基于stm32的便携式音乐播放器设计毕业设计说明书(编辑修改稿)

基于stm32的便携式音乐播放器设计毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

RM7 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。 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 21 所示。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 共 58 页第 3 页 图 21 系统框图 3 硬件 电路设计 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 31 所示 为该系统的电源模块电路， 5V 电压经过 、 和 产生 、 和 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。 图 31 电源模块电路 STM32F103VET6 微处理器 JTAG程序下载口 SD卡 电 源 部 分 VS1003音频解码 音频放大 耳机接口 TFT触摸液晶 复位 桂林电子科技 大学毕业设计（论文）报告用纸 共 58 页第 4 页 微控制器模块 微控制器 STM32F103VET6 控制着整个系 统协调运作。 STM32F103VET6 基于 ARM CortexM3 内核设计，片上集成了丰富的数字和模拟资源，允许最高 72MHz 的工作频率是一款性价比很高的 32 位 ARM 处理器， 其管脚封装图如图 32。 自带 128KB 闪存和20KB 的 RAM，具有 2 个 SPI 接口、 2 个 IIC 接口 3 个 USART 接口一个 USB 接口和一个 CAN 总线接口，高达 80 个 I/O 口资源， 采用外部 8MHz 时钟经过倍频因子 PLLMUL可倍频至 72MHz，通过一些列的 AHB 分频器可设置各种外设所需的频率以达到低功耗的目的。 图 32 STM32F103VET6 管脚图 微控制器电路模块如图 33。 图中 BOOT0 为插针，用于选择启动模式：当 BOOT=1时用户闪存存储器被选为启动区域，此时可以通过串口下载程序；当 BOOT=0 时；系统存储区被选为启动区域。 电容 C1 C1 C13 和 C15 为谐振电容，有助于 系统时钟和RTC 时钟的启振，在设计时，晶振要尽可能靠近芯片。 电容 C1 C1 C1 C20 位芯片电源引脚的旁路电容，能够起到稳定电源的作用。 微控制器各引脚接口描述如表 31所示。 图 33 微控制器模块电路桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 共 58 页第 5 页 表 31 STM32F103VET6 主 要 引脚接口描述 STM32F103VET6 引脚序号 接口类型 接口作用 9 RTC 时钟晶振接口 晶振 Y1 1 13 系统时钟接口 8MHz 晶振 Y2 83 SD 卡控制器接口 SD 卡命令控制 SDIO_CMD 80 SD 卡时钟控制 SDIO_CLK 6 6 7 79 SD 卡数据通讯 SDIO_DATA 97 VS1003 控制接口 异步复位端，低电平有效 XREST 51 片选输入端，低电平有效 XCS 63 数据片选端 /字节同步 XDCS/BSYNC 52 串 行总线时钟 SCLK 54 串行输入 SI 53 串行输出 SO 98 TFT 液晶屏接口 复位 88 片选 30 时钟 SCK 31 MISO 32 MOSI 3846,5557,61,62,81,82 16 位数据接口 DATA SD 卡模块 SD 卡（ Secure Digital Memory Card）中文翻译为安全数码卡，是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备。 SD 卡的物理规格、管脚功能和数据传输协议时 MMC（ Multimedia Card）前向兼容的。 它被广泛 用于便携式装置上使用，例如数码相机、个人数码助理 (PDA)和多媒体播放器。 SD 卡由日本松下、东芝及美国 SanDisk 公司 于 1998年共同开发研制。 大小犹如一张邮票的 SD 记忆卡，重量只有 2 克，但却拥有高记忆容量、快速数据传输率、极大的移动性以及很好的安全性。 SD 卡标准是 SD 卡协会针对可移动存储设备设计专利并授权的一种标准，主要用于制定卡的外形尺寸、电气接口和通讯协议。 其中 SD 卡外形尺寸如图 34，引脚功能如表 32. 图 34 SD 卡外形尺寸桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 共 58 页第 6 页 表 32 SD 卡引脚图 Pin SD mode SPI mode Name Type Discription Name Type Discription 0 DATA2 I/O/PP DATA Line RSV I Reserved 1 DATA3 I/O/PP DATA Line CS I ChipSelect 2 CMD PP Command DataIn I Host to card 3 VSSI S Ground VSSI S Ground 4 VDD S Voltage VDD S Supply Voltage 5 CLK I Clock CLK I Clock 6 VSS2 S Voltage VSS2 S Voltage 7 DATA0 I/O/PP DATA Line DataOut O Card to Host 8 DATA1 I/O/PP DATA Line RSV U Reserved 由于 SD 卡的广泛引用，各种常用 MCU 内部都集成了 SD 控制器，而恰好本次设计选取的 STM32F103VET6 内部也含有 SD 控制器接口。 