基于ARM的MP3播放器的设计与制作

1、嵌入式MP3播放器的设计1 系统概述本文采用STM32系列微控制器， 结合解码芯片VS1003、SD卡、LCD等外围设备设计并实现了MP3播放器。其主要功能有:播放VS1003支持的所有音频文件，如MP3、WMA、WAV文件，且音质非常好；通过触摸屏实现按键功能，控制播放上一首/下一首、音量增减等；通过LCD显示歌曲名字和播放状态；本系统还实现了读卡器功能，PC机可通过USB接口直接对开发板上的SD卡进行读写操作， 以方便拷贝音频文件。MP3播放过程是STM32通过SPI1接口将数据从SD卡中取出，然后通过SPI2接口送至解码芯VS1003解码播放。这里解码模块单独使用一个SPI接口，以减小干

2、扰和噪声、提高音质。2 系统硬件设计方案本系统在硬件上分为6个模块: 微控制器STM32F103、解码模块VS1003、存储模块SD卡、触摸屏、USB接口和显示屏LCD。系统硬件框架如图5所示。图5 系统硬件框架图2.1 存储模块设计SD卡在现在的日常生活与工作中使用非常广泛，时下已经成为最为通用的数据存储卡。在诸如MP3、数码相机等设备上也都采用SD卡作为其存储设备。SD卡之所以得到如此广泛的使用，是因为它价格低廉、存储容量大、使用方便、通用性与安全性强等优点。SD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，而SPI方式采用4线制，采用单片机对SD卡进行读写时一般都采

3、用SPI模式。可用不同的初始化方式使SD卡工作于SD方式或SPI方式。在本设计中，音频数据MP3文件是以SD卡为载体。所以在电路设计中必须含有读取SD卡模块。该系统使用STM32内部接口SPI1与SD卡进行通信，下面介绍其引脚连接情况。PE3:低电平有效，连接到SD卡的片选引脚CD/DAT3。SPI在和SD卡进行通信时，需要将PE3拉低才能对SD卡进行操作。PA7:映射为STM32内部接口SPI1的主输出从输入(MOSI)信号线。这里STM32是主设备，SD卡是设备。数据流的传输方向是从STM32传输给SD卡。该信号线用于传输一些控制命令来完成SD卡的操作，如读、写等。PA5: 已连接到STM

4、32内部接口SPI1的时钟(SCL K)信号线。可设置SPI的时钟频率来调整读取SD卡数据的快慢。PA6 :已连接到STM32内部接口SPI1的主输入从输出(MISO)信号线。数据的传输方向是从SD卡传输给STM32 ，主要返回SD卡的一些状态、内部寄存器值等。PC12 :用于检测SD卡是否完全插入。当SD卡完全插入时，PC12为低电平，否则为高电平。22 音频解码模块设计音频解码模块完成MCU从SD卡里读取的数字MP3音频数据流进行解析、并转化成模拟信号进行输出。在这里，系统使用VS1003音频解码芯片来实现音乐数据流的解析。VS1003是由芬兰VLSI公司出品的一款单芯片的MP3/WMA音

5、频解码芯片，其拥有一个高性能低功耗的DSP处理器核VS_DSP， 5K的指令ROM， 0.5K的数据RAM，串行的控制和数据输入接口， 4个通用I/O口，一个UART口，同时片内带有一个可变采样速率的ADC、一个立体声DAC以及音频耳机放大器接口。VS1003与核心控制器MSP430F149的数据通信是通过SPI总线方式进行的。VS1003主要通过串行命令接口(SCI)和串行数据接口(SDI)来接收MSP430F149控制器的控制命令和MP3的数据。通过XCS、XDCS引脚的置高、置低来确认是哪一个接口处于传送状态。对于VS1003芯片的功能控制，如初始化、软复位、暂停、音量控制、播放时间的读

6、取等，均是通过SCI写入到特定寄存器的内容来实现的。两条SCI指令之间要通过DREQ引脚信号判断上次处理是否完成。该系统使用STM32 内部接口SPI2 与VS1003 进行通信，下面介绍其引脚连接情况。PA3 ：VS1003 的中断请求引脚。当VS1003 内部数据已处理完毕，需要新的数据时，将DREQ 拉高。STM32根据这个信号来给VS1003 发送新的数据流。PB13 : 已连接到STM32 内部接口SPI2 的时钟(SCL K) 信号线。PB14 :已连接到STM32 内部接口SPI2 的主输入从输出(MISO) 信号线。这里STM32 是主设备，VS1003 是从设备。数据流的传输

