主要设置SPI_I2SCFGR寄存器，设置I2S模式、I2S标准、时钟空闲电平和数据帧长等，最后开启I2STXDMA，使能I2S外设。
在库函数中初始化I2S调用的函数为：
voidI2S_Init（SPI_TypeDef*SPIx,I2S_InitTypeDef*I2S_InitStruct）;结构体I2S_InitTypeDef的定义为：
typedefstruct
{uint16_tI2S_Mode;
uint16_tI2S_Standard;
uint16_tI2S_DataFormat;
uint16_tI2S_MCLKOutput;
uint32_tI2S_AudioFreq;
uint16_tI2S_CPOL;}I2S_InitTypeDef;
第一个参数用来设置I2S的模式，也就是设置SPI_I2SCFGR寄存器的I2SCFG相关位。
可以配置为主模式发送I2S_Mode_MasterTx，主模式接受I2S_Mode_MasterRx，从模式发送I2S_Mode_SlaveTx以及从模式接受I2S_Mode_SlaveRx四种模式。
第二个参数I2S_Standard用来设置I2S标准，这个前面已经讲解过。
可以设置为：
飞利浦标准I2S_Standard_Phillips,MSB对齐标准I2S_Standard_MSB，LSB对齐标准I2S_Standard_LSB以及PCM标准I2S_Standard_PCMShort。
第三个参数I2S_DataFormat用来设置I2S的数据通信格式。
这里实际包含设置SPI_I2SCFGR寄存器的HCLEN位（通道长度）以及DATLEN位（传输的数据长度）。
当我们设置为16位标准格式I2S_DataFormat_16b的时候，实际上传输的数据长度为16位，通道长度为16位。
当我们设置为其他值的时候，通道长度都为32位。
第四个参数I2S_MCLKOutput用来设置是否使能主时钟输出。
我们实验会使能主时钟输出。
第五个参数I2S_AudioFreq用来设置I2S频率。
实际根据输入的频率值，会来计算SPI预分频寄存器SPI_I2SPR的预分频奇数因子以及I2S线性预分频器的值。
这里支持10中频率：
#defineI2S_AudioFreq_192k（（uint32_t）192000）
#defineI2S_AudioFreq_96k（（uint32_t）96000）
#defineI2S_AudioFreq_48k（（uint32_t）48000）
#defineI2S_AudioFreq_44k（（uint32_t）44100）
#defineI2S_AudioFreq_32k（（uint32_t）32000）
#defineI2S_AudioFreq_22k（（uint32_t）22050）
#defineI2S_AudioFreq_16k（（uint32_t）16000）
#defineI2S_AudioFreq_11k（（uint32_t）11025）
#defineI2S_AudioFreq_8k（（uint32_t）8000）
#defineI2S_AudioFreq_Default（（uint32_t）2）
第六个参数I2S_CPOL用来设置空闲状态时钟电平，取值为高电平I2S_CPOL_High以及低电平I2S_CPOL_Low。
3）解析WAV文件，获取音频信号采样率和位数并设置I2S时钟分频器这里，要先解析WAV文件，取得音频信号的采样率（fs）和位数（16位或32位），根据这两个参数，来设置I2S的时钟分频，这里我们用前面介绍的查表法来设置即可。
这是我们单独写了一个设置频率的函数为I2S2_SampleRate_Set。
4）设置DMAI2S播放音频的时候，一般都是通过DMA来传输数据的，所以必须配置DMA，本章我们用I2S2，其TX是使用的DMA1数据流4的通道0来传输的。
并且STM32F4的DMA具有双缓冲机制，这样可以提高效率，大大方便了我们的数据传输，本章将DMA1数据流4设置为：
双缓冲循环模式，外设和存储器都是16位宽，并开启DMA传输完成中断（方便填充数据）。
5）编写DMA传输完成中断服务函数为了方便填充音频数据，我们使用DMA传输完成中断，每当一个缓冲数据发送完后，硬件自动切换为下一个缓冲，同时进入中断服务函数，填充数据到发送完的这个缓冲。
6）开启DMA传输，填充数据最后，我们就只需要开启DMA传输，然后及时填充WAV数据到DMA的两个缓存区即可。
此时，就可以在WM8978的耳机和喇叭通道听到所播放音乐了。
操作方法为：
DMA_Cmd（DMA1_Stream4,ENABLE）;//开启DMATX传输,开始播放。
3.3流程图
3.4关键代码
I2s.c代码：
#include"i2s.h"
#include"usart.h"
voidI2S2_Init（u16I2S_Standard,u16I2S_Mode,u16I2S_Clock_Polarity,u16I2S_DataFormat）
{
I2S_InitTypeDefI2S_InitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd（RCC_APB1Periph_SPI2,ENABLE）;//使能SPI2时钟
RCC_APB1PeriphResetCmd（RCC_APB1Periph_SPI2,ENABLE）;//复位SPI2
RCC_APB1PeriphResetCmd（RCC_APB1Periph_SPI2,DISABLE）;//结束复位
I2S_InitStructure.I2S_Mode=I2S_Mode;//IIS模式
I2S_InitStructure.I2S_Standard=I2S_Standard;//IIS标准
I2S_InitStructure.I2S_DataFormat=I2S_DataFormat;//IIS数据长度
I2S_InitStructure.I2S_MCLKOutput=I2S_MCLKOutput_Disable;//主时钟输出禁止
I2S_InitStructure.I2S_AudioFreq=I2S_AudioFreq_Default;//IIS频率设置
I2S_InitStructure.I2S_CPOL=I2S_Clock_Polarity;//空闲状态时钟电平
I2S_Init（SPI2,&I2S_InitStructure）;//初始化IIS
SPI_I2S_DMACmd（SPI2,SPI_I2S_DMAReq_Tx,ENABLE）;//SPI2TXDMA请求使能.
