《基于單片機(jī)的音樂播放器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》8400字（論文）

基于單片機(jī)的音樂播放器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)內(nèi)容提要近些年，全球的信息化進(jìn)程大幅加速，數(shù)碼時(shí)代悄悄來臨，電腦技術(shù)的飛速發(fā)展導(dǎo)致了電子產(chǎn)品的更新，同時(shí)，因特網(wǎng)的頻寬和用戶對(duì)數(shù)字娛樂的要求，也讓多媒體和其他設(shè)備的發(fā)展迅猛。融合MP3優(yōu)勢(shì)和MP3特性的消費(fèi)類電子設(shè)備正日益成為消費(fèi)者關(guān)注的焦點(diǎn)。人民的生活水準(zhǔn)日益增長(zhǎng)和嵌入式技術(shù)的發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)音樂的關(guān)注也跟隨著改變。目前的同類型的設(shè)備功能單一，用戶體驗(yàn)較差差，價(jià)格較為低廉，因此，開發(fā)并發(fā)展具有良好功能的用戶界面，并能實(shí)現(xiàn)FLAC無損的解碼、多功能的MP3播放器。不僅有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，而且還有很大的應(yīng)用空間。在智能家庭和其它的智能聲音互動(dòng)裝置中，MP3播放機(jī)可以用來播放音頻或語音。本文所研制的音樂播放器，采用STM32F103ZET6為主要控制單元，以可充式的鋰離子電池為主要供電方式，選擇合適降壓模塊，為各個(gè)模塊提供電壓。VS1053用于MP3的音質(zhì)譯碼，并利用觸控屏幕來控制播放/暫停、切換、音量大小等。MP3播放機(jī)的音頻文件儲(chǔ)存在MicroSD卡中，要將FATFS文件植入到SD卡中，然后用FATFS文件系統(tǒng)進(jìn)行管理，將音樂的播放信息放在TFTLCD上進(jìn)行即時(shí)的顯示，從而使MP3播放機(jī)的全部功能得以發(fā)揮。最后，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了綜合檢測(cè)。經(jīng)試驗(yàn)，該控制方案的各項(xiàng)性能指標(biāo)都滿足了設(shè)計(jì)的預(yù)期要求。具有較強(qiáng)的移植能力和較高的可用性，能夠滿足用戶需求。關(guān)鍵詞STM32觸摸屏MP3播放器VS1053模塊目錄TOC\o"1-3"\h\u內(nèi)容提要 I第一章緒論 11.1研究背景及意義 11.2研究現(xiàn)狀分析 11.3論文結(jié)構(gòu) 2第二章系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)與關(guān)鍵技術(shù) 32.1功能分析 32.2系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 32.3音頻編解碼 32.4本章小結(jié) 4第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 53.1控制核心 53.2觸摸顯示屏 63.3音頻編解碼 73.4SD卡硬件電路 83.5電源設(shè)計(jì) 93.6本章小結(jié) 9第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 114.1整體框架 114.2SD卡文件操作的實(shí)現(xiàn) 124.3VS1053解碼驅(qū)動(dòng)程序 134.4TFTLCD驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) 14第五章系統(tǒng)測(cè)試 165.1電源電路測(cè)試 165.2程序下載電路測(cè)試 165.3音頻播放功能測(cè)試 165.4本章小結(jié) 17第六章總結(jié)與展望 18參考文獻(xiàn) 19第一章緒論1.1研究背景及意義近些年，電腦技術(shù)和數(shù)碼音樂的蓬勃發(fā)展使得更多喜歡聽歌的人開始使用電腦上的多種播放設(shè)備，享受到更多的歌曲。