【文章內(nèi)容簡介】 os Parameter Block）的本分區(qū)參數(shù)記錄表。引導程序的主要任務是當 MBR 將系統(tǒng)控制權交給它時，判斷本分區(qū)根目錄是否有操作系統(tǒng)引導文件，如果有則將其讀入內(nèi)存，并把控制權交給該文件。 BPB 參數(shù)塊記錄著本分區(qū)的起始扇區(qū)、結束扇區(qū)、文件存儲格式、畢業(yè)論文 5 根目錄大小、 FAT 個數(shù)，分配單元大小等重要參數(shù)。 FAT 區(qū) 該區(qū)內(nèi)容為文件分配表， FAT16 文件系統(tǒng)進行空 間分配的最基本單位是簇。文件分配表反映了 SD 卡所有簇的使用情況，通過查文件分配表可以得知任一簇的使用情況。對于 FAT16 來說， FAT 表每項占用兩個字節(jié)。 FAT 表的第一項通常為 FFF8H。對于其它項，若其值為 0000H 表示可用； FFF7H 表示為壞簇； FFF8HFFFFH 之間表示該簇為某文件或目錄的最后一個簇， FFF0HFFF6H 之間為保留值；其它值則指示下一個簇的簇號。 FDT 區(qū) 該區(qū)的內(nèi)容為文件目錄表， FAT 文件系統(tǒng)的一個重要思想是把目錄（文件夾）當作一個特殊的文件來處理， FAT32 甚至將根 目錄當作文件處理。 FAT 分區(qū)中所有目錄文件，實際上可以看作是一個存放其它文件（文件夾）入口參數(shù)的數(shù)據(jù)表。因此，目錄占用空間的大小并不等同于其下所有數(shù)據(jù)的大小，但也不等于 0，通常是占很小的空間。其具體的存儲原理是：不管目錄文件所占空間為多少簇，一簇為多少扇區(qū)、多少字節(jié)；系統(tǒng)都會以 32 個字節(jié)為單位，進行目錄文件所占簇的分配。 DATA 區(qū) 該數(shù)據(jù)區(qū)存放文件的內(nèi)容， SD 卡所占用的空間絕大部分為此部分。如果文件長度大于一個簇的大小，需要多個簇存放該文件，這些放通過 FAT 鏈表串連起來。 音頻編解碼器 音頻編碼解碼器芯片主要由圍繞一些處理硬件的一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)和一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC)組成，但它們只是眾所周知的海底冰山露出來的一角。最近一段時間，大部分工程師認為音頻編解碼器就是在 DSP 平臺上運行的壓縮和解壓縮算法。在整個音頻頻率范圍里，“語音”編解碼器適合數(shù)字電話應用，而“音頻”編解碼器則適合娛樂音頻應用。 在這個意義上，音頻編解碼器是從 Dolby 公司的噪音抑制技術演變成 Dolby 和其它一些公司更綜合性的壓縮方法。它們的出現(xiàn)還與國際標準組織 (ISO)的運動圖像專家小組 (MPEG)有關，該工作小組 負責為數(shù)字音頻和視頻的編碼表示制定相應的畢業(yè)論文 6 標準。 盡管語音編解碼器技術的發(fā)展一定程度上處于靜止狀態(tài)，但音頻編解碼器技術一直在向前演進。 液晶顯示器 定義： 通常，我們在數(shù)字式電子表與手提電腦上所看到的顯示數(shù)字之玻璃薄片即稱之為液晶顯示器（ Liquid Crysplay，簡稱 LCD）。 優(yōu)點： 平面型顯示，體積小，重量輕，功耗低，驅(qū)動電壓低，可用大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動，可以在明亮的境下顯示，不含有害射線等。 種類： ①按顯示方式，可分為透射型、反射型的投影顯示三大類。 ②按顯示機理，可分為如下五種： TN（ Twist Nematic）扭曲向列型 HTN（ High Twist Nematic）高扭曲向列型 STN（ Super Twist Nematic）超扭曲向列型 FSTN（ Film Super Twist Nematic）薄膜超扭曲向弄列型 TFT（ Thinfilm Transistor）薄膜晶體管 電路焊接 在焊接模塊外引線、接口電路時，應按如下規(guī)程進行操作： 1）烙鐵頭溫度小于 280℃。 2）焊接時間小于 3~4s。 3）焊接材料：共晶型、低熔點。 4）不要使用酸性助焊劑，一般選擇松香。 5）重 復焊接不要超過 3 次，且每次重復需間隔 3 分鐘。 畢業(yè)論文 7 第三章 系統(tǒng)總體方案設計 設計目標 本文采用 STM32 系列微控制器，結合解碼芯片 VSl00 SD 卡、 LCD 等外圍設備設計并實現(xiàn)了 MP3 播放器。其主要功能有：播放 VSl003 支持的所有音頻文件，如 MP WMA、 WAV 文件，且音質(zhì)非常好；通過搖桿控制播放上一首／下一首、音量增減等；通過 LCD 顯示歌曲名字和播放狀態(tài)；本系統(tǒng)還實現(xiàn)了讀卡器功能， PC 機可通過 USB 接口直接對開發(fā)板上的 SD 卡進行讀寫操作，以方便拷貝音頻文件。 設計原理 中央處理器工作原理 STM32 處理器 CortexM3 是 ARM 公司最新推出的基于 ARMv7 體系架構的處理器核，具有高性能、低成本、低功耗的特點，專門為嵌入式應用領域設計。 ARMv7 架構采用了 Thumb2 技術，它是在 ARM 的 Thumb 代碼壓縮技術的基礎上發(fā)展起來的，并且保持了對現(xiàn)存 ARM 解決方案完整的代碼兼容性 \[3\]。 Thumb2技術比純 ARM 代碼少使用 31%的內(nèi)存，減小了系統(tǒng)開銷，同時能夠提供比 Thumb 技術高出 38%的性能。 在中斷處理方面， CortexM3集成了嵌套向量中斷控制器 NVIC(Nested Vectored Interrupt Controller)。 NVIC 是 CortexM3 處理器的一個緊耦合部分，可以配置1~240 個帶有 256 個優(yōu)先級、 8 級搶占優(yōu)先權的物理中斷，為處理器提供出色的異常處理能力。同時，搶占（ Pre emption）、尾鏈（ Tail chaining）、遲到技術（ Late arriving）的使用，大大縮短了異常事件的響應時間。 CortexM3 異常處理過程中由硬件自動保存和恢復處理器狀態(tài)，進一步縮短了中斷響應時間，降低了軟件設計的復雜性。 CortexM3 體系架構提出了 新的單線調(diào)試技術， CortexM3 處理器的跟蹤調(diào)試是通過調(diào)試訪問端口 (Debug Access Port， DAP)來實現(xiàn)的。 DAP 端口可以作為串行線調(diào)試端口（ SWDP）或串行 JTAG 調(diào)試端口（ SWJDP，允許 JTAG 或 SW協(xié)議）使用。其中 SWDP 只需要時鐘和數(shù)據(jù) 2 個引腳，實現(xiàn)低成本跟蹤調(diào)試，避免畢業(yè)論文 8 使用多引腳進行 JTAG 調(diào)試，并全面支持 RealView 編譯器和 RealView 調(diào)試產(chǎn)品。此外 CortexM3 還具備高度集成化的特點，大大減小了芯片面積，內(nèi)部集成了許多緊耦合系統(tǒng)外設，合理利用了芯片空間，使系統(tǒng)滿足下 一代產(chǎn)品的控制需求。 STM32 系列是基于 CortexM3 核的微控制器，它在 CortexM3 內(nèi)核的基礎上擴展了高性能的外圍設備。 電源部分原理 電源設計是一個系統(tǒng)設計中的關鍵部分，對于整個系統(tǒng)，一個穩(wěn)定的、具有一定功率的電源和合理的電源管理是必不可少的。