I2S_Cmd（SPI2,ENABLE）;//SPI2I2SEN使能.
}
//采样率计算公式:
Fs=I2SxCLK/[256*（2*I2SDIV+ODD）]
//I2SxCLK=（HSE/pllm）*PLLI2SN/PLLI2SR
//一般HSE=8Mhz
//pllm:
在Sys_Clock_Set设置的时候确定，一般是8
//PLLI2SN:
一般是192~432
//PLLI2SR:
2~7
//I2SDIV:
2~255
//ODD:
0/1
//I2S分频系数表@pllm=8,HSE=8Mhz,即vco输入频率为1Mhz
//表格式:
采样率/10,PLLI2SN,PLLI2SR,I2SDIV,ODD
constu16I2S_PSC_TBL[][5]=
{
{800,256,5,12,1},//8Khz采样率
{1102,429,4,19,0},//11.025Khz采样率
{1600,213,2,13,0},//16Khz采样率
{2205,429,4,9,1},//22.05Khz采样率
{3200,213,2,6,1},//32Khz采样率
{4410,271,2,6,0},//44.1Khz采样率
{4800,258,3,3,1},//48Khz采样率
{8820,316,2,3,1},//88.2Khz采样率
{9600,344,2,3,1},//96Khz采样率
{17640,361,2,2,0},//176.4Khz采样率
{19200,393,2,2,0},//192Khz采样率
};
//设置IIS的采样率（@MCKEN）
//samplerate:
采样率,单位:
Hz
//返回值:
0,设置成功;1,无法设置.
u8I2S2_SampleRate_Set（u32samplerate）
{
u8i=0;
u32tempreg=0;
samplerate/=10;//缩小10倍
for（i=0;i<（sizeof（I2S_PSC_TBL）/10）;i++）//看看改采样率是否可以支持
{
if（samplerate==I2S_PSC_TBL[i][0]）break;
}
RCC_PLLI2SCmd（DISABLE）;//先关闭PLLI2S
if（i==（sizeof（I2S_PSC_TBL）/10））return1;//搜遍了也找不到
RCC_PLLI2SConfig（（u32）I2S_PSC_TBL[i][1],（u32）I2S_PSC_TBL[i][2]）;//设置I2SxCLK的频率（x=2）设置PLLI2SNPLLI2SR
RCC->CR|=1<<26;//开启I2S时钟
while（（RCC->CR&1<<27）==0）;//等待I2S时钟开启成功.
tempreg=I2S_PSC_TBL[i][3]<<0;//设置I2SDIV
tempreg|=I2S_PSC_TBL[i][4]<<8;//设置ODD位
tempreg|=1<<9;//使能MCKOE位,输出MCK
SPI2->I2SPR=tempreg;//设置I2SPR寄存器
return0;
}
//I2S2TXDMA配置
//设置为双缓冲模式,并开启DMA传输完成中断
//buf0:
M0AR地址.
//buf1:
M1AR地址.
//num:
每次传输数据量
voidI2S2_TX_DMA_Init（u8*buf0,u8*buf1,u16num）
{
NVIC_InitTypeDefNVIC_InitStructure;
DMA_InitTypeDefDMA_InitStructure;
RCC_AHB1PeriphClockCmd（RCC_AHB1Periph_DMA1,ENABLE）;//DMA1时钟使能
DMA_DeInit（DMA1_Stream4）;
while（DMA_GetCmdStatus（DMA1_Stream4）!
