基于STM32MP3播放器设计分析.pdf
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1、基于 STM32 MP3 播放器设计 学院 :XXXXXXXXXXX 专业班机 :XXXXXXXX 姓名 XXXXX 学号: XXXXXXXX 1 1.1 本课题的提出及意义 MP3 音频播放器的最合理工作速度为30Mips,而一个典型的视频媒体播放器的理想 速度则为 175Mips,所以提高 MP3的工作速度,以及改善MP3 的音质是最关键的,也是 亟待解决的问题。 MP3是一种典型的嵌入式设备,而现在市场上比较常见的是闪存式MP3 。由于闪存 式 MP3的容量限制,使它存储歌曲数目较少,在功能上也很难实现多样化 1 。而硬盘式 MP3 的多功能及大容量,也必将受到不少消费者的喜爱。 MP3
2、 播放器一般分成3 个部分: CPU 、MP3 硬件解码器存储器。其中可以将前两部分 集成在一起, 即带 MP3 硬件解码器的 CPU ;或将后两部分集成在一起, 即集成硬件解码、 DA转换及音频输入。存储器可以是Flash 存储器或硬盘 2 。通过用 MP3编码技术,可 以得到大约 12:1 压缩的有损音乐信号。 1.2 研究现状 MP3 全称是 MPEG Layer 3 ,狭义的讲就是以 MPEG Layer 3 标准压缩编码的一种音频文 件格式。自韩国世韩 (Seahan)公司 1998年推出世界上第一台MP3随身听以来, MP3播 放器以其小巧的外形,不错的近乎于CD的音质,前卫的功能
3、,越来越受到消费者的青 睐,也就成为业界甚至大众媒体关注的一个热门话题 3 。在市场消费刺激下,各大公司 纷纷推出了自己的 mp3播放器产品,IC 供应商提供了众多的MP3 解码芯片及其解决方案。 除了 Micronas方案(MAS3507+DAC3550),还有台湾创品方案(T33510,T33520)、美国 SigmaTel 方案(STMP3400) 和 TI 的 DA-250解决方案。这使 mp3播放器的研制与生产变得 更加容易,成本也大大降低,市场更加广阔 4 。 2 硬件设计 2.1 整体方案 综述 2 本设计由 STM32 最小系统, SD卡的读取模块, TFT控制模块,外扩 FL
4、ASH 模块,触 摸屏模块,串口通信模块组成。将解决SD卡的读取以及使用FATFS 文件系统来对 SD卡 操作,TFT液晶屏的控制及触摸屏原理、还有人机界面UI 的实现等问题 5 。系统架构如 图 2-1 所示。 基本设计流程是使用STM32系列微控制器,采用FATFS文件系统方式读取SD卡中 音乐文件数据,将所读取的数据流传输给CPU软件解码( helix解码库)解码编程PCM 音频,通过 I2S 送到 ADC 芯片 PCM1770 音频输出驱动耳机实现音乐播放功能。液晶屏显 示歌曲的实时播放状态,功能按扭和控制歌曲的播放、停止、声音增大、减小等。同 时,TFT触摸屏则用于功能按扭和人机交换
5、界面的输入。 2.2 系统架构图 图 2-1 系统架构图 2.3 硬件模块 2.3.1处理器 一、芯片介绍。 CortexM3是 ARM 公司最新推出的基于ARMv7 体系架构的处理器核, 具有高性能、低 成本、低功耗的特点,专门为嵌入式应用领域设计。 3 ARMv7 架构采用了 Thumb2技术,它是在 ARM 的 Thumb代码压缩技术的基础上发展 起来的,并且保持了对现存ARM 解决方案完整的代码兼容性。 Thumb2技术比纯 ARM 代 码少使用 31% 的内存,减小了系统开销,同时能够提供比Thumb技术高出 38% 的性能 7 。 在中断处理方面,CortexM3 集成了嵌套向量中