为了获得更大的数据传输速度，本次设计采用 SD 模式进行主从机之间的通讯。 该模式下具有 6 根通讯线（ Data03,CMD,CLK）和三根电源线（ VSS1,VSS2,VDD）。 电路模块如图 35，其中RVA0RVA4 为增强驱动能力。 图 35 SD 卡电路模块 音频解码模块 本次课题设计采用的解码芯片是 VS1003， VS1003 是芬兰 VLSI 公司生产的单芯片MP3/WMA 音频解码芯片，其拥有一个高性能、低功耗的 DSP 处理器核 VSDSP,5KB 的指令 RAM， 的数据 RAM，串行的控制和数据输入接口， 4 个通用的 I/O 口， 1个 UART 口， 1 个可变采样率的 DAC， 1 个立体声 DAC 以及音频耳机放大器。 其内部结构如图 36 所示。 图 36 VS1003 内部结构桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 共 58 页第 7 页 VS1003 通过一个串行接口来接收输入的比特流，它可以作为一个系统的从机。 输入的比特流被解码，然后通过一个数字音量控制器到达一个 18 位过采样多位  DAC。 通过串行总线控制解码器。 除了基本的解码，在用户 RAM 中它还可以作其他特殊应用，例如 DSP 音效处理。 其内部 部分 引脚功能如表 33。 表 33 VS1003 部分 引脚功能表 引脚号 管脚名称 管脚功能 6,14,19 IOVDD I/O 电源（典型值： 最大值： ） 38,43,45， 47 APWR 模拟电源（典型值： 最大值： ） 5,7,24,31 CVDD 处理器内核电源（典型值： ： ） 37,40,41,47 AGND 模拟地 3 XRESET 低电平有效 ，异步复位端 8 DREQ 数据请求，输入总线 9 GPIO2/DCLK 通用 I/O2，串行数据总线时钟 10 GPIO3/SDATA 通用 I/O3，串行数据总线数据 13 XDCS/BSYNC 数据片选端 /字节同步 17 和 18 XTALO 、 XTALI 晶振输出和晶振输入 23 XCS 片选输入，低电平有效 28 SCLK 串行总线的时钟 29 和 30 SI 和 SO 串行输入和串行输出 39 和 46 RIGHT 和 LEFT 右声道输出和左声道输出 在设计 VS1003 解码电路时 ，数字地与模拟地 必须相互连接并尽量靠近 VS1003 以避免锁存上拉， 为了能播放 48KHz 采样率的音频文件，输入时钟使用。 具体设计电路如图 37 所示。 VS1003 通过 MISO﹑ MOSI﹑ SCK(SPI 接口 )来接收输入的MP3 数据，经过 VS1003 内置的采样 DAC 转换为音频模拟量，最后通过 Left﹑ Right 和Gbuf 输出。 表 37 VS1003 接口电路 音频放大模块 本次课题设计采用的音频功放芯片是 TDA1308， TDA1308 是 AB 类的数字音频 (CD)专用耳机功放芯片。 低电压、低失真 、高速率、强输出等优异的性能是以往的 TDA282TDA7050、 LM386 等 “经典 ”功放望尘莫及的。 芯片内采用 MOS 管输出，可直接推动低桂林电子科技 大学毕业设计（论文）报告用纸 共 58 页第 8 页 阻抗耳机。 因为封装和功能引脚位与一般的双运放相同，在特定条件下，也能当双运放使用。 在低供电电压条件下，性能比一般的运放要好。 因其封装体积小，低电压低功耗等特点，主要应用在便携式数字音频电路中，如 discman，光驱的耳放电路等。 其引脚配置与功能方框图如图 38。 图 38 TDA1308 引脚配置和功能方框图 在设计音频放大电路模块时，采用了同相放大电路的接法，设计电 路如图 39。 输入信号 电压 +A5V 加到运放的同相输入端 “+”和地之间，输出电压通过 RV1 和 RV2 的分压作用，可得电压增益 Av=1+RV2/RV1，本次设计采用 RV1=RV2，使得电压放大 为原来的两 倍，输出至耳机接口。 图 39 音频放大电路 彩晶显示模块 显示器采用奋斗 STM32 开发板 （ 240*400）， 本次设计的 LCD 触摸屏所采用的控制器为 XPT2046 ,XPT2046 是一种典型的逐次逼近型模数转换器（ SAR ADC），包含了采样 /保持、模数装换、串口数据输出等功能。 芯片内部集成 有一个 的内部参考电压，也可以从外部直接输入参考电压。 其中，接口 采用 MCU 的 FSMC 功 能 ， LCD 片选 CS 采用FSMC_NE1(P88),FSMC_A16(P58)作为 LCD 的 RS 选择， FSMC_nWE1(P86)作为 LCD 的/WR， FSMC_nOE(P85)作为 LCD 的 /RD， LCD 的 RESET 脚用 CPU 的 PE1（ P98）(LCDRST), FSMC_D0 FSMC_D15 和 LCD 的 D1D8 D10D17 相互连接，触摸屏接口采用 SPI1 接口，片选位 PB7SPI1CS3,由于 LCD 背光采用 恒流源芯片 PT4101 控制，采用桂林电子科技 大学毕业设计（论文）报告用纸 共 58 页第 9 页 PWM 控制信号控制背光的明暗， PWM 信号由 PD13LIGHTPWM 来控制，触摸电路的中断申请有 PB6INT 来接收 ，其设计电路如图 310 所示。 图 310 彩晶显示电路 复位模块 复位电路如图 311 所示，当接通电源时，电容 C10 进行充电使得 nRST 为高电平。 按下复位按键后，电容 C10 放电为低电平实现复位功能。 图 311 复位电路 4 FAT 文件系统 FAT 文件系统简介 MP3 文件﹑ BMP﹑ TXT 等文件在 SD 卡中是以 FAT[11]的文件格式存储的， FAT 即文件配置表，本系统采用 FAT16/32。 以 FAT32 为例，其数据信息常分为 5 个部分： MBR。