【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 RM7 處理能力吃緊，而且 STM32 還需要外部 DAC來做音頻輸出，所以采用第二種方法進(jìn)行解碼。 MP3 常見的解碼芯片有 VS100X 系列和STA01 系列， STA01 需要外接 DAC 做音頻輸出，而 VS1003 自帶 DAC，且解碼的文件格式包含 mp3 和 wav,另外 它還可以實(shí)現(xiàn)錄音功能，方便以后進(jìn)行功能的拓展應(yīng)用。 人機(jī)交互設(shè)備包括輸入設(shè)備和輸出設(shè)備 ，選擇硬件考慮到程序的調(diào)試控制，這里選擇一款 3 寸的 TFT 液晶屏，其分辨率位 240*400，工作模式為 16 位數(shù)據(jù)模式，通訊速度較快。 系統(tǒng)框圖與概述 本次課題設(shè)計(jì)采用 STM32F103VET6 作為為控制器讀取 SD 卡內(nèi)的音樂文件，并將數(shù)據(jù)送入 VS1003 進(jìn)行音頻解碼，得到模擬的音樂流，再進(jìn)過音頻放大送入耳機(jī)，同時(shí)結(jié)合 TFT 液晶屏進(jìn)行人機(jī)交互控制，其系統(tǒng)框圖如圖 21 所示。桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 共 58 頁(yè)第 3 頁(yè) 圖 21 系統(tǒng)框圖 3 硬件 電路設(shè)計(jì) 電源模塊 電源模塊是電子設(shè)備中必不可少的一部分， 它位設(shè)備提供了能量。 如圖 31 所示 為該系統(tǒng)的電源模塊電路， 5V 電壓經(jīng)過 、 和 產(chǎn)生 、 和 直流電壓供系統(tǒng)使用。 C31 可以防止電感效應(yīng)而產(chǎn)生自激， C33用來減小由于負(fù)載電流瞬時(shí)變化而引起的高頻干擾， C32 是進(jìn)一步減小輸出脈動(dòng)和低頻干擾 ，使電源輸出更加穩(wěn)定， sp 位電源開關(guān)， D1 和 D2 位電源指示燈。 圖 31 電源模塊電路 STM32F103VET6 微處理器 JTAG程序下載口 SD卡 電 源 部 分 VS1003音頻解碼 音頻放大 耳機(jī)接口 TFT觸摸液晶 復(fù)位 桂林電子科技 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 共 58 頁(yè)第 4 頁(yè) 微控制器模塊 微控制器 STM32F103VET6 控制著整個(gè)系 統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)作。 STM32F103VET6 基于 ARM CortexM3 內(nèi)核設(shè)計(jì)，片上集成了豐富的數(shù)字和模擬資源，允許最高 72MHz 的工作頻率是一款性價(jià)比很高的 32 位 ARM 處理器， 其管腳封裝圖如圖 32。自帶 128KB 閃存和20KB 的 RAM，具有 2 個(gè) SPI 接口、 2 個(gè) IIC 接口 3 個(gè) USART 接口一個(gè) USB 接口和一個(gè) CAN 總線接口，高達(dá) 80 個(gè) I/O 口資源， 采用外部 8MHz 時(shí)鐘經(jīng)過倍頻因子 PLLMUL可倍頻至 72MHz，通過一些列的 AHB 分頻器可設(shè)置各種外設(shè)所需的頻率以達(dá)到低功耗的目的。 圖 32 STM32F103VET6 管腳圖 微控制器電路模塊如圖 33。 圖中 BOOT0 為插針，用于選擇啟動(dòng)模式：當(dāng) BOOT=1時(shí)用戶閃存存儲(chǔ)器被選為啟動(dòng)區(qū)域，此時(shí)可以通過串口下載程序；當(dāng) BOOT=0 時(shí)；系統(tǒng)存儲(chǔ)區(qū)被選為啟動(dòng)區(qū)域。 電容 C1 C1 C13 和 C15 為諧振電容，有助于 系統(tǒng)時(shí)鐘和RTC 時(shí)鐘的啟振，在設(shè)計(jì)時(shí)，晶振要盡可能靠近芯片。電容 C1 C1 C1 C20 位芯片電源引腳的旁路電容，能夠起到穩(wěn)定電源的作用。微控制器各引腳接口描述如表 31所示。 圖 33 微控制器模塊電路桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 共 58 頁(yè)第 5 頁(yè) 表 31 STM32F103VET6 主 要 引腳接口描述 STM32F103VET6 引腳序號(hào) 接口類型 接口作用 9 RTC 時(shí)鐘晶振接口 晶振 Y1 1 13 系統(tǒng)時(shí)鐘接口 8MHz 晶振 Y2 83 SD 卡控制器接口 SD 卡命令控制 SDIO_CMD 80 SD 卡時(shí)鐘控制 SDIO_CLK 6 6 7 79 SD 卡數(shù)據(jù)通訊 SDIO_DATA 97 VS1003 控制接口 異步復(fù)位端，低電平有效 XREST 51 片選輸入端，低電平有效 XCS 63 數(shù)據(jù)片選端 /字節(jié)同步 XDCS/BSYNC 52 串 行總線時(shí)鐘 SCLK 54 串行輸入 SI 53 串行輸出 SO 98 TFT 液晶屏接口 復(fù)位 88 片選 30 時(shí)鐘 SCK 31 MISO 32 MOSI 3846,5557,61,62,81,82 16 位數(shù)據(jù)接口 DATA SD 卡模塊 SD 卡（ Secure Digital Memory Card）中文翻譯為安全數(shù)碼卡，是一種基于半導(dǎo)體快閃記憶器的新一代記憶設(shè)備。 