7、方向是从VS1003 传输给STM32 。主要用于读取VS1003 的一些状态和内部寄存器值，比如寄存器测试返回的内部寄存器的值。PB15 :已连接到STM32 内部接口SPI2 的主输出从输入(MOSI) 信号线。这里STM32 是主设备，VS1003 是从设备。数据流方向是从STM32 传输给VS1003 ，主要传输给VS1003 一些控制命令、MP3/ WMA 数据流等。PA1 :低电平有效，如果拉低该引脚，那么通过SPI 传输的是控制信号。控制信号包括读写VS1003 的内部寄存器、对VS1003 进行初始化、设置左右声道音量等。PA2 :低电平有效，如果拉低该引脚，那么通过SPI 传

8、输的是数据信号。比如在向VS1003 传输MP3/ WMA 的数据流时需要拉低该引脚。PA0 :低电平有效，拉低该引脚则硬件复位VS1003 。23 液晶显示模块设计LCD3310芯片是一个48行84列的液晶显示器主要模块。其内存带有低功耗PCD8544的CMOSLCD控制驱动器，串行输入速度最高可达4. 0Mbits/S，而且所有必须的显示功能集成在一块芯片上，包括LCD电压及偏置电压发生器，所以LCD3310是一款低功耗的液晶显示器。为了让LCD3310液晶能够显示4行12* 12的汉字，系统开辟了一个6* 84字节的缓冲区，要写液晶时，就不用直接写LCD3310的静态DDRAM了，可以先

9、写系统为它开辟的数据缓冲区，最后再刷新修改的部分就可以显示出要显示的内容，LCD3310与主控制器是SPI接口方式。3 系统软件设计方案3.1 MP3播放器软件系统流程原理系统启动后，先初始化硬件模块。由MCU通过FAT32文件系统接口读取SD卡的一些基本信息，如容量、扇区大小、FAT表及根目录所在的启始扇区等。通过获得这些信息后，就可以找出SD卡是否有我们可以播放的音乐文件。若有音乐文件，微处理器将通过SPI总线方式读出该文件的音频信息，并将歌曲的码流信息送入到VS1003芯片中，通过VS1003芯片解码以及其内含的高质量的立体DAC和耳机驱动电路，实现MP3歌曲的播放功能。在触摸键的控制下

10、，通过LCD3310中菜单选项的选择，实现对歌曲选择及音量控制等功能;在播放的同时， LCD3310上显示的信息除歌曲名称信息外，还包括进度和音量等信息。由于SPI1 读取SD 卡文件的速度远超过VS1003 播放数据流的速度，因此VS1003 在播放来自SPI2 的数据流期间，SPI1 能从SD 卡中读取下次播放所需的数据，不会产生声音不连续的情况。由于使用了2 个SPI 接口，相互之间无干扰，且提高了文件系统的效率，因此本系统能得到非常高品质的音乐。如图6是MP3播放器的软件系统流程图。下面介绍软件的核心模块。(1)SD 模块SD 模块主要提供SD 卡驱动以及对FAT 文件系统操作的函数，

11、FAT 文件系统支持长文件名。该模块主要含有2 个文件msd.c 和fat16.c 。下面分别介绍其主要函数的功能。（1） msd.c该文件用于提供SD 卡的驱动，主要包括以下函数。SPI_ Config : 配置与SD 卡相连接的SPI1 及相关GPIO。MSD_Init :初始化SD 卡通信。Get_Medium_Characteristics :获取SD 卡的容量和块大小等相关信息。MSD_GoIdleState :令SD 卡处于空闲态。MSD_SendCmd :向SD 卡发送命令。MSD_GetResponse :从SD 卡获取响应。MSD_GetStatus :获取SD 卡的状态。M

12、SD_WriteBlock :向SD 卡写入1 个块的数据。MSD_ReadBlock :从SD 卡读取1 个块的数据。以下是函数MSD_ReadBlock 的实现：u8 MSD_ ReadBlock ( u8 * pBuffer ， u32 ReadAddr ， u16 NumByte ToRead) u32 i = 0 ;u8 rvalue = MSD_RESPONSE_FAILURE;MSD_CS_LOW() ; / / 拉低片选信号，选中SD 卡MSD_SendCmd (MSD_READ_ SIN GL E_BLOCK， ReadAddr ，0 xFF) ; / / 发送读取块命令/

