基于STM32单片机的MP3音乐播放器设计稿.doc
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1、北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计 基于STM32单片机的MP3播放器设计学 院:专 业:姓 名:指导老师:信息学院自动化李钊学 号:职 称:160104105455刘娇月教授中国珠海二二年五月诚信承诺书本人郑重承诺:本人承诺呈交的毕业设计基于STM32单片机的MP3播放器设计是在指导教师的指导下,独立开展研究取得的成果,文中引用他人的观点和材料,均在文后按顺序列出其参考文献,设计使用的数据真实可靠。 本人签名: 日期:年月日基于STM32单片机的MP3播放器设计摘要众所周知,越来越多的人对MP3的追求逐渐下降,MP3的功能并没有像酷狗一样显示歌词等那么方便。通过对STM32F103
2、C8T6单片机MP3播放器的研究设计,来提升整个系统的功能。系统运行的原理是利用数据卡存储歌曲歌词在,然后通过LCD1602显示屏根据个人的选择进行播放和显示。整个屏幕类似酷狗界面,可以进行歌曲的各种模式的设置,具有很强的画面感,为了贴近生活需求,采用触屏的模式来操作。系统的编程主要是利用上C语言,根据自身的需求可以进行不同功能款式的设计,整个电路的设计是相对比较简单的,MP3体积小容易携带,加上能够进行触屏影像,会更受到广大消费者的喜爱。关键词:MP3播放器;STM32F103C8T6;VS1003;SD卡MP3 player design based on STM32 micro-cont
3、rollerABSTRSCTThis paper introduces the design method of MP3 player based on stm32f103c8t6 in detail. The system realizes the decoding and playing of MP3 files stored in SD card, and displays the name of playing songs, the remaining time of playing songs and the corresponding words of songs on LCD16
4、02 display screen. Through the graphic interactive user chart on LCD1602 display screen, it can also realize the fast forward of songs Fast rewind, pause and change cycle mode can basically realize an MP3 player with touch screen function. The software is programmed with C language and modular desig
5、n idea is adopted. The hardware circuit of the system is simple, and the subprogram is universal, which fully meets the design requirements.Key words: MP3 player; stm32f103c8t6; VS1003; SD card目 录摘要3abstract4目 录51 绪论61.1 课题研究背景61.2 国内外研究现状61.3 课题设计内容62 系统的总体设计82.1 系统核心硬件的选择82.1.1 主控芯片的选择82.1.2 显示模块的
6、选择82.1.3 数据存储芯片的选择92.1.4 按键模块的选择92.1.5 MP3解码方案92.1.6 MP3储存介质方案92.2 系统总体方案103 硬件介绍和设计113.1 单片机及最小系统113.2 LCD1602液晶显示模块143.3 按键电路设计163.4 MP3串口控语音模块173.5 LM386功放模块193.6 VS1003解码电路设计203.7 电源模块214 系统软件的设计234.1 系统程序工作分析234.2 主流程图设计244.3 显示子流程图 设计254.4 音乐播放功能的设计254.5 详细代码结构275 系统调试315.1 硬件的焊接315.2 系统硬件调试32
7、5.3 系统软件调试325.4 附录33结论34参考文献35致谢361 绪论1.1 课题研究背景随着科技的进步,每个家庭都拥有者许多家电产品和电子产品。目前存在着许多数码产品中,便携式MP3播放器因为其存储数据和播放音频的功能被大家所熟知。它虽然体积十分小,但是却包含了包括存储器,显示屏和处理器等多个模块。其中最为关键的部分,便是中央处理器。其向显示屏等部位发出指令,使得各个部分正常工作。自从MP3播放器在市场上飞快的进步与发展,它被人们热爱且广泛应用,于是它的功能也越来越多。在市场中,国产品牌的MP3以纽曼、蓝魔、魅族等企业占据了国内的大部分市场。如今,在让播放器保证高质量的同时,汲取其它电