音樂播放機(jī)是一款能夠播放各類音樂的播放機(jī)，包括MP3、WMA、MP4等多種形式的播放機(jī)。該系統(tǒng)具有良好的人機(jī)交互性能，易于使用，能很好地適應(yīng)普通使用者對(duì)音樂的鑒賞要求。盡管目前市面上的主流音樂播放器都能為廣大群眾帶來很好的服務(wù)，但它們的缺點(diǎn)主要有：大部分都是在電腦上，它們的應(yīng)用都離不開電腦，使用者需要熟練使用計(jì)算機(jī)技術(shù)；大部分的播放器都是用有損壞的音頻文件進(jìn)行壓縮，與非破壞性的音樂檔案相比，它們的音樂質(zhì)量有很大的差別。QQ音樂是由騰訊開發(fā)的一款免費(fèi)的音樂播放設(shè)備，它能夠?yàn)閺V大的使用者提供便捷的在線播放、優(yōu)質(zhì)的音樂資源等功能。已經(jīng)是目前流行的流行音樂應(yīng)用程序。盡管這個(gè)應(yīng)用程序都具有很好的性能，能夠?yàn)閺V大的聽眾提供良好的在線收聽服務(wù)，但是它的缺點(diǎn)也很突出：大多數(shù)的音樂檔案都是通過互聯(lián)網(wǎng)來下載的；優(yōu)質(zhì)的歌曲通過付費(fèi)獲取，質(zhì)量差，使得一般的使用者難以得到高質(zhì)量的音樂[1]。傳統(tǒng)的以微控制器為核心的播放機(jī)可以實(shí)現(xiàn)多種形式的音樂文件的功能，在人們的日常工作中得到了越來越多的使用。在大學(xué)校園里，有很多的播放機(jī)，比如上課鈴聲，早起鈴聲，中午廣播等都可以變成好聽的音樂。它技術(shù)成熟，性價(jià)比高，但是也有著功能簡(jiǎn)單，硬件利用率低等問題。在單片微型計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上，采用單片微型計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)音樂播放，是目前單片微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的研究之一。MP3播放機(jī)是一種微型的數(shù)碼音頻裝置，其功能是將MP3文件存儲(chǔ)、解碼、播放。這款產(chǎn)品讓原本只能在電腦上播放的歌曲，現(xiàn)在可以隨身攜帶，隨時(shí)隨地收聽。MP3盡管是一種低頻的音效，但是它能很好地保留原有小型鐳射盤的音效，音質(zhì)好，容量小。自從2010之后，智能電話就進(jìn)入到了我們的生活中，隨著智能電話的普及，很多用戶都會(huì)選擇使用專門的播放器來聽歌。盡管MP3已經(jīng)從一個(gè)獨(dú)立的產(chǎn)品中銷聲匿跡，但隨著社會(huì)的發(fā)展，尤其是對(duì)5G技術(shù)的不斷深入，通信和傳播的速度都大大提高，人類將步入一個(gè)任何物品可以互聯(lián)的世紀(jì)，也就是“互聯(lián)網(wǎng)”。在互聯(lián)網(wǎng)的今天，人們對(duì)各種智能裝置的需求越來越大，尤其是語音的交流，這就是語音的傳播。采用單片微型計(jì)算機(jī)開發(fā)MP3播放器，可以很容易地將MP3播放器植入其它器件中，為各個(gè)行業(yè)提供了一種新的應(yīng)用。1.2研究現(xiàn)狀分析當(dāng)前，在移動(dòng)MP3的應(yīng)用中，存在著以下的方案：采用美國(guó)ATMELAT89C51SND1C為核心,SAMSUNG公司Flash卡K9F5608為外存儲(chǔ)器，用于將待播放的音樂進(jìn)行儲(chǔ)存[2]。在AT89C51原有的功能上，添加了MP3解碼、IC/PCM的音頻輸出、USB1.1控制模塊等多種接口。由于AT89C51SNDIC只支援USB1.1技術(shù)規(guī)格，因此其讀取/寫入速度比USB2.0要低。AT89C51SND1C它的運(yùn)算速度和外部設(shè)備都是有限制的，所以在緩存過程中會(huì)出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象，造成播放機(jī)的音頻不連貫，很難再進(jìn)行新的功能擴(kuò)充，而且它的性能比較簡(jiǎn)單。