=DISABLE）{}//等待DMA1_Stream1可配置
/*配置DMAStream*/
DMA_InitStructure.DMA_Channel=DMA_Channel_0;//通道0SPI2_TX通道
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr=（u32）&SPI2->DR;//外设地址为:
（u32）&SPI2->DR
DMA_InitStructure.DMA_Memory0BaseAddr=（u32）buf0;//DMA存储器0地址
DMA_InitStructure.DMA_DIR=DMA_DIR_MemoryToPeripheral;//存储器到外设模式
DMA_InitStructure.DMA_BufferSize=num;//数据传输量
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc=DMA_PeripheralInc_Disable;//外设非增量模式
DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc=DMA_MemoryInc_Enable;//存储器增量模式
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize=DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;//外设数据长度:
16位
DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize=DMA_MemoryDataSize_HalfWord;//存储器数据长度：
16位
DMA_InitStructure.DMA_Mode=DMA_Mode_Circular;//使用循环模式
DMA_InitStructure.DMA_Priority=DMA_Priority_High;//高优先级
DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode=DMA_FIFOMode_Disable;//不使用FIFO模式
DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold=DMA_FIFOThreshold_1QuarterFull;
DMA_InitStructure.DMA_MemoryBurst=DMA_MemoryBurst_Single;//外设突发单次传输
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBurst=DMA_PeripheralBurst_Single;//存储器突发单次传输
DMA_Init（DMA1_Stream4,&DMA_InitStructure）;//初始化DMAStream
DMA_DoubleBufferModeConfig（DMA1_Stream4,（u32）buf1,DMA_Memory_0）;//双缓冲模式配置
DMA_DoubleBufferModeCmd（DMA1_Stream4,ENABLE）;//双缓冲模式开启
DMA_ITConfig（DMA1_Stream4,DMA_IT_TC,ENABLE）;//开启传输完成中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=DMA1_Stream4_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0x00;//抢占优先级0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0x00;//子优先级0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;//使能外部中断通道
NVIC_Init（&NVIC_InitStructure）;//配置
}
//I2SDMA回调函数指针
void（*i2s_tx_callback）（void）;//TX回调函数
//DMA1_Stream4中断服务函数
voidDMA1_Stream4_IRQHandler（void）
{
if（DMA_GetITStatus（DMA1_Stream4,DMA_IT_TCIF4）==SET）////DMA1_Stream4,传输完成标志
{
DMA_ClearITPendingBit（DMA1_Stream4,DMA_IT_TCIF4）;
i2s_tx_callback（）;//执行回调函数,读取数据等操作在这里面处理
}
}
//I2S开始播放
voidI2S_Play_Start（void）
{
DMA_Cmd（DMA1_Stream4,ENABLE）;//开启DMATX传输,开始播放
}
//关闭I2S播放
voidI2S_Play_Stop（void）
{
DMA_Cmd（DMA1_Stream4,DISABLE）;//关闭DMA,结束播放
}
wm8978代码：
#include"wm8978.h"
#include"myiic.h"
#include"delay.h"
staticu16WM8978_REGVAL_TBL[58]=
{
0X0000,0X0000,0X0000,0X0000,0X0050,0X0000,0X0140,0X0000,
0X0000,0X0000,0X0000,0X00FF,0X00FF,0X0000,0X0100,0X00FF,
0X00FF,0X0000,0X012C,0X002C,0X002C,0X002C,0X002C,0X0000,
0X0032,0X0000,0X0000,0X0000,0X0000,0X0000,0X0000,0X0000,
0X0038,0X000B,0X0032,0X0000,0X0008,0X000C,0X0093,0X00E9,
0X0000,0X0000,0X0000,0X0000,0X0003,0X0010,0X0010,0X0100,
0X0100,0X0002,0X0001,0X0001,0X0039,0X0039,0X0039,0X0039,
0X0001,0X0001
};
//WM8978初始化
//返回值:
0,初始化正常
//其他,错误代码
u8WM8978_Init（void）
{
u8res;
GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;
RCC_AHB1PeriphClockCmd（RCC_AHB1Periph_GPIOB|RCC_AHB1Periph_GPIOC,ENABLE）;//使能外设GPIOB,GPIOC时
//PB12/13复用功能输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_12|GPIO_Pin_13;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF;//复用功能
GPIO_InitStructure.GPIO_OType=GPIO_OType_PP;//推挽
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_100MHz;//100MHz
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd=GPIO_PuPd_UP;//上拉
GPIO_Init（GPIOB,&GPIO_InitStructure）;//初始化
//PC2/PC3/PC6复用功能输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_6;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF;//复用功能
GPIO_InitStructure.GPIO_OType=GPIO_OType_PP;//推挽
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_100MHz;//100MHz
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd=GPIO_PuPd_UP;//上拉
GPIO_Init（GPIOC,&GPIO_InitStructure）;//初始化
GPIO_PinAFConfig（GPIOB,GPIO_PinSource12,GPIO_AF_SPI2）;//PB12,AF5I2S_LRCK
GPIO_PinAFConfig（GPIOB,GPIO_PinSource13,GPIO_AF_SPI2）;//PB13,AF5I2S_SCLK
GPIO_PinAFConfig（GPIOC,GPIO_PinSource3,GPIO_AF_SPI2）;//PC3,AF5I2S_DACDATA
GPIO_PinAFConfig（GPIOC,GPIO_PinSource6,GPIO_AF_SPI2）;//PC6,AF5I2S_MCK
GPIO_PinAFConfig（GPIOC,GPIO_PinSource2,GPIO_AF6_SPI2）;//PC2,AF6I2S_ADC
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