基于STM32的录音机的仿真设计

1 课程论文 题 目 基于 STM32 的录音机的仿真设计 课程名称 ARM 嵌入式系统 学生姓名 马珂 学生学号 1305010323 系 别 电子工程学院 专 业 通信工程 年 级 13 级 2 班 任课教师 权循忠 电子工程学院制 成绩成绩 2 目目 录录 1 1 摘要 摘要 3 3 2 2 关键字 关键字 3 3 3 3 引言 引言 3 3 4 4 录音机录音机设计方案制定设计方案制定 3 3 4 14 1 系统总体设计方案系统总体设计方案 3 3 4 24 2 硬件硬件设计设计 4 4 4 34 3 软件软件设计设计 1010 5 5 系统调试与测试结果分析 系统调试与测试结果分析 1313 5 15 1 程序编译程序编译 1313 5 25 2 波形仿真波形仿真 1313 6 6 总结及心得体会 总结及心得体会 1313 7 7 参考文献 参考文献 1313 8 8 附录 附录 1313 3 基于基于 STM32STM32 的录音机的仿真设计的录音机的仿真设计 学生 马珂 指导教师 权循忠 电子工程学院 通信工程 1 1 摘要摘要 此次仿真设计是设计一个简单的录音机 可以实现录音功能 通过 proteus 设计硬件和 Keil5 设计软件最后完成基于 STM32 的录音机仿真设计 本次录音机的仿真设计难点主要是波形仿真 通过 Keil5 软件的多理解和程序 的正确编译最后进行仿真 结果可以看到波形仿真图 2 2 关键字 关键字 STM32 录音机 仿真设计 3 3 引言 引言 随着生活水平的提高 人们对消费电子的需求也越来越高 录音机作为一 种可以记录声音的电子产品 在生活中应用广泛 也广泛应用于其他电子设备 中 录音机即是把声音记录下来以便重放的机器 他以硬磁性材料为载体 利 用磁性材料的剩磁特性将声音信号记录在载体 一般都具有重放功能 STM32 开发板具有一颗非常强劲的 MP3 解码芯片 VS1053 该芯片可以实现 MP3 WAV 等各种音频文件的播放 VS1053 拥有一个高性能的 DSP 处理器核 VS DSP 通 过 SPI 控制 芯片内部还带有一个可变采样率的立体声 ADC 一个高性能立体 声 DAC 和音频耳机放大器 因此用 STM32 来仿真设计录音机有大的方便 4 4 录音机 录音机设计方案制定设计方案制定 4 14 1 系统总体设计方案系统总体设计方案 此次设计是通过 STM32 设计一个简单的录音机 可以实现录音 通过 Proteus 实现硬件电路和 Keil5 实现程序编译和仿真 首先设计硬件电路 实 现外部硬件连接 然后设计软件部分 画出流程图 设计程序 最后进行编译 和仿真 总体构图如下 4 图图 1 1 总体设计框图总体设计框图 ProteusProteus 软件介绍软件介绍 Proteus 软件是英国 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具软件 它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能 还能仿真单片机及外围器件 它是 目前最好的仿真单片机及外围器件的工具 虽然目前国内推广刚起步 但已受 到单片机爱好者 从事单片机教学的教师 致力于单片机开发应用的科技工作 者的青睐 Proteus 是世界上著名的 EDA 工具 仿真软件 从原理图布图 代 码调试到单片机与外围电路协同仿真 一键切换到 PCB 设计 真正实现了从概 念到产品的完整设计 是目前世界上唯一将电路仿真软件 PCB 设计软件和虚 拟模型仿真软件三合一的设计平台 其处理器模型支持 8051 HC11 PIC10 12 16 18 24 30 DsPIC33 AVR ARM 8086 和 MSP430 等 2010 年即将增加 Cortex 和 DSP 系列处理器 并持续增加其他系列处理器模型 在编译方面 它也支持 IAR Keil 和 MPLAB 等多种编译器 KeilKeil 软件介绍软件介绍 RVMDK 源自德国的 KEIL 公司 是 RealView MDK 的简称 在全球 RVMDK 被超过 10 万 的嵌入式开发工程师使用 RealView MDK 集成了业内最领先的 技术 包括 Vision3 集成开发 环境与 RealView 编译器 支持 ARM7 ARM9 和最新的 Cortex M3 核处理器 自动配置启动 代码 集成 Flash 烧写模块 强大的 Simulation 设备模拟 性能分析等功能 与 ARM 之前的工具包 ADS1 2 相比 RealView 编译器具有代更小 性能更高的优点 RealView 编译器与 ADS 2 的比较 代码密度 比 ADS1 2 编译的代码尺寸 小 10 代码性能 比 ADS1 2 编译的代码性能提高 20 目前 RVMDK 的最新版本是 RVMDK4 6 4 0 以上的版本的 RVMDK 对 IDE 界面进行了很 大 改变 并且支持 Cortex M0 内核的处理器 4 24 2 硬件硬件设计设计 1 1 电路设计思路电路设计思路 设计思路 硬件设计软件设计编译仿真 算法流程程序设计 5 此次设计为录音机实验设计 所以实验所需要的硬件有指示灯 