采用NXP的ARM7的LPC2148與MP3解碼器進(jìn)行SD卡中的音頻文件的譯碼[3]。本方法不僅價(jià)格低廉，而且在音頻質(zhì)量上也取得了很好的效果，但是它并沒有實(shí)現(xiàn)非破壞性的譯碼，使用一般的LCD屏幕也有一些缺點(diǎn)。采用Linux作為嵌入式系統(tǒng)，S3C2440作為核心處理器[4]。構(gòu)造一個(gè)聲頻播放裝置7。這個(gè)方法利用madplay來對(duì)聲音檔案進(jìn)行軟件譯碼。該體系結(jié)構(gòu)能夠?qū)Ω鞣N聲音進(jìn)行譯碼，在進(jìn)行軟件譯碼的同時(shí)對(duì)存儲(chǔ)容量要求很高，為了確保譯碼的實(shí)時(shí)性這就需要較快的處理速度，但是會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品生產(chǎn)費(fèi)用較高。鑒于當(dāng)前MP3播放機(jī)的發(fā)展方向，目前的MP3播放方案功能單一、用戶體驗(yàn)差、價(jià)格低廉等問題，本論文著重從改善音質(zhì)、優(yōu)化用戶體驗(yàn)、提高用戶體驗(yàn)等方面進(jìn)行了深入的討論。1.3論文各章節(jié)安排按照本課題要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，做出以下安排：第一章：緒論。闡述本文的各種現(xiàn)有技術(shù)背景，明確提出MP3的重要性，并對(duì)現(xiàn)有國(guó)內(nèi)國(guó)外技術(shù)的研究進(jìn)展、技術(shù)狀況做出詳細(xì)分析，并進(jìn)行對(duì)比，給出了全文的主要工作和章節(jié)的編排。第二章:整體結(jié)構(gòu)。首先論述了系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)，然后比較分析了不同的音頻譯碼方式。第三章:系統(tǒng)的硬件。本章對(duì)各模塊電路做了更深層次的分析，尤其對(duì)觸摸顯示屏、音頻解碼電路、存儲(chǔ)電路、供電電路做出了深入的研究。第四章:系統(tǒng)的軟體的開發(fā)。本章對(duì)系統(tǒng)的工作結(jié)構(gòu)進(jìn)行了較為詳盡的描述，著重于外圍內(nèi)存驅(qū)動(dòng)，音頻解碼驅(qū)動(dòng)。第五章:系統(tǒng)測(cè)試。對(duì)其硬件和各個(gè)應(yīng)用程序的功能進(jìn)行了檢測(cè)，并對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。第六章:結(jié)論與前景。對(duì)本文研究的進(jìn)展和結(jié)果進(jìn)行綜合的概括，并提出本次研究的不足。第二章系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)與整體設(shè)計(jì)2.1功能分析本次設(shè)計(jì)選用STM32F103ZET6對(duì)MP3播放器整體進(jìn)行控制,MP3播放機(jī)的音頻文件存儲(chǔ)在MicroSD卡中，存儲(chǔ)卡中的文件被語音編解碼模塊讀取并解碼，最后播放出來，同時(shí)觸摸控制屏來實(shí)現(xiàn)音樂的開始和停止、更換歌曲、調(diào)節(jié)聲音高低等功能，顯示屏即時(shí)顯示出音樂的播放信息，從而使MP3播放機(jī)的全部功能得以發(fā)揮。2.2系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)MP3是一種帶有微型特殊功能的內(nèi)置裝置，包括SD卡，顯示器（LCD)，微控制器以及音頻信號(hào)譯碼器等。MP3播放器系統(tǒng)整體框圖如圖2-1：圖2-1MP3播放器系統(tǒng)模塊框圖該設(shè)計(jì)方案主要由STM32F103ZET6芯片作為主處理器，利用FATFS文件系統(tǒng)對(duì)SD卡內(nèi)MP3的音樂進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，微控制單元將存儲(chǔ)卡內(nèi)的音樂數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭纛l解碼芯片中，音頻解碼芯片不僅具備解碼的功能，還有DAC電路和耳機(jī)驅(qū)動(dòng)線路，達(dá)到音樂播放效果的高品質(zhì)和立體性。