课程设计说明书——基于触摸的音频播放系统.doc

课程设计说明书 电子电路部分 题 目： 基于触摸的音频播放系统 院 别： 机电学院 专 业： 机械电子工程 班 级： 12机电本 姓 名： 学 号： 2011094243043 指导教师： 二0 一四 年 十二月二十七日 摘 要现代社会随着信息及电子设备产品市场的迅速壮大，以及人们对电子产品智能化、人性化要求的不断提高，触摸屏作为一种便捷的输入接口，得到了广泛的应用。目前，触摸屏的需求动力主要来自于消费电子产品，如手机、PDA、便捷游戏机、便携导航设备等。 但随着触摸屏技术的不断发展，它在其他电子产品中的应用也会得到不断延伸。例如：普通的旧式按钮音频播放系统似乎已经显得跟不上时代的脚步。从旧式按钮到新式触摸，这似乎已经成为了新一代电子电器产品的发展趋势。但是，现在市面上已有的触摸屏控制器普遍价格比较高且性能相对比较固定，一些场合下无法满足用户的实际需求。本文基于上述考虑，根据电阻式触摸屏的工作原理，选用51系列单片机作为控制核心，设计制作一种实用且低成本的基于触摸的音频播放系统。关键词：音频播放、SD卡、触摸屏。 前 言随着信息化、智能化、网络化的发展，嵌入式系统技术的应用也随之提高。目前，嵌入式系统已广泛用于信息家电、移动通信、工业控制、军事电子等领域。电子技术的飞速发展，使得嵌入式设备在各个领域的应用越来越广泛，复杂度也越来越高，对其开发方法也提出了更多的要求和更大的挑战。在嵌入式设备系统开发过程中需要将软件用于操作系统编译连接成一个整体，然后下载到目标机上运行。所以，嵌入式设备的开发过程是一个复杂的过程。因为复杂，所以很有发展的潜力。消费类的电子应用在嵌入系统中所扮演的角色变得越来越重要，尤其是手持类产品更是越来越丰富。这类的产品的体积通常较小，价位通常相对较低，对于功耗的要求也相对的严格许多。也因此先进设计的焦点已经不只是放在传统的性能上，低功耗和低成本已经转而变成最重要的因素之一。本设计研究的是在播放多媒体的应用之下，以降低运行频率，降低功耗这个重要特性为目标，对软件和硬件两方面分别作分析、评估和优化，以达到所设立的目标。硬件方面，分析了MP3的算法后，找出最迫切需要硬件加速的部分。通过验证系统可行性，期望能以尽量小的硬件成本，达到尽量好的加速效果。希望此研究分析的经验及成果，能成为以后开发一个特殊应用平台时的基础。 目 录前 言1一、系统的主要功能、作用以及主要技术性能指标11.1系统的主要功能11.2作用11.3主要技术性能指标1二、 总体设计22.1系统整体方案设计22.2工作原理22.3SD卡读写原理：3（1）SD卡的引脚定义：3（2）SD卡引脚功能详述：32.4SD卡SPI模式下与单片机的连接图:42.5SD卡支持两种总线方式：42.6SPI方式驱动SD卡的方法42.7SD卡命令传输：52.8电子电路部分组成原理框图7三、系统设计73.1最小系统图73.2SD卡接口图83.3VS1003图83.4TEA5767 RADIO收音模块图93.5主程序流程图93.6SD读写与主要流程图103.6.1初始化103.6.2数据块的读写10四、 设计总结11附录1电路原理图13附录2源程序及程序注释16附录318附录 418参考文献18一、系统的主要功能、作用以及主要技术性能指标1.1系统的主要功能本设计为一可以读取SD卡的音频播放系统，整机以STC12C5A60S2(51增强版）单片机为核心，通过vs1003多功能解码芯片解读SD卡音频文件，可以通过按钮控制播放功能，包括：音量的调整，播放音乐的切换、暂停和停止等功能。1.2作用 本系统采用单片机作为整个控制核心。控制系统的四个模块为：显示模块、存储模块、触摸模块与音频模块。该系统利用单片机来显示菜单功能，通过从触摸屏幕芯片取出触摸的数据传给单片机加以分析转换，得到触摸坐标。单片机就可以根据相对应的坐标来判断要进行什么样的操作，对于主要功能音乐播放操作，通过从SD卡读取数据送给单片机进行分析译码；用其自带的PWM功能来输出原始的音频信号，达到基本音乐播放器的效果，同时也达到了触摸屏的基本控制要求。在这科技进步速度飞快的社会，触屏式的MP3会取代旧式按钮式的MP3，通过这次设计大概了解到了现代触屏音乐播放器的一点原理与思想，对将来的个人能力发展得到了一个较好的准备。 