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1、本科毕业论文基于STM32的MP3音频播放器制作二 级 学 院机械与电子工程学院专 业电子信息工程年 级学 号学 生 姓 名指 导 教 师职 称完 成 时 间独 创 性 声 明本人重声明：所呈交的毕业论文（设计）是本人在指导老师指导下取得的研究成果。除了文中特别加以注释和致的地方外，论文（设计）中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果。与本研究成果相关的所有人所做出的任何贡献均已在论文（设计）中作了明确的说明并表示了意。签名：年月日授权声明本人完全理解贺州学院有关保留、使用本科生毕业论文（设计）的规定，即：学院有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业论文（设计）的复印件和磁盘，允许毕业论文（设计）
2、被查阅和借阅。本人授权贺州学院可以将毕业论文（设计）的全部或部分容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编论文（设计）。本人论文（设计）中有原创性数据需要的部分为：无。签 名：年月日指导教师签名：年月日目 录摘要1引言21 方案设计31.1主要容32 系统硬件设计32.1 整体设计思路32.2 硬件器件的选择42.3 硬件系统框图52.4 硬件模块化原理图设计62.5 硬件PCB设计132.6 本章小结143 系统软件的设计143.1 设计思路143.2 软件模块化设计143.3 系统整合223.4 本章小结234 系统调试234.1 独立调试234.2 硬件调试问
3、题234.3 软件调试问题244.4 本章小结255 终结与展望25参考文献26附录27Abstract28致29 / 基于STM32的MP3音频播放器的设计作 者 指导教师摘 要: 本毕业策画是一款基于STM32的音频MP3播放器创作,功能包含：音频播放，电子图书，图片浏览，画板，录像，录音机，日历，游戏，收音机，记事本，计算器等。整个系统组成主要由音频解码部分、收音机部分、音效处理部分、SD卡部分、功率放大、电源部分、人机交互等几个部分组成，整个系统由一块MCU（STM32F103RBt6）控制运行，各个局部协调运作。关键词: STM32；MP3音频播放；引 言伴随电子畛域的各个技术的迅速
4、发展，各类电子产品的消费也产生了革命性的转变，引领新技术、创新产品层见叠出。特别是跟着网络媒体的技术的遍与、数字音频视频技术的迅速发展，和种种视频，音频数据压缩标准和相应的终端设备相继问世，已成为消费电子产品新的快速增长点。集成MP3的优点，同时拥有更多的新技术。 第一款MP3的出现是在1998年，从它问世电子消费市场短短的几个月时间就在市场上站稳的脚，而且消费的趋势一直呈上增长，直到2005年之后MP5的出现，而MP5的出现，更是把MP3几乎挤出了市场，MP5不光能够播放MP3、MP4，更是可以直接播放AVI和RMVB等合流的影片格式，说白了便是MP5具备MP3、MP4的全部功效，同时还具有
5、他们不具备的功效，是以MP5代替MP3只是时间的问题，当前MP5的价钱较高是最主要的缘由，要是MP5的价钱降下来了，便是MP3离开消费者的时候了。当前此外一个数码产物-数码相框，跟着数码相机的不断广泛应用，也在偷偷的袭来，数码相框便是能直接播放JPG/JPEG的一个微型显示器，正常的数码相框比MP3体积大，然而它们的本来目的不是面向移动设备的，数码相框重要作用在于家庭，它们主要功能不再移动上面，实际上，数码相框主要功能是显示照片，如果做成移动设备的话，体积必定不能太大，但是体积小带来的结果是图片显示效果就不好。现在的数码相框显示屏分辨率一般是480*720，对于日常的照片显示效果还是可以应付过