本系統(tǒng)有以下幾種電源： CPU 的內(nèi)核數(shù)字和模擬電源電壓 + V， CPU 的 I／ O 口數(shù)字和模擬電源電壓 + V、總線的隔離電源、 LCD 的驅(qū)動電源、 LCD 的背光逆變電源、其他外圍設備電源電壓 +5 V等電源。 音頻解碼器介紹 VS1003 是一個單片 MP3/WMA/MIDI 音頻解碼器和 ADPCM 編碼器。它包含一個高性能，自主產(chǎn)權的低功耗 DSP 處理器核 VS_DSP4，工作數(shù)據(jù)存儲器，為用戶應用提供 5KB 的指令 RAM 和 的數(shù)據(jù) RAM。串行的控制和數(shù)據(jù)接口， 4 個常規(guī)用途的 I/O 口，一個 UART，也有一個高品質(zhì)可變采樣率的 ADC 和立體聲 DAC，還有一個耳機放大器和地線緩沖器。其具體特性如下： ●能解碼 MPEG 1 和 MPEG2 音頻層 III（ CBR+VBR+ABR）； WMA 5384kbps 所有流文件； WAV(PCM+IMAADPCM)。產(chǎn)生 MIDI/SPMIDI 文件。 ●對話筒輸入或線路輸入的音頻信號進行 IMAADPCM 編碼 ●支持 MP3 和 WAV 流 ●高低音控制 ●單時鐘操作 12..13MHz ●內(nèi)部 PLL 鎖相環(huán)時鐘倍頻器 ●低功耗 ●內(nèi)含高性能片上立體聲數(shù)模轉(zhuǎn)換器，兩聲道間無相位差 ●內(nèi)含能驅(qū)動 30 歐負載的耳機驅(qū)動器 ●模擬，數(shù)字， I/O 單獨供電 ●為用戶代碼和數(shù)據(jù)準備的 片上 RAM 畢業(yè)論文 9 ●串行的控制，數(shù)據(jù)接口 ●可被用作微處理器的從機 ●特殊應用的 SPI Flash 引 導 ●供調(diào)試用途的 UART 接口 ●新功能可以通過軟件和 4 GPIO 添加 圖 VS1003 芯片 液晶顯示原理 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（ CGROM)已經(jīng)存儲了 160 個不同的點陣字符圖形，如表（ 1）所示，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“ A”的代碼是 01000001B（ 41H），顯示時模塊把地址 41H 中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“ A” 表 LCD1602 字符表 畢業(yè)論文 10 控制模塊 方案一： 此方案采用 89C51 單片機實現(xiàn)，單片機軟件編程自由度大，可用編程實現(xiàn)各種控制算法和邏輯控制。但是 89C51 需外接模數(shù)轉(zhuǎn)換器來滿足數(shù)據(jù)采樣。如果系統(tǒng)增加語音播放功能，還需外接語音芯片，對外圍電路來說，比較復雜，且軟件實現(xiàn)也較麻煩。另外， 51 單片機需要用仿真器來實現(xiàn)軟硬件調(diào)試，較為繁瑣。 方案二 :此方案采用 SPCE061A 單片機實現(xiàn)，此單片機內(nèi)置 8 路 ADC， 2 路 DAC，且集成開發(fā)環(huán)境中，配有很多語音播放函數(shù)，用 SPCE061A 實現(xiàn)語音播 放相對方便。但 5V 的工作電壓， 16 位的處理器芯片，較低的閃存，使得功耗比較大，處理速度比較慢，工作效率比較低，存儲量受到限制。 方案三： 此方案采用 STM32V100 ARM 板實現(xiàn)，它使用高性能的 ARM CortexM3 32位的 RISC 內(nèi)核，工作頻率為 72MHz，內(nèi)置高速存儲器 (高達 128K 字節(jié)的閃存和20K 字節(jié)的 SRAM)，豐富的增強型 I/O 端口以及包含 2 個 12 位的 ADC、 3 個通用16 位定時器和一個 PWM 定時器。