13、/ 检测SD 卡是否有返回信息，若是则返回0 x00if ( !MSD_GetResponse (MSD_RESPONSE_NO_ERROR) ) if ( !MSD_ GetResponse (MSD_ START_DA TA_ SIN GL E_BLOCK_READ) ) / / 等待数据令牌，标志数据传输开始for (i = 0 ; i Load Image加载要 HYPERLINK / t _blank 下载到FLASH的调试文件。第17问： Q:在ADS中是否可以进行软件调试基于UCOS-II的程序 A:ADS软件调试只能调试 HYPERLINK t _blank arm的内核，不能

14、调试外设。但是取消 PLL 锁定检测后，可以调试任务切换，最终到空闲任务上。开始移植时软件仿真是最好的工具。第18问： Q: HYPERLINK t _blank armulate软件是干什么的 2104不是用EasyJTAG.dll来仿真吗 A:软件仿真只能仿真 HYPERLINK t _blank arm 核。第19问： Q:有关LPC2106.INC的问题。我无法在project引用lpc2106.inc文件，只能引用lpc2106.h文件， 这是什么原因 且当我的主程序用汇编编写时，不能引用lpc2106.h,用lpc2106.inc则无法加入project,请问汇编器应如何设置 A:

15、不用加2106.inc只要该文件在你的工程文件夹中，就可以直接在汇编程序的开始处加 include 2106.inc. 注意：该文件是汇编文件定义的头文件，定义内部寄存器。第20问： Q:入口点是什么意思 我在使用LPC2106上移植UCOS-II,每次MAKE时总是提示我 Image does not have an entry point,可是我是把光盘的vetctors.s 复制过来的，而且仔细看了看，已经声明了ENTERY,这是怎么回事A:需要在ADS中设置入口。第21问： Q:请教：如何定义不被初始化变量 A:让编译器不知道有这个内存地址即可。 A:如用分散加载文件分配RAM故意预留

16、一部分RAM不分配，用它来存您不需要初始化的东西。或者不调用编译器提供的启动代码，不过这样可能编程会麻烦一些。第22问： Q:我直接通过JTAG口 HYPERLINK / t _blank 下载EasyArm板带的Ext1_test程序到 HYPERLINK t _blank arm中，出现中断向量的告警： interrupt vector is not correct HYPERLINK t _blank arm is not running freely. 果然复位后芯片不能运行。但是我用串口 HYPERLINK / t _blank 下载后芯片能正常工作，中断也行的。 并且我用JTAG仿

17、真的话，芯片能正常工作，中断也行的，唯独JTAG口 HYPERLINK / t _blank 下载不行。 不知道是什么原因 A:仿真器配置中要设置Erase Flash when need.也可以这样试试： 1.可以先打开一个工程在RAM中调试运行； 2.stop程序； 3.使用File-Load Image重新加载Ext1_test生成的*.axf文件。 Q:仿真器配置中我是设置了Erase Flash when need,但照你说的话，那不是在RAM下调试吗 在RAM下调试我是可以的，但是下载后出现interrupt vector data is not correct. 我又看了几篇文章

18、，是不是跟中断向量表的累加和不为零有关系啊 A:是的，是向量表的累加和不为零。 因为如果用ISP下载能运行，说明向量表的累加和已为零，而用JTAG下载不能运行的情况可能是 没有正常下载代码。先在RAM中调试，目的是为了后面正确下载程序到FLASH.第23问： Q:用Scatter怎样将某个函数或文件定位在Flash的某个位置 第24问： Q:我在仿真时遇到这样的提示： Error, Flash is protected by user configation! 怎么写到flash里面呢 A:看配套 HYPERLINK t _blank arm微控制器基础与实战附录一。第25问： Q:我在移植实