SD 卡的物理規(guī)格、管腳功能和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議時(shí) MMC（ Multimedia Card）前向兼容的。它被廣泛 用于便攜式裝置上使用，例如數(shù)碼相機(jī)、個(gè)人數(shù)碼助理 (PDA)和多媒體播放器。 SD 卡由日本松下、東芝及美國(guó) SanDisk 公司 于 1998年共同開發(fā)研制。大小猶如一張郵票的 SD 記憶卡，重量只有 2 克，但卻擁有高記憶容量、快速數(shù)據(jù)傳輸率、極大的移動(dòng)性以及很好的安全性。 SD 卡標(biāo)準(zhǔn)是 SD 卡協(xié)會(huì)針對(duì)可移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備設(shè)計(jì)專利并授權(quán)的一種標(biāo)準(zhǔn)，主要用于制定卡的外形尺寸、電氣接口和通訊協(xié)議。其中 SD 卡外形尺寸如圖 34，引腳功能如表 32. 圖 34 SD 卡外形尺寸桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 共 58 頁(yè)第 6 頁(yè) 表 32 SD 卡引腳圖 Pin SD mode SPI mode Name Type Discription Name Type Discription 0 DATA2 I/O/PP DATA Line RSV I Reserved 1 DATA3 I/O/PP DATA Line CS I ChipSelect 2 CMD PP Command DataIn I Host to card 3 VSSI S Ground VSSI S Ground 4 VDD S Voltage VDD S Supply Voltage 5 CLK I Clock CLK I Clock 6 VSS2 S Voltage VSS2 S Voltage 7 DATA0 I/O/PP DATA Line DataOut O Card to Host 8 DATA1 I/O/PP DATA Line RSV U Reserved 由于 SD 卡的廣泛引用，各種常用 MCU 內(nèi)部都集成了 SD 控制器，而恰好本次設(shè)計(jì)選取的 STM32F103VET6 內(nèi)部也含有 SD 控制器接口。為了獲得更大的數(shù)據(jù)傳輸速度，本次設(shè)計(jì)采用 SD 模式進(jìn)行主從機(jī)之間的通訊。該模式下具有 6 根通訊線（ Data03,CMD,CLK）和三根電源線（ VSS1,VSS2,VDD）。電路模塊如圖 35，其中RVA0RVA4 為增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力 。 。 圖 35 SD 卡電路模塊 音頻解碼模塊 本次課題設(shè)計(jì)采用的解碼芯片是 VS1003， VS1003 是芬蘭 VLSI 公司生產(chǎn)的單芯片MP3/WMA 音頻解碼芯片，其擁有一個(gè)高性能、低功耗的 DSP 處理器核 VSDSP,5KB 的指令 RAM， 的數(shù)據(jù) RAM，串行的控制和數(shù)據(jù)輸入接口， 4 個(gè)通用的 I/O 口， 1個(gè) UART 口， 1 個(gè)可變采樣率的 DAC， 1 個(gè)立體聲 DAC 以及音頻耳機(jī)放大器。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 36 所示。 圖 36 VS1003 內(nèi)部結(jié)構(gòu)桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 共 58 頁(yè)第 7 頁(yè) VS1003 通過一個(gè)串行接口來接收輸入的比特流，它可以作為一個(gè)系統(tǒng)的從機(jī)。輸入的比特流被解碼，然后通過一個(gè)數(shù)字音量控制器到達(dá)一個(gè) 18 位過采樣多位 ??? DAC。 通過串行總線控制解碼器。除了基本的解碼，在用戶 RAM 中它還可以作其他特殊應(yīng)用，例如 DSP 音效處理。其內(nèi)部 部分 引腳功能如表 33。 