8、子产品的功能和优点,可以使其增加更多卖点。1.2 国内外研究现状MP3全称是MPEG Layer 3,很多人都知道MP3是一种便捷式的音频播放系统,不管走到哪里都能听到喜欢的歌曲来充实生活,第一款MP3是在韩国推出的,由于该系统的音乐质感很好,并且能够将其随身携带,给很多消费者带来了方便。于是市场销量也开始上升,很多企业开始推出自己的产品,但是不同的只是外观和性能的差异。随着播放器的需求量的提升,系统也就面临着升级,只有升级才能获得更多的市场占有率。播放器升级主要是针对芯片进行代码程序的编写。IC供应商为此提供了很多解码的芯片,有在Micronas方案(MAS3507+DAC3550),和台湾
9、创品方案(T33510,T33520)以及美国SigmaTel方案(STMP3400)和TI的DA-250解决方案。由于芯片解决方案产生,使得播放器的开发和设计更加简单,并且成本也会比较低,这使得播放器市场更加强大。STM32系列微控制器主要是利用ARM公司的CortexM3内核。VS1003音频解码芯片为 VS10xx系列的第三代产品,是芬兰VLSI Solution 公司生产的单片MP3/WMA/MIDI解码和ADPCM编码芯片。本次设计主要是使用微处理器进行系统的控制,同时利用相关的芯片和存储卡以前音频设备来进行播放器的设计,整个播放器不仅能够进行音频文件的播放还能输出相关的画面模式,并
10、且音质效果是十分可观的。在播放音乐的同时能够自由转换,根据个人需求喜好选择自己所感兴趣的曲目,能够进行上下首歌曲调节,音量的调节。在PC机能够利用接口对存储卡进行读写,利用这种读写方式进行文件的拷贝和线上下载。1.3 课题设计内容1、了解基于STM32单片机应用程序的设计和开发过程;2、了解并熟练掌握相关C语言的代码编写;3、LCD1602界面设计合理;4、能够对mp3文件读取和播放;5、具有播放、暂停、切歌的功能;6、可以储存歌曲,利用内存卡为介质。2 系统的总体设计2.1 系统核心硬件的选择在构造硬件电路之前必须明确设计的方案,尤其是模块与模块之间哪些互斥哪些互通要进一步规划好,进而选择合
11、适的硬件设施。2.1.1 主控芯片的选择方案一:将STM32单片机当做控制器的芯片STM32单片机是一类高性能的控制器,能够支持32位和实时控制仿真处理器,在很多领域被广泛运用,由于创新的系统设计和特殊的芯片结构使得该处理器在系统控制上发挥了最大功能,因此能够进行最大程度的合成,有利于设计者的开发和运用,该处理器在销售市场上迅速打开。方案二:采用MSP430单片机作为主控芯片MSP430单片机就是我们所说的混合信号处理器,不仅能够形成多个数字电路和模拟电路,还能形成具备多样功能未处理器。这类单片机能够在单个或者多个芯片上进行各种电路的组合,并且功能消耗低,各种程序指令相对比较简单容易理解。经常
12、在各种便携式的仪器中使用如玩具车等等,但是开发比较有难度,并且成本很高,一般不会被接受。综合上述的描述,考虑到资源的合理利用和成本,还有开发的时间和难易程度,减少能源的消耗和操作的简单,选择方案一来进行系统的设计。2.1.2 显示模块的选择方案一:采用LED数码管动态扫描显示LED数码管价格上有优势并且重量小,能够及时显示各种数字和字母。如果要进行动态显示那么就需要很多接口才能满足,加上单片机接口的电流很小并不能给数码管提供稳定的电压,所以需要利用驱动器来进行连接,从而来加大电流,进而控制其显示功能。如果数字或者字母多的话显示比较麻烦需要焊接很多电路。方案二:采用LCD1602液晶显示屏LCD
13、1602作为液晶显示器不仅能够各种字母还能显示各种数字,可以将16*2也就是32个字符全部显示出来,这些字符主要包括数字,字母,符号,自定义字符。LCD1602主要用于小范围的显示场合,主要是5*7点阵组成的一个字符,其在数据传输主要是采用串行数据传输,因此看起来十分简单,控制方法基本上大同小异。方案三:采用LCD12864液晶显示屏LCD12864是一种大屏幕的显示器,其显示的分辨率为128*64,一共具有8192个,由4位/8位串行和并行组成的液晶显示屏,其的主要接口比较简单,方便操作,可以在系统上显示各种画面,不管是文字还是图像都能一一显示出来,主要对8*4行16*16的点阵汉字进行显示
14、,这样就能够对能源大大减少消耗,在显示功能上表现很全面,但是如果不全部用完就会造成空间的浪费,因此如果在设计不需要这么大的屏就不要用,不然造成成本上的浪费。综合上述的描述,考虑到本设计显示内容比较大,最终选用LCD1602液晶显示屏来显示。2.1.3 数据存储芯片的选择方案一:通过使用单片机内部的Flash进行存储数据STM32芯片内部带有Flash功能,STM32的Flash是通过ISP/IAP技术读写内部FLASH来实现Flash。STM32的Flash起始地址为0x2000,以512字节为一个扇区,EERPOM的大小为2K字节。方案二:采用专门的数据存储芯片AT24C02AT24C02是
