WIFI無(wú)線數(shù)字音箱設(shè)計(jì)

無(wú)線數(shù)字音箱設(shè)計(jì)摘 要STM32WIFIWIFIWIFIPCMIISWIFI2.4G題，速度和網(wǎng)絡(luò)化能力也不是它們所能比的，而且可以連接多臺(tái)設(shè)備。本設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)過程中還考慮了經(jīng)濟(jì)成本問題，所以可以達(dá)到經(jīng)濟(jì)又可靠的效果。關(guān)鍵詞：無(wú)線音箱；STM32單片機(jī)；音頻編解碼；WIFI傳輸1WirelessSpeakerDesignAbstractSTM32SCMasthecoreprocessor,connecttheWIFIwirelessnetworkSTM32SCMasthecoreprocessor,connecttheWIFIwirelessnetworkadapterthroughitsWIFIjoggle,audiodatafromtheremoteclientaccessWIFIwirelessnetworkcard,theprocessorthensoftdecodingofaudiodata,convertedtoPCMdata,thentheaudiodataplayback.throughIISinterfaceprocessor.Wirelesstransmissionsystemtoavoidclutterequipmentconnection,HomeFurnishingenvironmenteffectsandvisualeffects.ThisdesignusesWIFItransmission,socomparedwithBluetoothand2.4Gwirelessspeaker,thedistanceisnotaproblem,thespeedandthenetworkcapacityisnotwhattheylike,butalsocanconnectmultipledevices.Thedesigninthedesignprocessalsotakesintoaccounttheeconomiccost,soitcanachievetheeconomicandreliableeffect.Keywords:Wirelessspeaker;STM32SCM;audiocodec;WIFItransmission2目 錄第1章緒論 4引言 4研究課題的目的及意義 4國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài) 5主要研究?jī)?nèi)容和預(yù)期目標(biāo) 5課題的主要研究?jī)?nèi)容與設(shè)計(jì)特點(diǎn) 6第2章STM32F217平臺(tái)設(shè)計(jì) 72.1stm32f217簡(jiǎn)介 72.2.1 硬件框圖 92.3.1系統(tǒng)框圖 9電源電路 9串行接口電路 10USB接口電路設(shè)計(jì) 11網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計(jì) 12第3章WIFI無(wú)線設(shè)計(jì) 14WIFI無(wú)線網(wǎng)卡簡(jiǎn)介 14USB接口WIFI網(wǎng)卡設(shè)計(jì) 14WFI驅(qū)動(dòng)代碼設(shè)計(jì)流程圖 15第4章音頻編解碼設(shè)計(jì) 16語(yǔ)音編解碼概述 16語(yǔ)音編解碼器類型 16語(yǔ)音編碼器評(píng)價(jià) 164.3.3音頻編解碼技術(shù)發(fā)展 17音頻處理模塊設(shè)計(jì) 18音頻信號(hào)輸入電路設(shè)計(jì) 18音頻信號(hào)輸出電路設(shè)計(jì) 19SPDIF音頻信號(hào)解碼電路設(shè)計(jì) 20本章小結(jié) 20第5章客戶端音頻發(fā)送軟件 21Libmad簡(jiǎn)介 21MP3無(wú)線播放軟件 22madlld移植 22總結(jié) 26致謝 錯(cuò)誤！未定義書簽。參考文獻(xiàn) 273第1章緒論引言DTSTHX等高端大氣的環(huán)繞音何做才能享受到這美麗的音樂呢？