6、断控制器NVIC(Nested Vectored Interrupt Controller)。NVIC是 CortexM3 处理器的一个紧耦合部分,可以配置1240 个带有 256 个优先级、8 级抢占优先权的物理中断, 为处理器提供出色的异常处理能力。 同时,抢占( Pre emption )、尾链( Tail chaining)、迟到技术( Late arriving) 的使用,大大缩短了异常事件的响应时间。CortexM3异常处理过程中由硬件自动保存和 恢复处理器状态,进一步缩短了中断响应时间,降低了软件设计的复杂性。DP )或串行 JTAG调试端口( SWJDP,允许 JTAG或 SW
7、 协议)使用。 二、引脚图。 图 2-2 STM32F103ZET6 微控制器引脚分布图 2.3.3 SD卡模块 一、SD 卡介绍。 STM32 微处理器 CPU ( STM32F103ZET6 )具有一个 SDIO 接口。 SD/SDIO/MMC 主机 接口可以支持 MMC 卡系统规范 4.2 版中的 3 个不同的数据总线模式: 1 位( 默认) 、4 位和 8 位。 在 8 位模式下,该接口可以使数据传输速率达到 48MHz , 该接口兼容 SD 存 储卡规范 2.0 版 12 。 4 二、SD 卡原理图。 图 2-3 SD 卡接口电路 图 2-4 SD 卡上电识别流程图 2.3.3 LC
8、D 显示模块 一、LCD 控制器。 LCD ,即液晶显示器,因为其功耗低、体积小,承载的信息量大,因而被广泛用于 信息输出、与用户进行交互,目前仍是各种电子显示设备的主流。因为 STM32 内部没 有集成专用的液晶屏和触摸屏的控制接口,所以在显示面板中应自带含有这些驱动芯片 的驱动电路 (液晶屏和触摸屏的驱动电路是独立的) ,STM32 芯片通过驱动芯片来控制液 晶屏和触摸屏。 5 二、FSMC 框图结构。 FSMC(flexible static memory controller),译为静态存储控制器。可用于STM32 芯片控制 NOR FLASH 、PSRAM、和 NAND FLASH
9、存储芯片。我们是使用 FSMC 的 NORPSRAM 模式控制 LCD。其结构如图 2-5 所示。 图 2-5 FSMC 框图结构框图 2.3.4触摸屏模块 一、触摸屏感应原理。 触摸屏常与液晶屏配套使用,组合成为一个可交互的输入输出系统。除了熟悉的电 阻、电容屏外,触摸屏的种类还有超声波屏、红外屏。触摸屏的基本原理为分压,它由 一层或两层阻性材料组成,在检测坐标时,在阻性材料的一端接参考电压 Vref ,另一 端接地,形成一个沿坐标方向的均匀电场。当触摸屏受到挤压时,阻性材料与下层电极 接触,阻性材料被分为两部分, 因而在触摸点的电压, 反映了触摸点与阻性材料的 Vref 6 端的距离,而且
10、为线性关系,而该触点的电压可由 ADC 测得。更改电场方向,以同样 的方法,可测得另一方向的坐标。 二、TSC2046 触摸屏控制器。 TSC2046 是专用在四线电阻屏的触摸屏控制器,MCU 可通过 SPI 接口向它写入控 制字,由它测得 X、Y 方向的触点电压返回给 MCU 。如图 2-6 所示 图 2-6 TSC2046 与电阻屏的连接图 2.3.5PCM 音频模块 PCM1770 器件是 CMOS,单片,集成电路包括立体声数字 - 模拟转换器,耳机电路。 数据转换器采用TI 的增强型多级架构,它采用噪声整形和多值振幅量化,实现出色的 动力性能和改进的耐时钟抖动。该PCM1770器件接受
11、多个行业标准音频数据格式,16 至 24 位数据,左对齐, I2S 等,提供轻松连接到音频DSP 和解码器。采样率高达50 kHz 的支持。全套用户可编程功能是通过一个3 线串行控制端口,支持寄存器写入功能访问。 原理接线图如图 2-7 所示 7 图 2-7 PCM1770 连接图 3 软件设计 3.1 软件开发架构 本设计由 STM32 最小系统, SD卡的读取模块, TFT控制模块,触摸屏模块,串口通 信模块组成。将要解决SD卡的读取及使用FATFS 系统对 SD卡的操作、 TFT液晶的控制 及触摸屏原理、还有图形用户界面GUI的实现等问题 10 。架构如图 3-1 软件开发架构图 8 图
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