6、来的，当然数码相框的开发者对图像显示进行了精心设计，使得我们的照片的分辨率不管是怎么样的，它都会执行最优的选择，以用来显示最佳效果，同时数码相框一般还具有其他附加功能，MP3便是其中一个功能，可以让图片与声音同时播放，为相片的浏览添加了声音的色彩，同时数码相框还拥有TVOUT的功效，这就很好的提高了分辨率的显示，让照片可以在电视上显示，可以大大的提高相片的观赏价值。通过对以上两款数码产品的分析，可以发现，新出的数码产品都包含了MP3的功能，但是又不限于此，也就是集成了MP3的优点，同时拥有原来MP3不具有的功能。这样，大大的提高了消费者对新的数码产品需求。1 方案设计1.1主要容本设计课题是一
7、个由STM32f103RBt6主控来完成MP3音频播放设计的软硬件相结合类的设计题目。能够实现MP3的基本播放功能，也具有其他多样化的外扩功能，系统的整体功能包含：音频播放，电子图书，图片浏览，画板，录像，录音机，日历，游戏，收音机，记事本，计算机等。系统的组成部分只要有VS1003的音频解码、TEA5767的收音制作、CD3314音量级处理、SD卡控制、功率放大、电源、人机交互等，全系统由一块小型MPU(STM32F103RBT6)掌管运行，利用各模块通信协议协调运转。本系统实现多样化功能，非常具有挑战性，主要的重心难点在于FAT32文件与系统的解析，JPEG/BMP图片数据格式解码，触摸屏
8、的运转等。由于本系统的特点需要，采用了各个击破的方法，一一实现以上功能，最终完成整个系统的功能。2 系统硬件设计2.1 整体设计思路MP3音频播放重点完成图片浏览和音乐播放等，所以本设计要求对MCU存运行、处理的能力比较高，因为图片解码压缩需要的RAM比较多，对于MP3播放，要求较高的处理速度，特别是320Kbps的MP3格式数据的处理，为了保证MP3歌曲的流畅播放处理速度必须要快。可选择的MCU有16位的AVR，8位的STC等，可选择的32位的处理器有SAMSUNG、NXP、STM32、ATMEL等。在RAM方面来说，对于8位单片机部的RAM一般在4Kbyte以，更多的存是需要外部提供，32
9、位的单片机里面，SAMSUNG很少自带RAM，也要外部提供，对于本设计来说，成本越低越好，外部提供的RAM必定会提高成本的开发，所以为了更好的掌控成品的高低，尽可能的选用MCU自带有FLASH和RAM的。其次，本设计有MP3歌曲的播放以与JPEG/BMP图片浏览等功能，但是这两种文件格式需要较大的存储空间，可供选择的FLASH芯片，如SAMSUNG公司的K9F系列，但是这样的话，整个系统的容量就不可以改变了，需要扩容是困难。相比较来说U盘和SD卡是个不错的选择，但SD卡相比较与U盘，在掌控上面较容易，而且一样的容量SD卡价格便宜一些，故系统选择SD卡作为存储媒介。第三，MP3音乐的播放是在读取
10、SD卡和VS1003的同时进行的,它们用到的都是SPI通讯协议，所以需要主控芯片要有两个或两个以上SPI共使用,这样才能有效的把读取速度提高。综上所述，本设计采用STM32f103RBT6作为主控芯片，该芯片具有的部资源加上一点外扩之后可以胜任本设计。2.2 硬件器件的选择在系统实现的过程中，硬件选择是非常重要的一部分，主控芯片已经确定好了，接下来就是其他芯片的选取，来实现其相对应的功能，下面我们重点分析以下几个芯片的选型。2.2.1 MP3解码芯片选择使用STM32主控芯片解码有两种方法，第一是通过处理器的软件解码，第二是通专用芯片解码，第一种方法要求芯片运算速度非常高，而且声音不是很流畅，