采用2.8英寸TFT液晶顯示屏來顯示播放的內(nèi)容，它不僅可以通過按鍵控制MP3播放機(jī)，還可以通過觸摸屏來控制播放速度、播放進(jìn)度、播放歌曲、播放/暫停等功能。2.3音頻編解碼當(dāng)前，解碼方式主要有兩種：一種是利用嵌入式系統(tǒng)的軟解碼，將MP3進(jìn)行解析實(shí)現(xiàn)播放，另一種則是選擇專用的音頻解碼芯片和外部設(shè)備，由主處理器來完成解碼。第一種方法：主要是利用Libmad解碼，但是算法復(fù)雜，目前的研究主要集中在優(yōu)化解碼算法，通過優(yōu)化C代碼、匯編代碼，降低運(yùn)算量來減小系統(tǒng)功耗[5]。不過，這對(duì)處理器的計(jì)算量很大，而且ARM7在解碼MP3的時(shí)候，處理速度并不快，而且還需要一個(gè)DAC來完成。第二種方法：現(xiàn)在，有的聲音解碼芯片已經(jīng)具備一些較好的特點(diǎn),具有多種多樣的聲音的調(diào)節(jié)功能,能夠支持較多格式的歌曲文本。選擇這個(gè)方案能夠有效降低解碼過程對(duì)主控制器的站占，使播放聲音暢通，也有利于新功能的擴(kuò)充[5]。所以，本文選用第二種方法。MP3的解碼器有VS100X和STA01X兩類,VS系列具備DAC的功能，可以實(shí)現(xiàn)各種譯碼，而STA由于需要添加DAC，所以比較麻煩。對(duì)比后，本方案選用VS1053，它可以支持MP3,WMA,WAV,MIDI,DAC等多種格式。此外，還可以調(diào)整音量、高、低等，最關(guān)鍵的是，還具備MIC的特性，必要時(shí)可以進(jìn)行錄制。這個(gè)特性可以在未來的擴(kuò)充中使用。2.4本章小結(jié)本文通過對(duì)目前常用的兩種音頻解碼方式進(jìn)行了簡(jiǎn)單比較，并從需求方面進(jìn)行了分析。其工作重點(diǎn)是：1.經(jīng)分析比較發(fā)現(xiàn)，采用的硬件譯碼方法具有高性能、音質(zhì)高、功.耗低等優(yōu)點(diǎn)，譯碼時(shí)對(duì)CPU的占用少，播放的音質(zhì)順暢，便于系統(tǒng)的應(yīng)用程序多元化，因此本文采用了一種硬件譯碼方法。2.基于對(duì)觸摸屏MP3的要求進(jìn)行了詳細(xì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由STM32最小系統(tǒng)、觸摸顯示屏、音頻解碼、存儲(chǔ)、供電五大模塊組成，具體的硬件和軟件的設(shè)計(jì)和實(shí)施方法將在接下來的兩章中具體介紹。第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1控制單元STM32是一款32比特的處理器，原理圖如下圖，具有高性能和低功耗特性，它在Cortex-M3核心上做了一定的架構(gòu)上的改善。STM32系列的性能得到加強(qiáng)，編碼的密集程度提高，使其在性能上的中斷響應(yīng)速度顯著降低，在相同的環(huán)境下，它的功耗也是最小的。同時(shí)還提供了一套豐富的外部設(shè)備，使其在實(shí)際使用方面更加靈活。STM32系列產(chǎn)品因其獨(dú)特的市場(chǎng)地位和技術(shù)的領(lǐng)先地位而受各大廠家的喜愛，適用于工業(yè)、醫(yī)療、生活等許多不同領(lǐng)域。此次設(shè)計(jì)的單片機(jī)采用了意大利晶圓ST公司STM103ZET632比特的單片機(jī)為主要控制器。選擇這款芯片并不是因?yàn)樗麅r(jià)格低廉，而是因?yàn)樗贔1系列中的接口非常多，而且它的性能非常好，可以在以后將MP3內(nèi)置到其它的產(chǎn)品中，這樣可以增強(qiáng)產(chǎn)品的通用性和擴(kuò)展能力，STM32F103ZET6的CPU速率為72MHZ，內(nèi)存容量為1MB，該軟件包括電機(jī)控制周邊設(shè)備，CAN與USB的全速度通訊，能很好地適應(yīng)該系統(tǒng)的需要。