LED DS0 和 DS1 按键 WK UP KEY0 KEY1 KEY2 TPAD 串口 TFTLCD 模块 SD 卡 SPI FLASH 音频选择 74HC4052 音频输出 TDA1308T 音频编解码 VS1053 等 硬件 其中 TPAD 是电容触摸按键 用于播放最近一次录音 因此需要示灯 DS0 和 DS1 按键 串口 TFTLCD 模块 SD 卡 SPI FLASH 74HC4052 TDA1308 VS1053 和 STM32 的连接图 外部硬件电路设计过程如下 图图 2 2 硬件电路设计框图硬件电路设计框图 STM32F103ZET6 触摸显示音频输出 音频切换 音频编码 串口 SD 卡 SPI FLASH 电源部分 指示灯 耳机插口 6 2 2 电路连接和部分芯片简介电路连接和部分芯片简介 所有的连接图都通过 proteus 软件画出 因为 proteus 并没有直接的 STM32 等元件 所以通过元件制作画出 首先绘制元件图形模型 然后放置元 件引脚 最后编辑制作元器件 把制作出的 STM32 LCD SD 卡 SPI FLASH TDA1308 74HC4052 VS1053 和按键 LED 连接在一起 形成外围硬件 连接图 1 按键 LED 串口简介以及和 STM32 的连接图如下 KEY0 KEY1 KEY2 用作普通按键输入 分别连接在 PE4 PE3 PE2 上 这三 个按键都是低电平触发的 这里并没有使用外部上拉电阻 但是 STM32 的 I O 作为输入的时候 可以设置上拉电阻 所以使用 STM32 的内部上拉电阻来为按 键提供上拉 WK UP 按键连接在 PA0 上 除了可以作普通按键外 还可以用作 STM32 的唤醒输入 这个按键时高电平触发的 这些按键用来控制 LED 和录音 的开始暂停等其他按键操作 LED0 LED1 连接在 PB5 和 PE5 上 PWR 为电源指 示灯 按键 TPAD 是电容触摸按键 并没有直接连接在 MCU 上 而是接在多功 能端口上 串口通过 USART1 RX 和 USART1 TX 连接在 MCU 上 具有单线通信等 功能 图图 3 3 STM32STM32 LEDLED 按键 串口硬件连接 按键 串口硬件连接 2 TFT LCD 简介以及和 STM32 的连接图如下 TFT LCD 是薄膜晶体管液晶显示器 可有效的克服非选通时的串扰 使液 晶显示屏的静态图像与扫描数无关 大大提高图像质量 硬件连接的 TFT LCD 是一个通用的液晶模块接口 OLED 是一个给 OLED 显示模块供电的接口 拼接 7 在一起组和成一个组合接口 接在 TFT LCD 上就可以了 而 TFT LCD 模块通过 STM32 的 I O 接口接在 MCU 上 显示模块的 T MISO T PEN T CS T SCK 用来实 现对液晶触摸屏的控制 LCD BL 控制背光 液晶复位信号 RESET 直接连接在复 位按钮上 和 MCU 共用一个复位电路 图图 4 4 STM32STM32 LCDLCD 硬件连接硬件连接 3 SD 卡简介以及和 STM32 的连接图如下 SD 卡中文翻译是安全数码卡 是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆 设备 广泛应用于照相机等多媒体设备上 硬件连接的 SD 卡 P10 P11 P12 构成 SD 卡接口方式选择接口 可以用来设置 SD 卡是工作在 SDIO 模式还是工 作在 SPI 模式 这次的设计是用 SPI 模式 因此将 P10 的 SD DT3 SD CMD SD SCK SD DT0 分别同 P12 的 SD CS SPI2 MOSI SPI2 SCK SPI2 MISO 连接起来 实现 SD 卡和 STM32 的硬件 连接 8 图图 5 5 STM32STM32 SDSD 卡硬件连接卡硬件连接 4 SPI FLASH 简介以及和 STM32 的连接图 SPI 是串行外围设备接口 是一种高速的 全双攻 同步的通信总线 SPI FLASH 芯片型号是 W25Q64 该芯片的容量是 64Mbit 也就是 8MB 硬件连接中 的 SPI FLASH 模块 也就是 W25Q64 通过 SPI2 和 STM32 连接在一起 F CS 连接 在 MCU 的 PB12 上 SPI2 SCK SPI2 MOSI SOI2 MISO 分别连接在 MCU 的 PB13 PB14 PB15 上 图图 6 6 STM32STM32 SPISPI FLASHFLASH 模块硬件连接模块硬件连接 5 74HC4052 TDA1308 简介以及和 STM32 的连接图 74HC4052 是一个模拟开关 实现对音频的切换 它是一个双 4 路模拟开关 TDA1308 是 AB 类的数字音频专用耳机功放 IC 具有低电压 低失真 高效率 等优秀功能 硬件连接中的 74HC4052 模块 MP3 LEFT MP3 RIGHT 是连接在 9 VS1053 上的音频输出端 PADIO L PADIO R 是 RDA5820 的音频输出端 A OUTR A OUTL 是连接在 TDA1308 上的输入端 PWM AUDIO 是来自外部音源输 