將電腦喇叭大聲一點(diǎn)嗎？讓整個(gè)房間的聲音人們的生活將逐漸脫離線的拘束，人們現(xiàn)在已經(jīng)快要進(jìn)入無(wú)線的時(shí)代。研究課題的目的及意義怎么辦？將電腦喇叭大聲一點(diǎn)嗎？然后讓聲音穿過房間到達(dá)我的耳朵？如此這4般我恐怕會(huì)嚴(yán)重干擾到其人。擺脫連接線或綁定傳輸電纜。國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)自上世紀(jì)90二是以藍(lán)牙A2DP(AdvanceAudioDistribution)，如果是在工作過程中噪音，即當(dāng)有影響輸出質(zhì)量的主要研究?jī)?nèi)容和預(yù)期目標(biāo)字音箱各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)和研究。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在老師的知道下完成的，結(jié)合了大學(xué)所學(xué)的專業(yè)課知識(shí)，完成5課題的主要研究?jī)?nèi)容與設(shè)計(jì)特點(diǎn)本文主要內(nèi)容如下所示：STM32F217處理器平臺(tái)設(shè)計(jì)。音頻編解碼設(shè)計(jì)客戶端音頻發(fā)送軟件設(shè)計(jì)嵌入式軟件設(shè)計(jì)無(wú)線數(shù)據(jù)通訊實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)以STM32WIFI接口連接WIFI從WIFI無(wú)線網(wǎng)卡獲取遠(yuǎn)程客戶端的音頻數(shù)據(jù)，然后處理器對(duì)音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行軟解PCMIIS2.4G6第2章STM32F217平臺(tái)設(shè)計(jì)stm32f217簡(jiǎn)介2010113090stm32f2該芯片具有如下特點(diǎn)：超快的運(yùn)行速度：120MHz150DMIPS,；Cotex-M3芯片在實(shí)時(shí)閃存加速器的存在下能以超高的速率無(wú)需等待的運(yùn)行Cotex-M3的性能得到了最大程度的發(fā)揮。更多的存儲(chǔ)空間：1M字節(jié)的片上閃存；128KSRAM；FSMC的超高速存儲(chǔ)器接口可以添加多種外設(shè)以及外存儲(chǔ)器。更低的動(dòng)態(tài)功耗：1）188μA/MHz120MHz22.5毫安。90CPU1.2V些都降低了芯片的動(dòng)態(tài)功耗。在備份SRAM工作時(shí)，電流是小于1mA的，在電池供電RTC1mA2mA的。VDD1.65伏，也都是動(dòng)態(tài)功耗低的原因。更多靈活創(chuàng)新的高性能外設(shè)：USBOTG；支持視頻傳感器接口；760MHz加密/哈希處理器真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器更高速度的通信接口7）312ADC2M/秒60MHzGPIO更加高效的快速DMA32RTC映射。更高的集成度：SRAMSTM32F217芯片作為核心板處理器。STM32F217電路如圖所示圖2.1STM32F217電路圖8系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)硬件框圖FLASHFLASHI2SL電源STM32F217DAC功放音箱USB接口RWIFI網(wǎng)卡2.3.1系統(tǒng)框圖WIFI音箱1WIFIWIFI音箱1WIFI音箱2WIFI音箱nWIFIWIFI網(wǎng)絡(luò)Mp3/音頻無(wú)線播放器電源電路電源在電子產(chǎn)品中有這舉足輕重的地位,電源的穩(wěn)定性對(duì)系統(tǒng)的正常工作有9著非常緊要的作用。本系統(tǒng)中微控制器STM32F217采用+3.3V電源電壓供電,而通用引腳、各內(nèi)置外設(shè)及系統(tǒng)總線均為3.3V邏輯,所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)盡可能選取3.3伏邏輯的器件,但還有少數(shù)器件需要+5V電源供電,如USB接口均需用到+5V電壓。