表 33 VS1003 部分 引腳功能表 引腳號(hào) 管腳名稱 管腳功能 6,14,19 IOVDD I/O 電源（典型值： 最大值： ） 38,43,45， 47 APWR 模擬電源（典型值： 最大值： ） 5,7,24,31 CVDD 處理器內(nèi)核電源（典型值： ： ） 37,40,41,47 AGND 模擬地 3 XRESET 低電平有效 ，異步復(fù)位端 8 DREQ 數(shù)據(jù)請(qǐng)求，輸入總線 9 GPIO2/DCLK 通用 I/O2，串行數(shù)據(jù)總線時(shí)鐘 10 GPIO3/SDATA 通用 I/O3，串行數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù) 13 XDCS/BSYNC 數(shù)據(jù)片選端 /字節(jié)同步 17 和 18 XTALO 、 XTALI 晶振輸出和晶振輸入 23 XCS 片選輸入，低電平有效 28 SCLK 串行總線的時(shí)鐘 29 和 30 SI 和 SO 串行輸入和串行輸出 39 和 46 RIGHT 和 LEFT 右聲道輸出和左聲道輸出 在設(shè)計(jì) VS1003 解碼電路時(shí) ，數(shù)字地與模擬地 必須相互連接并盡量靠近 VS1003 以避免鎖存上拉， 為了能播放 48KHz 采樣率的音頻文件，輸入時(shí)鐘使用 。具體設(shè)計(jì)電路如圖 37 所示。 VS1003 通過 MISO﹑ MOSI﹑ SCK(SPI 接口 )來接收輸入的MP3 數(shù)據(jù)，經(jīng)過 VS1003 內(nèi)置的采樣 DAC 轉(zhuǎn)換為音頻模擬量，最后通過 Left﹑ Right 和Gbuf 輸出。 表 37 VS1003 接口電路 音頻放大模塊 本次課題設(shè)計(jì)采用的音頻功放芯片是 TDA1308， TDA1308 是 AB 類的數(shù)字音頻 (CD)專用耳機(jī)功放芯片。低電壓、低失真 、高速率、強(qiáng)輸出等優(yōu)異的性能是以往的 TDA282TDA7050、 LM386 等 “經(jīng)典 ”功放望塵莫及的。芯片內(nèi)采用 MOS 管輸出，可直接推動(dòng)低桂林電子科技 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 共 58 頁(yè)第 8 頁(yè) 阻抗耳機(jī)。因?yàn)榉庋b和功能引腳位與一般的雙運(yùn)放相同，在特定條件下，也能當(dāng)雙運(yùn)放使用。在低供電電壓條件下，性能比一般的運(yùn)放要好。因其封裝體積小，低電壓低功耗等特點(diǎn)，主要應(yīng)用在便攜式數(shù)字音頻電路中，如 discman，光驅(qū)的耳放電路等。 其引腳配置與功能方框圖如圖 38。 圖 38 TDA1308 引腳配置和功能方框圖 在設(shè)計(jì)音頻放大電路模塊時(shí)，采用了同相放大電路的接法，設(shè)計(jì)電 路如圖 39。輸入信號(hào) 電壓 +A5V 加到運(yùn)放的同相輸入端 “+”和地之間，輸出電壓通過 RV1 和 RV2 的分壓作用，可得電壓增益 Av=1+RV2/RV1，本次設(shè)計(jì)采用 RV1=RV2，使得電壓放大 為原來的兩 倍，輸出至耳機(jī)接口。 圖 39 音頻放大電路 彩晶顯示模塊 顯示器采用奮斗 STM32 開發(fā)板 （ 240*400）， 本次設(shè)計(jì)的 LCD 觸摸屏所采用的控制器為 XPT2046 ,XPT2046 是一種典型的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ SAR ADC），包含了采樣 /保持、模數(shù)裝換、串口數(shù)據(jù)輸出等功能。芯片內(nèi)部集成 有一個(gè) 的內(nèi)部參考電壓，也可以從外部直接輸入?yún)⒖茧妷骸? 其中，接口 采用 MCU 的 FSMC 功 能 ， LCD 片選 CS 采用FSMC_NE1(P88),FSMC_A16(P58)作為 LCD 的 RS 選擇， FSMC_nWE1(P86)作為 LCD 的/WR， FSMC_nOE(P85)作為 LCD 的 /RD， LCD 的 RESET 腳用 CPU 的 PE1（ P98）(LCDRST), FSMC_D0 FSMC_D15 和 LCD 的 D1D8 D10D17 相互連接，觸摸屏接口采用 SPI1 接口，片選位 PB7SPI1CS3,由于 LCD 背光采用 恒流源芯片 PT4101 控制，采用桂林電子科技 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 共 58 頁(yè)第 9 頁(yè) PWM 控制信號(hào)控制背光的明暗， PWM 信號(hào)由 PD13LIGHTPWM 來控制，觸摸電路的中斷申請(qǐng)有 PB6INT 來接收 ，其設(shè)計(jì)電路如圖 310 所示。 圖 310 彩晶顯示電路 復(fù)位模塊 復(fù)位電路如圖 311 所示，當(dāng)接通電源時(shí)，電容 C10 進(jìn)行充電使得 nRST 為高電平。按下復(fù)位按鍵后，電容 C10 放電為低電平實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能。 圖 311 復(fù)位電路 4 FAT 文件系統(tǒng) FAT 文件系統(tǒng)簡(jiǎn)介 MP3 文件﹑ BMP﹑ TXT 等文件在 SD 卡中是以 FAT[11]的文件格式存儲(chǔ)的， FAT 即文件配置表，本系統(tǒng)采用 FAT16/32。以 FAT32 為例，其數(shù)據(jù)信息常分為 5 個(gè)部分： MBR