1.3主要技术性能指标1. VS1003成功解码SD卡信息并传输给STC12C5A60S2单片机。2. 通过STC12C5A60S2单片机能成功执行预定指令。2、 总体设计2.1系统整体方案设计方案一：采用高性能32位处理器STM32为处理核心，以SD卡为外部储存器，结合TFT电容触摸屏来完成功能强大的音乐播放器。功能强大，处理速度快；但是开发周期长，价格较贵。方案二：采用STC12C5A60S2(51增强版）为处理核心，以多个外扩FLASH芯片为外部储存器，结合TFT电阻屏来完成功能一般的音乐播放器。性价比高；但外扩FLASH芯片写入麻烦，使用不方便，处理速度一般，功能一般。 方案三：采用STC12C5A60S2(51增强版）为处理核心，以SD卡为外部储存器，结合TFT电阻屏来完成满足功能的音乐播放器。性价比高，使用方便，开发周期相对较短；但处理速度一般，功能一般。 综合开发周期、价格、以及各方面因素，本设计采用方案三。2.2工作原理 通过vs1003多功能解码芯片解读SD卡音频文件，将SD卡读取数据送给单片机进行分析译码；用其自带的PWM功能来输出原始的音频信号，达到基本音乐播放器的效果。2.3SD卡读写原理： （1）SD卡的引脚定义：（2）SD卡引脚功能详述：引脚编号SD模式SPI模式名称类型描述名称类型描述1CD/DAT3IO或PP卡检测/数据线3#CSI片选2CMDPP命令/回应DII数据输入3VSS1S电源地VSSS电源地4VDDS电源VDDS电源5CLKI时钟SCLKI时钟6VSS2S电源地VSS2S电源地7DAT0IO或PP数据线0DOO或PP数据输出8DAT1IO或PP数据线1RSV9DAT2IO或PP数据线2RSV注：S：电源供给I：输入O：采用推拉驱动的输出 PP：采用推拉驱动的输入输出 2.4SD卡SPI模式下与单片机的连接图:2.5SD卡支持两种总线方式：SD方式与SPI方式。其中SD方式采用6线制，使用CLK、CMD、DAT0DAT3进行数据通信。而SPI方式采用4线制，使用CS、CLK、DataIn、DataOut进行数据通信。SD方式时的数据传输速度与SPI方式要快，采用单片机对SD卡进行读写时一般都采用SPI模式。采用不同的初始化方式可以使SD卡工作于SD方式或SPI方式。这里只对其SPI方式进行介绍。2.6SPI方式驱动SD卡的方法SD卡的SPI通信接口使其可以通过SPI通道进行数据读写。从应用的角度来看，采用SPI接口的好处在于，很多单片机内部自带SPI控制器，不光给开发上带来方便，同时也见降低了开发成本。然而，它也有不好的地方，如失去了SD卡的性能优势，要解决这一问题，就要用SD方式，因为它提供更大的总线数据带宽。SPI接口的选用是在上电初始时向其写入第一个命令时进行的。以下介绍SD卡的驱动方法，只实现简单的扇区读写。2.7SD卡命令传输：SD卡自身有完备的命令系统，以实现各项操作。命令格式如下：命令的传输过程采用发送应答机制，过程如下： 每一个命令都有自己命令应答格式。在SPI模式中定义了三种应答格式，如下表所示：字节位含义17开始位，始终为06参数错误5地址错误4擦除序列错误3CRC错误2非法命令1擦除复位0闲置状态字节位含义17开始位，始终为06参数错误5地址错误4擦除序列错误3CRC错误2非法命令1擦除复位0闲置状态27溢出，CSD覆盖6擦除参数5写保护非法4卡ECC失败3卡控制器错误2未知错误1写保护擦除跳过，锁解锁失败0锁卡字节位含义17开始位，始终为06参数错误5地址错误4擦除序列错误3CRC错误2非法命令1擦除复位0闲置状态25全部操作条件寄存器，高位在前2.8电子电路部分组成原理框图SD卡STC12C5A60S2(51增强版） vs1003输出音频三、系统设计3.1最小系统图3.2SD卡接口图3.3VS1003图3.4TEA5767 RADIO收音模块图3.5主程序流程图开始NBYNBY运行触摸菜单程序触摸屏幕？显示初始化SD卡失败显示SD卡信息SD卡初始化成功？ 初始化外设 3.6SD读写与主要流程图3.6.1初始化 对SD卡进行操作首先要对SD卡进行初始化，初始化的过程中设置SD卡工作在SPI模式，其具体流程图如图所示：3.6.2数据块的读写完成SD卡的初始化之后即可进行它的读写操作。