系統(tǒng)中各路電壓的輸出電流都不大(小于500mA),本文使用了AMS1117電源+3.3V和+1.8VSTO-223和AMS1117-3.3。AMS1117-1.8輸入電源電壓范圍是從3.3V-12VAMS1117-3.3輸入電源電壓范圍是4.75V-12V。電源電路如下圖所示：圖2.2電源電路串行接口電路RS-232接口是一個(gè)廣泛使用的串行接口，稱為串行通信標(biāo)準(zhǔn)低速率，它的最遠(yuǎn)傳輸距離可以達(dá)到15m，最快的傳輸速率可達(dá)20kbit/s。RS-232接口采用的是10負(fù)邏輯,在TXD和RXD數(shù)據(jù)線上采用-3V--15V表示邏輯1,采用+3V-+15V來(lái)表示邏輯0,RTS,CTS,DSR,DCDDTR等控制線上分別用+3V-+15V表示信號(hào)有效,采用-3V--15V表示信號(hào)無(wú)效。然而STM32F127的串口電位表現(xiàn)與RS-232的電位表現(xiàn)完全相反,RTS、CTS為負(fù)邏輯,TXD、RXD為正邏輯,它們采用的都是的3.3VDETTL電平。所以需要采用一個(gè)特殊的集成電路來(lái)進(jìn)行電平的轉(zhuǎn)換。綜合考慮決定采用MAX3232作為系統(tǒng)的串口模塊系統(tǒng)，它是+3.3V工作電壓，用來(lái)負(fù)責(zé)系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)串口電平之間的轉(zhuǎn)換。串行接口電路所起的作用主要是發(fā)送主控模塊軟件設(shè)計(jì)的各種調(diào)試信息。串行接口電路如圖所示：圖2.3串行接口電路USB接口電路設(shè)計(jì)USBUSBUniversalSerialBus，它具USBUSB11120kb/s,USBUSBUSBUSBPCUSBUSBUSBPCUSBUSBDMA(器存取)模式。與正常模式相比，DMAUSBDMA象CCD數(shù)字?jǐn)z像機(jī)USB接口這樣的需要工作在DMA模式下的設(shè)計(jì)開發(fā)。USB接口電路如圖所示：USB接口電路如圖所示：圖2.4USB接口電路網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計(jì)STM32F217芯片本身內(nèi)置了一個(gè)10/100M以太網(wǎng)MAC控制器件和接收和發(fā)送均為256字節(jié)的FIFO棧和專用的DMA通道,硬件是OSI網(wǎng)絡(luò)參考模型中數(shù)據(jù)鏈路層和物12理層中的介質(zhì)層，有很重要的作用。因?yàn)镾TM32F217內(nèi)部只有以太網(wǎng)MAC控制卻沒有物理層的接口，所以要實(shí)現(xiàn)接入以太網(wǎng)就需要外接物理層傳輸控制器。用DM9161E器件可以很方便的和STM32F217網(wǎng)絡(luò)控制器通過獨(dú)立于介質(zhì)的接口(MII)或者精簡(jiǎn)的獨(dú)立于介質(zhì)的接口(RMII)連接。網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器連接DM916和RJ45接口，它的作用有：阻抗匹配、波形修復(fù)、信號(hào)傳輸、雜波抑制等，可以有效的保護(hù)系統(tǒng)的安全。圖2.5網(wǎng)絡(luò)接口電路圖13第3章WIFI無(wú)線設(shè)計(jì)WIFI無(wú)線網(wǎng)卡簡(jiǎn)介WIFIRT3070USBSTM32WIFI無(wú)線網(wǎng)卡具有如下特點(diǎn)：能夠兼容IEEE802.11b/g/n150Mbps,USB2.0LNA距離,保證穩(wěn)定運(yùn)行。64128152WEP支持多種多媒體功能，如QQS-802.11E,WI-FI輸比較遠(yuǎn)的距離。USBWIFI網(wǎng)卡設(shè)計(jì)USBUniversalSerialBus，它具有很多的優(yōu)點(diǎn)，如安裝簡(jiǎn)單、快速、并且可以隨意拔插等等特點(diǎn)，所以很多工程師USBUSBUSBUniversalSerialBus，它具有很多的優(yōu)點(diǎn)，如安裝簡(jiǎn)單、快速、并且可以隨意拔插等等特點(diǎn)，所以很多工程師USBUSB120kb/s,USB的最高傳輸速度有12Mb/s。