入 ASEL A ASEL B 则是直接连接在 MCU 上的 PD7 和 PB7 上 用来控制 74HC4052 的通道选择 TDA1308 的 A OUTR A OUTL 则正好是来自 74HC4052 的 音频输出信号 图图 7 7 STM32STM32 74HC405274HC4052 TDA1308TDA1308 硬件连接硬件连接 6 VS1053 简介以及和 STM32 的连接图 VS1053 是一颗非常强劲的 MP3 解码芯片 该芯片可以实现 MP3 WAV 等各种 音频文件的播放 VS1053 拥有一个高性能的 DSP 处理器核 VS DSP 通过 SPI 控制 芯片内部还带有一个可变采样率的立体声 ADC 一个高性能立体声 DAC 和音频耳机放大器 硬件连接中的 VS1053 模块 MP3 LEFT MP3 RIGHT 这两个 信号是连接在 74HC4052 上的 通过模拟开关选择是否输出 MP3 音源 TP1 TP2 TP3 是 3 个测试点 用于测试 VS1053 通过 7 根线连接到 MCU 上 VS1053 通过 STM32 的 SPI1 访问 VS MISO VS MOSI VS SCK VS SDCS VS DREQ VS RST7 根线分别连接到 MCU 的 PA6 PA7 PA5 PF7 PF6 PC13 PE6 上 10 图图 8 8 STM32STM32 VS1053VS1053 硬件连接硬件连接 4 34 3 软件软件设计设计 1 1 算法流程 算法流程 11 图图 9 9 算法流程图算法流程图 算法流程图思想 首先初始化 VS1053 及其他硬件 然后进行 RAM 测试和正弦测试 之后加 12 载 SD 卡和 FLASH 在显示屏上显示加载的信息 之后检测 SD 卡并更新字库 之后设置录音模式 录音开始后会在屏幕上看到录音文件和录音时间 完成录 音后可以通过按键试听录音 2 2 部分源代码部分源代码 include sys h include usart h include delay h include led h include lcd h include key h include usmart h include malloc h include MMC SD h include ff h include exfuns h include fontupd h include text h include vs10XX h include mp3player h include recorder h int main void u8 key fontok 0 Stm32 Clock Init 9 delay init 72 uart init 72 9600 LCD Init LED Init KEY Init VS Init usmart dev init 72 mem init exfuns init f mount fs 0 0 1 f mount fs 1 1 1 RST POINT COLOR RED LCD ShowString 60 50 200 16 16 RECORDER TEST LCD ShowString 60 90 200 16 16 KEY0 STOP LCD ShowString 60 110 200 16 16 KEY1 REC PAUSE LCD ShowString 60 130 200 16 16 WK UP PLAY 13 LCD ShowString 60 150 200 16 16 2015 12 11 while SD Initialize LCD ShowString 60 170 200 16 16 SD Card Error delay ms 200 LCD Fill 20 170 200 20 170 16 WHITE delay ms 200 fontok font init if fontok LCD Clear WHITE POINT COLOR RED LCD ShowString 60 70 200 16 16 SD Card OK LCD ShowString 60 90 200 16 16 Font Updating key update font 20 110 16 while key LCD ShowString 60 110 200 16 16 Font Update Failed delay ms 200 LCD Fill 20 110 200 20 110 16 WHITE delay ms 200 LCD ShowString 60 110 200 16 16 Font Update Success delay ms 1500 LCD Clear WHITE goto RST while 1 Show Str 60 170 200 16 存储器测试 16 0 printf Ram Test 0X 04X r n VS Ram Test Show Str 60 170 200 16 正弦波测试 16 0 VS Sine Test Show Str 60 170 200 16 录音机 16 0 recoder play 程序设计思路 首先 加