使得處理速度大大提高，機器功耗大大降低，整體性能得到很大提高。 32 位的處理器使得控制更加穩(wěn)定 、迅速，窗口型看門狗，使得程序運行更加高效。另外，比較方便的是該板支持硬件仿真，通過 Ulink 仿真器可以方便實現(xiàn)在線逐步調(diào)試，這大大方便了系統(tǒng)的開發(fā)與調(diào)試工作。 電源模塊 1）在各種電子設備中，直流穩(wěn)壓電源是必不可少的組成部分，它是電子設備唯一能量來源，它的設計思路可以根據(jù)我們以前學過的模電知識來完成，既做一個穩(wěn)壓電源，將交流 220V 的電壓經(jīng)過變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個部分，輸出我們想要得的 +5V 電壓。 2）可以用四節(jié)干電池和穩(wěn)壓三極管進行穩(wěn)壓，從而得到我們要用的 +5V 直流電壓 ,通 過外接排針 CN12，從外板供電。 3）可以通過主板上 USB 端口 (CN1)供電，供電電流小于 500mA。 出于調(diào)試的方便和即插即用性，以及本系統(tǒng)的側(cè)重點在 MP3 播放器上，所以我采用 USB 為系統(tǒng)供電，如此一來使系統(tǒng)的實現(xiàn)變得更加簡便、迅速。 畢業(yè)論文 11 音頻解碼器模塊 VS1003 特性： VS1003 可以作為一個微控制器的從機，通過串行 SPI 接口來接收輸入的比特流，輸入的比特流被解碼后，可以通過一個數(shù)字音量控制器到達一個 18 位過采樣多位 DAC。 通過串行總線控制解碼器。 這樣利用一個 VS1003 芯片與 STM32F103x處理器配合， STM32 處理器讀取 SD 卡中的 MP3 文件，將其通過 SPI 接口送往VS1003 芯片播放，然后再利用 STM32F10X 處理器的一些 GPIO 口來控制 VS1003即可以實現(xiàn)一個 MP3 Player 的原形設計。 顯示模塊 1）常見的基于單片機設計的音樂播放器基本不能顯示歌曲。該音樂播放系統(tǒng)設計上增加液晶顯示器， LCD 顯示模塊主要完成數(shù)據(jù)顯示、輸出數(shù)據(jù)與顯示數(shù)據(jù)的同步等功能，可為使用者提供曲目信息。由于 LED 數(shù)碼管只能顯示數(shù)字而無法顯示其他中英文字符，并對成本及功能考慮，因此從設 計的成本及功能的角度考慮，采用 LCD1602 顯示模塊，它可以顯示每目的英文名字。 LCD1602 驅(qū)動電路簡單，可以由 CPU 輸出命令驅(qū)動。 2）又由于 STM32V100 開發(fā)板中沒有液晶控制器的功能模塊，如果所選擇的液晶屏內(nèi)部也沒有液晶控制器，那么，要使 CPU 可以對液晶進行控制，就必須加設計一個液晶驅(qū)動控制電路。另外，由于液晶用來顯示調(diào)節(jié)播放音量的 ADC 轉(zhuǎn)換值和歌曲的順序，所以字符型的 LCD1602 基本上能夠滿足顯示要求。又由于系統(tǒng)設計時間的限制，因此本系統(tǒng)中選擇自帶控制器的液晶屏 LCD1602 液晶顯示。其連接電 路圖如圖 所示。 圖 LCD 液晶管腳連接圖 畢業(yè)論文 12 最終設計方案 通過上述論證，本系統(tǒng)采用 STM32 作為微控制器， VS1003 作為解碼芯片，采用 SD 卡存儲 MP3/WMA 文件， LCD 作為顯示器件，最終完成 MP3 的播放設計。同時PC 機可以通過 USB 接口操作開發(fā)板上 SD 卡中的文件，也可以通過串口通信控制音樂播放。具體