圖3-1STM32F103ZET6原理圖3.2觸摸顯示屏STM32F103沒有任何的觸摸屏幕控制器，不過，這款產(chǎn)品能夠外接使用一個(gè)帶有觸摸屏幕的LCD組件，例如ALIENTEKTFTLCD組件，從而能實(shí)現(xiàn)觸摸屏控制。目前手機(jī)上最常用兩種類型的觸控屏:電阻型和電容型。電容式顯示屏由人體的感應(yīng)器來檢測(cè)觸點(diǎn),一般應(yīng)用在智能手機(jī)、筆記本上,只需輕觸即可完成,但成本較高,精度較低,抗干擾性較差;電阻式則是運(yùn)用壓力傳感技術(shù)對(duì)觸點(diǎn)加以感應(yīng),要求使用直接的應(yīng)力觸點(diǎn),并使用電阻儀定位觸點(diǎn),價(jià)格適中,定位精度高,工作穩(wěn)定。因?yàn)檫@種觸摸屏只能完成音樂的播放和轉(zhuǎn)換，所以它的功能并不多，精度也不高，所以本文采用的是電阻型屏幕。在實(shí)際使用中，通過專用的控制芯片來完成對(duì)電阻型的觸控。該系統(tǒng)采用2.8英寸的LCD觸摸屏，具有320x240的清晰度，具有16位真彩色顯示功能，并擴(kuò)展了四行觸摸屏控制系統(tǒng)XPT2046。由于電阻器的構(gòu)造，在按壓觸摸屏幕時(shí)，接觸點(diǎn)的X和Y方向的電壓發(fā)生了改變。XPT2046將接觸的電壓經(jīng)過二次數(shù)模轉(zhuǎn)換和相對(duì)應(yīng)的運(yùn)算，來獲得觸碰位置的坐標(biāo)。2.8英寸的彩屏界面顯示在圖3-2中。在3-3中顯示了該組件的外部視圖。圖3-2TFTLCD原理圖圖3-3TFTLCD模塊外觀圖3.3音頻編解碼通過對(duì)兩種解碼方法的對(duì)比，選用硬件解碼方法。VS1053是一款獨(dú)立芯片，它除了對(duì)MP3等傳統(tǒng)的音樂格式解碼外，還加入了FLAC的無傷害解碼，具有功能強(qiáng)、速度快、節(jié)能等特性。利用VS1053來分析從SD卡中讀出的MP3的聲音資料，然后經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換后，最后播放出音樂。它和核心控制器之間是串行通信，利用SPI總線來實(shí)現(xiàn)這一通信。原理圖如下圖3-4，VS1053接收來自STM32F103的指令及MP3的數(shù)據(jù)，是通過采用串行命令接口和串行數(shù)據(jù)的接口，通過該引腳的狀態(tài)來判斷處在傳送狀態(tài)的接口，通過一些特殊寫入的寄存器來達(dá)到這個(gè)功能的。圖3-4VS1053原理圖圖3.5VS1053模塊3.4SD卡硬件電路許多微處理器都要求大量的存貯器來儲(chǔ)存資料?，F(xiàn)在最常見的有U盤、FLASH、SD卡等.各有千秋，經(jīng)過對(duì)比，SD卡是最好的，它更適用于單片機(jī)系統(tǒng)，因?yàn)镾D芯片具有很大的存儲(chǔ)能力，可以提供SPI/SDIO的功能，并且具有各種大?。⊿D卡和TF卡），可以適應(yīng)各種應(yīng)用需求。該方案選用了SanDisk公司開發(fā)的一種新的閃存芯片，目前最大存儲(chǔ)容量達(dá)到128GB，因此在實(shí)際使用中，存儲(chǔ)容量大，數(shù)據(jù)讀寫速率高，體積小，安全性好。STM32F103ZET6內(nèi)置SDIO外部接口，SDIO接口可以對(duì)各種存儲(chǔ)器件進(jìn)行擴(kuò)充，例如SD卡、MMC卡等。SD卡是一種能夠確保數(shù)據(jù)的安全傳輸、便于再格式的卡，其操作簡(jiǎn)便、靈活。SD卡可用于兩種工作接口：安全數(shù)字輸入輸出接口和串行外設(shè)接口[6]。本設(shè)計(jì)選用第一種。圖3-6是它的原理圖。SD卡能夠根據(jù)指令執(zhí)行多個(gè)區(qū)塊或單一區(qū)塊的讀取與寫入。下發(fā)指令操作SD卡進(jìn)行讀寫。它的主要引腳及功能：CLK：時(shí)鐘信號(hào)，在一個(gè)時(shí)鐘循環(huán)中傳送一個(gè)指示或一個(gè)數(shù)據(jù)位，頻率從0到25MHz不等，但是存儲(chǔ)卡的總線管理可以隨意地生成0到25MHz的范圍。CMD：雙向指令和回復(fù)線，指令是從主機(jī)到存儲(chǔ)卡，對(duì)之前指令的回答可以是單卡也可以是一切卡。