由于傳輸速率快這個(gè)特點(diǎn)，使得它可以傳輸很大的USBUSBUSBPCUSB14USBUSBPC機(jī)上有這許多的應(yīng)用，如音頻系統(tǒng)、顯示器、數(shù)碼攝像機(jī)、鍵盤等?，F(xiàn)在很多的機(jī)上有這許多的應(yīng)用，如音頻系統(tǒng)、顯示器、數(shù)碼攝像機(jī)、鍵盤等?，F(xiàn)在很多的USB是用RT3070USB無(wú)線網(wǎng)卡，USB接口電路圖如下圖所示：WFI驅(qū)動(dòng)代碼設(shè)計(jì)流程圖USBUSB接口初始化WIFI網(wǎng)卡枚舉控制傳輸配置網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)建立socket連接進(jìn)行正常音頻數(shù)據(jù)傳輸15第4章音頻編解碼設(shè)計(jì)語(yǔ)音編解碼概述脈沖編碼調(diào)制）特?cái)?shù)（框架。這中方法會(huì)在語(yǔ)音鏈路上發(fā)生錯(cuò)誤，還會(huì)傳送數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生魯棒性語(yǔ)音幀是這樣轉(zhuǎn)換的：在接收端先被解碼為語(yǔ)音的樣值，然后再轉(zhuǎn)換成波形。語(yǔ)音編解碼器類型波形編碼器16kb/s樣品質(zhì)量非常的高。聲碼器混合編碼器率十分低的情況下才能工作。它所采用的是合成分析技術(shù)。語(yǔ)音編碼器評(píng)價(jià)幀大小：一個(gè)測(cè)量時(shí)間的語(yǔ)音流量的長(zhǎng)度，也被稱為幀延遲。幀是語(yǔ)音信號(hào)16的一個(gè)獨(dú)立的部分，每個(gè)框架都是基于語(yǔ)音樣本更新。在本章的編解碼器，提出了一個(gè)框架，處理。每一幀信息轉(zhuǎn)化為語(yǔ)音數(shù)據(jù)包，并發(fā)送給接收端。 為入幀時(shí)延。處理時(shí)延也稱為算法時(shí)延。幀長(zhǎng)度:幀長(zhǎng)度是用來(lái)表現(xiàn)經(jīng)過處理的字節(jié)數(shù)。4.3.3音頻編解碼技術(shù)發(fā)展將從中獲得很大的便利。我們關(guān)注結(jié)構(gòu)化音頻的最重要的原因是結(jié)構(gòu)化音頻指明了以后信息編碼發(fā)展的基本方向：即以實(shí)物對(duì)象為基礎(chǔ)（通過標(biāo)準(zhǔn)的描述語(yǔ)言去描述信息，而不是基于樣本數(shù)據(jù)。目標(biāo)代碼將成為基于MPEG-7標(biāo)準(zhǔn)的模式，介紹了在七月200120017信在未來(lái)的媒體信息編碼中，都是一實(shí)物對(duì)象為基礎(chǔ)的。GB我國(guó)的許多機(jī)構(gòu)、企業(yè)都在積極的研發(fā)自己的語(yǔ)音編碼技術(shù)。AVS100（數(shù)字音視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的工作組17音頻處理模塊設(shè)計(jì)音頻信號(hào)輸入電路設(shè)計(jì)這次設(shè)計(jì)我采用的是雙路低噪聲音頻運(yùn)算放大器TI公司的一NE55321458圖3.1音頻信號(hào)輸入電路音頻輸入電路如上圖所示,電路中采用了8引腳封裝芯片NE5532A,該芯片內(nèi)部集成了2片運(yùn)算放大器,分別用作左右聲道信號(hào)放大。從圖中可知,NE5532A源電壓是士5V,CJ405CJ406用作低頻濾波,電容C403C404由于該放大器電路的電壓特性是串聯(lián)負(fù)反饋電路,因此它輸出電阻非常的高。因?yàn)樗鼈兊倪\(yùn)放相同,所以它們的共模輸出電壓和漂移電壓也都相等,當(dāng)輸出漂移電壓比較小而且共模抑制能力特別強(qiáng)時(shí),該電路的差模電壓增益較高。18音頻信號(hào)輸出電路設(shè)計(jì)TINE5532。