19、验中想到了两个问题，如下： 1.Debug和Release以及DebugRel有什么不同，为什么在作2104移植实验时，要用Release 2.在Release中为什么要将RW Base设置为0 x40000040 我将其设置为0 x40003000, 为什么不能工作 A:都只是一个问题，内存空间的使用，因为跑OS要比较大的内存空间，所以要腾出点地方。第26问： Q:请问没有MMU的 HYPERLINK t _blank arm芯片是否支持使用malloc（）函数动态分配内存 A:是否支持malloc（）函数与芯片没有多大关系，主要与编译器有关。 Q:再问：如果没有操作系统支持呢 A:也支持。

20、第27问： Q:在I2C实验程序中，我想查看数据缓冲区DataBuf的值，怎么查看 A:watch窗口或鼠标停留在要查看的变量名上。 Q:我查询的是写入DataBuf缓冲区的值，鼠标在上面根本就不会出现他的值，即使在watch中加入， 结果也是name not found. A:变量被优化，调试时可以把该变量定义为全局变量查看。第28问： Q:仿真软件和2104开发板连接不上 DBE Warning 00041: !An unspecified Debug Toolbox call failed 电源和开发板都连好，错误和没接开发板一样，驱动也安装了，安装时按确定键时，软件很长时间才有如上反应

21、，请帮忙 A:1.并口是否正常 2.在其它操作系统（如98）下或其它台式PC下试试。第29问： Q:如何生成32位hex文件 我在Release Setting- HYPERLINK t _blank arm fromELF-Output Format中设置为Intel 32bit HEX,可是好像没有生成hex文件 A:试试这种方法： Target-Target Setting- ost Link中选择 HYPERLINK t _blank arm fromELF加上你上面设的应该不成问题。第30问： Q:请问关于settings中r0 base rw base的意思 A:ro:read o

22、nly,rw:read and write.第31问： Q:编译成功后的信息第一行，code,R0 data,RW data,ZI data,debug分别代表什么 A:R0 只读段，即程序代码空间； RW 可读/写段，即数据变量空间； ZI 清零变量段，即需要清零初始化的数据变量空间。第32问： Q:如何在ADS里面看任务执行的一些情况 比如堆栈。 A:多任务环境下的堆栈，内存等信息需要调试软件的支持才可以实现。 ucos下有一个统计功能的模块可以间接实现部分功能。第33问： Q:请问向flash烧数据时出现：exceeds flash limitation 请予赐教！ A:要写入的flas

23、h地址超过了范围。如果不是代码太大的问题，可以检查scf文件是否正确。第34问： Q:在LPC2214之类的芯片中如何实现数组的绝对地址定位，比如51的_at_的用法。 A:*（char*）0 x40000300）类似访问 Q:谢谢，但这样做就无须定义数组变量，访问也不便，还有高招吗 A:可以使用分散加载。第35问： Q:请问 ADS编译错误L6221E:Execution region ER_RO overlays with Execution region ER_ZI 该如何解决 A:请用我们网站上的工程模板试一试，最大的可能是因为你的RELEASE或者DEBUG选项里面没有正确设置，按照

24、参考 HYPERLINK t _blank arm微控制器基础与实战上面的设置，是不会有这个问题的。第36问： Q:请教一下：将程序写入flash,再用从JTAG方式调试写入之后再复位程序没什么反映。 看了很多以前的帖子，说memmap寄存器要为1,我用的是一个很简单的控制led的例子，改动了参数之后写入flash的。在这个程序的vectors中找不到关于memmap寄存器操作的部分啊，这是怎么回事，该怎么办呢 A: HYPERLINK t _blank arm微控制器基础与实战上附录有常见问题,列举了几点程序写到FLASH不能运行的原因。 memmap操作可以在target.c中的Targe

25、tResetInit（）函数内添加。第37问： Q:HEX文件。EASY2100配套 HYPERLINK t _blank arm微控制器基础与实战上讲：把项目编译成HEX文件，我不会呀，咋办 A:Target-target settings设置Post-linker并且设置Linker-fromELF. Q:再问：我用的是光盘里的例子，打开工程项目里是DebugIn HYPERLINK t _blank arm.DebugInFlash. RelInFlash.不是ARM微控制器基础与实战上的DebugRel呀，我都照 HYPERLINK t _blank arm微控制器基础与实战上设置的，可用ISP HYPERLINK / t _blank 下载，提示无法找到HEX文件。 A:光盘上的例子是用专用工程模板建立，已经设置好参数，与默认模板不同。第38问： Q:Easy HYPERLINK t _blank arm