圖3-6SD卡原理圖3.5電源設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中為保證每一模塊的電壓都要滿足要求：首先每個(gè)端口的電壓要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)；其次，選用的電源它要有足夠的電能來驅(qū)動(dòng)工作設(shè)備，尤其是電流，并保證輸出的電壓準(zhǔn)確度。針對(duì)特定的應(yīng)用，選用不一樣的電壓，確保整個(gè)電路長(zhǎng)期工作的安全與穩(wěn)定。因?yàn)殇囯姵鼐哂斜姸鄡?yōu)點(diǎn)，比如便捷、輕巧、綠色等等，更重要的一點(diǎn)是它還方便人們出行攜帶而且還不占用太大的空間[7]。所以整個(gè)系統(tǒng)的電源選擇12V鋰電池。圖3-7LM2596S原理圖各個(gè)模塊的供電電壓所需不同，STM32、液晶顯示屏、SD卡供電電壓是3.3V，VS1053是5V，要實(shí)現(xiàn)不同的供電電壓，選擇LM2596SDC-DC可調(diào)降壓模塊，該模塊的輸出電流是3A，線性及負(fù)載調(diào)節(jié)特性較好。LM2596SDC-DC的輸出版本有3.3V、5V、12V三種。本設(shè)計(jì)選用2個(gè)LM2596S，其具體的電路原理圖如圖3-7所示。其中，一個(gè)LM2596S的VOUT的輸出電壓為5V,另一個(gè)LM2596S的VOUT的輸出電壓為3.3V。3.6本章小結(jié)根據(jù)第二章介紹的體系結(jié)構(gòu)，對(duì)各個(gè)模塊的主芯片選擇及電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行了較為詳盡的闡述，給出了以STM32為核心的MP3播放機(jī)的硬件部分，為下一步的開發(fā)提供了一個(gè)硬件支持。具體工作如下：采用增強(qiáng)的STM32F103ZET6為核心，具有高性能、低功耗的特點(diǎn)，并具有大量的外部設(shè)備，可以對(duì)其他元件進(jìn)行有效的控制支持；為了使系統(tǒng)各項(xiàng)性能達(dá)到所需，而且同時(shí)還滿足系統(tǒng)的成本盡可能低，確定合適的顯示屏、音頻解碼/編碼、SD卡的選型。供電電源選擇為鋰電池，要達(dá)到不同模塊的供電所需，外加兩個(gè)降壓模塊，確保系統(tǒng)工作的安全和穩(wěn)定性。第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1整體框架在軟件開發(fā)過程中，主要包括主程序模塊、觸屏程序模塊、音樂播放模塊、屏幕程序模塊等。在這些軟件中，各軟件組件互相連接，使得整體件能夠井然有序地工作。首先啟動(dòng)系統(tǒng)串口、時(shí)鐘、顯示屏等的初始化，主程序再啟動(dòng)顯示功能，最后進(jìn)入系統(tǒng)不斷執(zhí)行的過程。在這個(gè)體系不斷執(zhí)行過程中，通過FATFS文件系統(tǒng)，SD卡中一個(gè)有效的音樂文件軌跡會(huì)被系統(tǒng)讀取，再把它儲(chǔ)存在指定的內(nèi)存當(dāng)中，在播放音樂文件時(shí)，會(huì)按照存儲(chǔ)的音樂路徑，開啟相應(yīng)的音樂文檔，然后傳送到VS1053進(jìn)行解碼，再由VS1053進(jìn)行音頻輸出[8]。在播放音樂的時(shí)候，觸控屏幕會(huì)監(jiān)控有無人按壓，在觸控屏幕上，會(huì)出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的觸控區(qū)域，并按照觸控區(qū)域來完成對(duì)應(yīng)的操作，如果在此過程中沒有觸控屏幕，那么在播放完畢后，將回到主周期起點(diǎn)進(jìn)行新的周期。圖4-1音樂播放器整體流程它完成的功能有音樂切換，調(diào)整音量，歌曲目錄顯示，歌曲的停頓和播放。STM32F103ZET6首先將歌曲文件從SD卡中讀出，然后儲(chǔ)存在指定的內(nèi)存空間中。VS1053音頻譯碼器從STM32中讀出的聲音信號(hào)經(jīng)語音譯碼處理后，再由VS1053音頻解碼，最后輸出MF3的聲音信號(hào)。