15、一个2K位串行CMOS Flash,这个芯片里面含有着很多字节,在功能消耗上很低,另外还有16位的字节缓冲器,能够进行字节的自我调整,并且能够针对字节进行保护。存储数据的系统要进行除去才能进行更新,况且是自带的,因此十分方便。最终决定采用Flash存储芯片。2.1.4 按键模块的选择方案一:利用单一按键进行系统输入不同按键有着不同的功能,端口的检测是很重要的。检测次数有按键数的多少来决定,一旦按键数目很大,那么就需要很多端口,那别的器件就没有地方连接,由于按键数据多线路多,反应速度也会逐渐变慢。方案二:利用矩阵键盘进行系统输入矩阵键盘将键的两端分别连接到行线和列线上,然后将每行线和列线连接到单
16、片机上,利用读取程序算法来明确需要按哪个键。尽管编程有困难,但节省了I/O端口的使用。综合上述的描述,最终还是决定采用独立键盘作为输入设备。2.1.5 MP3解码方案方案一: 利用软件进行编程,不仅能够减少成本,还能降低硬件设施设计,但是在编写程序上面是很复杂的,需要花费很长的时间,不管是速度层面还是软件性能方面,都是有着很高的要求。方案二:利用硬件进行音频解码,这类硬件设施功能多种多样并且价格很低,播放效果好,音质可以跟酷狗蓝牙等相当,主要采用VS1003 MP3解码芯片,能够支持多种模式的解码功能。因此方案二是最好的选择方案。2.1.6 MP3储存介质方案方案一:利用内部存储器来进行读取各
17、种代码,这种ROM存储器的读取速度尽管很快,但是存储的数据量并不大,可能连一首歌曲都不能完好的保存下来,这样存储器并不适用,不能满足消费者对歌曲量的需求。方案二:利用U盘来储存各类文件,使得存储的歌曲量提高了很多。方案三:利用SD卡进行数据的存放。这类存储卡不仅在进行数据读取上面的速度够快,而且体型小,容量也是比较大的。因此方案三是我们最好的选择,不管是性能还是操作上都是比较符合要求的。2.2 系统总体方案由STM32F103C8T6单片机核心板、LCD1602液晶显示、MP3模块、LM386音频放大模块、按键组成了该系统。1、通过按键可以操作MP3模块,启动/停止、音量+、音量-、上一首、下
18、一首的按键操作。2、MP3接收到按键操作命令,做出相应的动作,声音播放时通过LM386音频放大模块进行播放。3、按键的任何操作,液晶有相应的操作显示。本设计的系统总体框架图如图2.2所示。单片机内部储存芯片复位电路时钟电路LCD160显示电路晶振电路供电模块Mp3模块音频放大电路独立按键图2.2 系统总体框架图3 硬件介绍和设计3.1 单片机及最小系统STM32单片机处理器是一种能够进行实时跟踪信息的控制系统,这个芯片控制系统主要是在满足设计者的需求下不断加大对各项功能的设计,尤其是对接口的设计,和各种电路的衔接,都进行了全面系统的研发,使得整个系统的运行比较方便快捷,并且在很多领域都被广泛的
19、应用。整个系统的电路也是比较简单的,并没 有那么复杂的设计,融合很多细节点,才形成了单片机处理系统。STM32F103C8T6单片机核心板接口电路图如图3.1.1所示。图3.1.1 STM32单片机核心板接口原理图 37STM32单片机核心板内部电路图如下图3.1.2所示。图3.1.2 STM32单片机核心板内部原理图STM32单片机实物图如下图3.1.3所示。图3.1.3 STM32单片机核心板实物图一般来说STM32单片机复位电路电路图如下图3.1.4所示。图3.1.4复位电路电路图本设计中复位电路与单片机的NRST相连接,负责单片机的复位工作。本设计中复位电路的供电电压为3.3V。当给复
20、位电路3.3V电压时,整个电容开始进行通电,整个时候电阻R1电压开始通过,在电压的驱动下,促使单片机连接。当电容在电压的作用下达到电压最大值,通过的电流就变成0A,这个时候的电压也会变成0V,单片机开启工作模式。当整个单片机开始进行工作的时候,将开关打下,使得电容将电释放出来,当电阻上有电压通过的时候,单片机就会复位。这个时候再松开开关,整个电容又处于充电模式,进而单片机又开启工作模式。晶振的主要功能就是信号的反馈,一般是和锁相环电路结合一起,给系统的时间显示提供频率信号。一旦需要不同的信号显示,就可以利用同一个晶振和不同的锁进行电路的链接。图3.1.5 晶振电路电路图3.2 LCD1602液
21、晶显示模块字符型液晶显示模块主要是进行各种符号和数字等的显示,这类显示类型多种多样,常用16*1,16*2,20*2和40*2行等模块。正常情况下该显示模块有14条引脚线甚至是16条,16条引脚的多余两条主要是接地线和背光线多出来的,其他引脚和14条的一致的,这类显示模块的实物图如下图3.2.1。图3.2.1 液晶显示器实物图一般该显示模块主要分为两种类型一种背光一种不背光,正常情况下背光的设计比较厚,但是功能上没有什么差别,只是个人需求不同而已,这两类的差别主要如下图所示图3.2.2:图3.2.2 液晶显示模块图LCD1602引脚说明表格3.2.1如下:表3.2.1 LCD1062引脚说明表
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