圖3.2音頻信號(hào)輸出電路音頻輸出電路如上圖所示,電路中8引腳封裝芯片NE5532A內(nèi)部集成的2片運(yùn)算放靜音保護(hù)電路,電路中MC14066B是一個(gè)四路模擬開關(guān)芯片,當(dāng)CA、CB、CC、CD為1時(shí),SA1\SA2、SB1\SB2、SC1\SC2、SD1\SD2接通,反之則斷開。圖中引腳與DA轉(zhuǎn)換芯片CS4382相連,當(dāng)MUTEC1=1時(shí),NE5532A片運(yùn)算放大器同向端輸OUT1+、OUT1-差值為0,輸出靜音;當(dāng)MUTEC1=0時(shí),信號(hào)正常輸出,電路中由于R615電阻值遠(yuǎn)大于R613和R614,使得運(yùn)放增益近似為1,相當(dāng)于電壓跟隨器1:1輸出信號(hào)。19SPDIF音頻信號(hào)解碼電路設(shè)計(jì)圖3.3SPDIF音頻信號(hào)解碼電路圖上圖中8路輸入信號(hào)至使用了RXP7作為輸入,其余7路均接地處理。SPD_MISO/SDA、SPD_CLK、DSP_REST、CS8416_CS連接到STM32F217,采用 通訊, 的讀寫地址是0010AD[2:0][R/W],其中AD[2:0]圖中所示為101,因此CS8416的讀寫地址分別是0x2B和0x2A。本章小結(jié)SPDIF20第5章客戶端音頻發(fā)送軟件Libmad簡(jiǎn)介L(zhǎng)IBMAD的英文全稱是MPEGAudioDecoder，它的質(zhì)量非常之高。LIBMAD目前支多種格式的解碼。MAD具有如下特性：●24位的PCM輸出精度高；100%使用定點(diǎn)運(yùn)算；ISO/IEC標(biāo)準(zhǔn)；●支持GNUGPL協(xié)議。MAD是使用C語(yǔ)言來(lái)編寫的，他內(nèi)部可以根據(jù)不同的平臺(tái)使用多種匯編來(lái)加快IMDCTMP3MAD提供的API現(xiàn)在我們來(lái)分析一下libmad中的一些重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，他們都被定義在mad.h文件中。21MP3無(wú)線播放軟件madlld移植解壓源碼包內(nèi)madlld-1.1p1.tar，把里面madlld.c加入到工程并設(shè)置好包含路（bstdfile.c是對(duì)文件系統(tǒng)的再一次封裝，我們這里直接使用fatfs函數(shù)，所以不使用bstdfile.c）我們先來(lái)看看madlld.c里面main了解下大致流程：22main函數(shù)是一種典型的帶操作系統(tǒng)的主函數(shù)格式，它里面包含參數(shù)個(gè)數(shù)和各個(gè)參數(shù)的內(nèi)容，MpegAudioDecoder函數(shù)內(nèi)部完成解碼的全部?jī)?nèi)容，它從標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備（stdin）讀入數(shù)據(jù)，解碼完后把結(jié)果存入標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備，如果產(chǎn)生錯(cuò)誤則錯(cuò)誤被寫入到標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤輸出。接下來(lái)，文件包含我們要做如下修改：16bit動(dòng)作是在下面代碼完成的：23代碼中的*(OutputPtr++)=Sample>>8;*(OutputPtr++)=Sample&0xff;是按照大端格式存放數(shù)據(jù)，我們需要的是小端格式的數(shù)據(jù)，因?yàn)槲覀兌xOutputBuffershor*(OutputPtr++)=Sample;if(MAD_NCHANNELS(&Frame.header)==2)Sample=MadFixedToSshort(Synth.pcm.samples[1][i]);*(OutputPtr++)=Sample;最終的PCMDMA，通過IIS接口傳給外部DAPCM1770IIS和PCM1770最后，我們把madlld.c中的main函數(shù)修改成下面形式，在主函數(shù)中進(jìn)行調(diào)用，24DA芯片和IIS在SD卡的根目錄下放上一首歌曲，就可以看libmad（SD擇小于4G的，測(cè)試歌曲最好選擇碼率128Kbps以