4.2SD卡文件操作的實(shí)現(xiàn)SD卡首先需要進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，主要步驟見圖4-2圖4-2初始化步驟完成SD的初始化后，開始讀寫數(shù)據(jù)。讀寫數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)是由不同的命令提示符來完成，讀取數(shù)據(jù)時(shí)，由命令提示符17來實(shí)現(xiàn)；寫數(shù)據(jù)時(shí)，由命令提示符24實(shí)現(xiàn)[9]。通信過程如圖4-3所示:圖4-3SD卡讀寫流程圖4.3VS1053解碼驅(qū)動(dòng)程序此次的系統(tǒng)采用VS1053語言進(jìn)行了解碼。首先，必須對(duì)VS1053進(jìn)行初始化，包括VS1053連接的IO端口，并對(duì)軟件和硬件進(jìn)行重置。在VS1053的初始化結(jié)束之前不能重置，這里的重置可以分成軟件重置和硬件重置。確認(rèn)復(fù)位完畢后，就要設(shè)置音頻解碼器的音量和時(shí)鐘，然后可以啟動(dòng)對(duì)音頻檔案的寫操作。要依據(jù)請(qǐng)求信號(hào)來輸入數(shù)據(jù)。圖4-4VS1053流程圖音樂播放器的暫停播放、聲音調(diào)節(jié)等功能可以通過驅(qū)動(dòng)函數(shù)來完成。具體的驅(qū)動(dòng)函數(shù)包括：初始化函數(shù)、軟件復(fù)位函數(shù)、音量設(shè)置函數(shù)。4.4TFTLCD驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)顯示屏作為人機(jī)交互界面主要完成顯示音樂的播放信息、開始/暫停、切換、調(diào)節(jié)音量等目標(biāo)功能。它需要做的就是:初始化顯示屏、讀取坐標(biāo)等等。觸摸顯示屏的初始化如圖4-5所示:圖4-5顯示屏流程圖觸摸顯示屏的設(shè)定過程如下：(1)首先將STM32和TFTLCD組件之間的IO端口進(jìn)行設(shè)定；(2)初始化LCD；(3)顯示數(shù)字和字符。第五章系統(tǒng)測(cè)試5.1電源電路測(cè)試將鋰電池接入主控板，開啟電源開關(guān)；第一步先測(cè)量鋰電池電壓，測(cè)得電壓12V；第二步測(cè)量不同模塊輸出電壓，用萬用表測(cè)量降壓模塊電壓輸出，通過測(cè)量得出3.28V和5.48V，說明12V→3.3V、12V→5V，可以得出降壓電路正常工作。5.2代碼下載電路測(cè)試在電腦端安裝上CH340/341驅(qū)動(dòng)后，把STM32連接到電腦的通信端口，并開啟“MCUisP”，“搜索串口”鍵，可以找到相應(yīng)的“USB-SERIALCH340”，并把它設(shè)定為256000，見圖5-1。安裝好了“安裝”后，按“啟動(dòng)編程（P）”鍵，就可以把特定的文件放入主控制核心的中，直到屏幕上給出達(dá)到百分之百的指示。出現(xiàn)圖5-3的界面，我們就可以知道代碼下載能夠正常工作，通過它我們也就知道了主處理器工作能夠正常完成。圖5-1代碼下載電路5.3音頻播放測(cè)試見下圖5-2所示。顯示屏幕能能夠顯示出當(dāng)前播放的音樂相關(guān)內(nèi)容：比如樂曲的名字、播放的進(jìn)度、聲音大小的加減、樂曲的切換、音樂的暫停/播放的標(biāo)識(shí)符合，都能達(dá)到想要實(shí)現(xiàn)的效果，在編解碼模塊的接口連上耳機(jī)，戴上耳機(jī)聽音樂來檢測(cè)音樂文件的播放效果，可以從耳機(jī)中正常聽到音樂的播放，且音質(zhì)無損，達(dá)到預(yù)期效果。圖5-2音樂播放器界面5.4本章小結(jié)本章按照建立的系統(tǒng)的各個(gè)性能參數(shù)，對(duì)所完成的各個(gè)模塊進(jìn)行了測(cè)試，并給出了以下幾個(gè)方面的測(cè)試。1．電源以及降壓模塊的測(cè)試，看是否滿足每一模塊所需電壓。2．觸摸屏幕測(cè)試，觸摸暫停/開始、切換、音量加減位置，檢測(cè)觸摸準(zhǔn)確、靈敏。3.