11、对播放的采样有极大要求，故选择第二种专用芯片解码。 本设计使用解码MP3的芯片是VS1003，它支持WAV格式、MP3格式、MIDI格式、WMA格式等，同时可以设置调整音量高低等，而且还有一个功能是可以支持MICI，此外还可以扩展录音功能。2.2.2 收音机芯片选择本设计的收音功能只适用于FM收音，选用TEA5767芯片来实现，TEA芯片是飞利浦公司生产的一款低功耗电调谐调的立体声收音机芯片，该芯片通过IIC总线协议可以直接控制。可以实现调频接收，频率的围在76MHZ108MHZ，而且接收的是立体声，带信号强弱指示，但由于芯片体积较小，焊接困难，所以直接采用模块来实现，使用非常方便，可以提高本
12、设计效果，节约时间以与成本。2.2.3 EEPROM芯片选择本设计需要保存用户的部分数据，而STM32需要外部扩展EEPROM,防止系统掉电之后整个系统的数据将会复位，利用外扩的EEPROM芯片可以实现用户数据的存储，EEPROM芯片有很多可供选择的，由于在学习过程中比较常用的是ATMEL的24CXX系列的，而且价格便宜，故本设计最终采用了ATMEL的24C16芯片。2.2.4 功率放大芯片选择本设计包含两块放大芯片，一块是用来放大从CD3314输出的音频信号以方便驱动耳机，另一块是功率放大，用来驱动扬声器的。一级放大可供选择非常多，比如TDA2822，TPA152等，但是TPA152与TDA
13、2822比较事,后者的优势比较大，TDA2822对音质失真控制不好，THD大概在10%，而TPA152在带有32负载的前提下THD是2%，在带有10K负载的前提下小于0.01%。而且TPA152的输出功率比TDA2822大，总输出可以达到1.5W。因此，这里选取音质相对好的TPA152芯片，作为耳机驱动芯片。 2.2.4电源芯片选择本设计要求系统电压输入: 2.5V, 3.3V，5V.所以对电源的处理需要满足能输出以上电压， 系统电源主要包括给数字芯片供电，这些电源需要的功率小，可以选用REG1117-2.5和REG1117-3.3V稳压芯片供给2.5V和3.3V的电压。REG1117的输出电
14、流为800ma，符合设计要求。对于5V输入，也是采用LM2576，因为整个系统的数字部分电源供给都是来自5V的，所以它的电流较大。2.3 硬件系统框图综上分析，可以得出，整个设计系统由STM32F103RBT6芯片掌控，各个模块电路的详细介绍也在下面一一介绍，如图2.1所示是整个硬件系统设计框图。图2.1 硬件系统框图图2.1描述了各个模块与主控芯片之间的联系，由于电源不被MCU控制，所以在图2.1没有画出。由上图2.1可以得出，整个硬件系统设计以STM32F103RBT6为核心，通过各种方式控制各个模块的工作，使整个系统完成预定的功能。2.4 硬件模块化原理图设计在此节中，将根据上面的硬件系
15、统框图进行具体的硬件设计介绍，整个设计可以分为若干个模块。下面对这些模块进行逐一介绍。2.4.1 MCU和DS18B20模块电路设计MCU为整个设计系统的核心，它控制着这个系统的运行，让主控芯片稳定运行是必要前提，下图（图2.2）为MCU的原理图，包含一个后备电源UPS1,一个主电源VCC3.3和一个模拟电源，模拟电源通过从VCC3.3加滤波电路得到。MCU外围的必须电路由滤波电容，下载电路（串口1）以与复位开关组成。同时，考虑到系统需要时钟功能，给时钟部分增加了后背电源电路，通过二极管连接到VBAT脚，给实时时钟供电。这里采用了双电源结构，即在电源有外部供电的时候，后备电池不给时钟供电，时钟的电源来自外部，只有当外部电源断开的时候，后备电源才给时钟供电，以保持时钟的计时，这样可以延长后备电池的使用时间。同时，为了方便调试，电路中还添加一个多余的按键以与LED，以方便在调试时使用，而且为了最大化的使得布线难度的降低，布局的美观，对一些IO的控制做了相应的调整，而且所以的IO也全部引出，方便以后功能的