SD卡的读写操作都是通过发送SD卡命令完成的。读SD卡的命令字为CMD17，接收正确的第一个响应命令字节为0xFE，随后是512个字节的用户数据块，最后为2个字节的CRC验证码。而写的方法类似。 可见，读写SD卡的操作都是在初始化后基于SD卡命令和响应完成操作的，读SD卡的程序流程图如图所示：4、 设计总结通过这次课程设计，我深刻明白了理论知识与社会实践相结合的道理，也得到了以前书本知识所不曾得到的知识，更加明白了如今信息时代电子技能知识的重要性以及学以致用的道理。通过此次的基于触摸的音频播放系统设计，增强了我对实际通信技术、电子信息等方面的认识，掌握了分析、处理问题的方法、逻辑思维能力等基本技能的训练，具有了一定程度的实际工作能力。面对如此激烈的市场竞争体系，只有努力掌握好电子通信知识方可在竞争中立于不败之地，我对从事电子设计、C语言编程和研究产生了浓厚的兴趣。希望自己以后能通过自己的不懈努力取得更大的进步。从上述单片机计术的发展现状与趋势来看，可以认为单片机又一次进入了蓬勃发展的新高潮。而这一次发展高潮涉及的范围更广，技术更新更难，影响力和影响面也更宽，势必对整个信息产业产生更加深远的影响，值得密切注视和研究。由于知识水平的局限，设计中可能会存在着一些不足，我真诚的接受老师与同学的批评和正。附录1电路原理图VS1003附录2源程序及程序注释VS1003读写函数如下 u16 Vs1003_REG_Read(u8 address);/读寄存器 void Vs1003_DATA_Write(unsigned char * buf);/写数据 void Vs1003_CMD_Write(u8 address,u16 data);/写命令 void Vs1003_Init(void); /初始化VS1003 void Mp3Reset(void); /硬复位 void Vs1003SoftReset(void); /软复位 void set1003(void); /设置VS1003的音量,播放模式等 void VsRamTest(void); /RAM测试 void VsSineTest(void); /正弦测试 u16 GetDecodeTime(void); /得到解码时间 u16 GetHeadInfo(void); /得到比特率 void ResetDecodeTime(void);/重设解码时间 void LoadPatch(void); /加载频谱分析代码 void GetSpec(u8 *p); /得到分析数据SD卡读写函数如下： u8 SPI_ReadWriteByte(u8 TxData); /SPI总线读写一个字节 u8 SD_WaitReady(void); /等待SD卡就绪 u8 SD_SendCommand(u8 cmd, u32 arg, u8 crc); /SD卡发送一个命令 u8 SD_SendCommand_NoDeassert(u8 cmd, u32 arg, u8 crc); u8 SD_Init(void); /SD卡初始化 u8 SD_ReceiveData(u8 *data, u16 len, u8 release);/SD卡读数据 u8 SD_GetCID(u8 *cid_data); /读SD卡CID u8 SD_GetCSD(u8 *csd_data); /读SD卡CSD u32 SD_GetCapacity(void); /取SD卡容量 u8 SD_ReadSingleBlock(u32 sector, u8 *buffer); /读一个sector u8 SD_WriteSingleBlock(u32 sector, const u8 *buffer); /写一个sector u8 SD_ReadMultiBlock(u32 sector, u8 *buffer, u8 count); /读多个sector u8 SD_WriteMultiBlock(u32 sector, const u8 *data, u8 count); /写多个sector 附录3使用元器件一览表：序号名称型号规格数量备注1单片机芯片STC