檢測(cè)音樂播放功能正常，輸出的音質(zhì)無失真;從總體表現(xiàn)及售價(jià)等方面來看，本文所開發(fā)的MP3它具有突出的優(yōu)點(diǎn)和潛在的市場(chǎng)價(jià)值。第六章總結(jié)與展望選用STM32F103ZET6作為主控制器，MP3的音頻譯碼選擇VS1053，觸摸顯示屏用來控制樂曲切換、開始停止、聲音大小和實(shí)時(shí)地顯示音樂播放信息。實(shí)現(xiàn)了MP3的完整功能。這一總的設(shè)計(jì)如下：與51單片機(jī)比較，72MHZ的STM32F103ZET6芯片可以充分的實(shí)現(xiàn)音頻播放的要求。32位的處理器內(nèi)置大量的資源，可以直接使用現(xiàn)有的庫(kù)功能進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，非常適用于小型的嵌入式系統(tǒng)。該方案除了可以用按鍵控制外采用，也可通過觸摸屏式人機(jī)界面來控制，與傳統(tǒng)的觸摸按鈕相比較，使用起來十分便捷。本文所開發(fā)的MP3，已基本滿足了任務(wù)書所規(guī)定的所有功能，并可預(yù)見5G技術(shù)的發(fā)展及物聯(lián)網(wǎng)的來臨，將是目前的主要應(yīng)用領(lǐng)域。因?yàn)闀r(shí)間的原因，本次設(shè)計(jì)仍有不足，尚需改進(jìn)，改進(jìn)目標(biāo)如下:頁面操作更加精準(zhǔn)化。對(duì)現(xiàn)有的圖形界面進(jìn)行改進(jìn)，比如：對(duì)顏色和窗口的影響進(jìn)行了優(yōu)化，可以添加窗體的控件，使得用戶可以進(jìn)行更多的個(gè)人設(shè)置。2．適當(dāng)增加軟件。比如，增加電子相冊(cè)、電子書籍等貼近生活的軟件。3．適當(dāng)擴(kuò)展新的功能。比如，增加藍(lán)牙模塊，使它可與智能儀器互聯(lián)，達(dá)到無線傳輸文件數(shù)據(jù)的目的，更加方便簡(jiǎn)潔。這個(gè)多用途MP3，擁有很多的優(yōu)點(diǎn)，不過，它還有很多可以改進(jìn)的地方，比如錄音，畫圖，遙控等等，都可以在家里使用。展望未來，互聯(lián)網(wǎng)與電腦技術(shù)不斷地發(fā)展與進(jìn)步，智能電器必然會(huì)成為未來的主流，這篇文章僅僅是對(duì)智能電器的一個(gè)小小的嘗試，在未來，它必然會(huì)具備更多的性能，而在智能電器方面，它的發(fā)展任重而道遠(yuǎn)。參考文獻(xiàn)[1]劉曉明.家庭數(shù)字音樂播放器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京交通大學(xué),2012.[2]徐陽.基于AT89C51SND1C單片機(jī)的MP3音樂播放器設(shè)計(jì)[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版),2015,12(25):34-37.[3]AshiqVMehta，PrashantRKharote.ARM7BASEDMP3PLAYER[J].InternationalJournalofEngineeringResearchandApplications，2014(2):1-5.[4]鄧娟.基于嵌入式系統(tǒng)的MP3播放器的軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[D].武漢輕工大學(xué),2014.[5]王深.基于STM32的觸摸屏MP3播放器設(shè)計(jì)[D].福州大學(xué),2016.[6]周江.STM32單片機(jī)原理及硬件電路設(shè)計(jì)研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2015(11):1.[7]劉曉宇.鋰電池充電器芯片的設(shè)計(jì)與研究[D].復(fù)旦大學(xué),2012.[8]周晶.移動(dòng)端音樂播放器系統(tǒng)設(shè)計(jì)與音頻處理算法研究[D].西安建筑科技大學(xué),2019.[9].張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社，2010.[10]