【《基于STM32单片机的音乐播放器设计》8200字】

基于STM32单片机的音乐播放器设计摘要：改革开放以来，随着中国现代科技和中国社会主义经济的快速发展，人民生活水平逐渐提高。当下，音乐已经成为大多数年轻人日常生活和工作的重要组成部分，根据消费者的爱好需求，各种不同功能的音乐播放器迅速走入大众视野。本文设计了一种基于STM32单片机芯片的无线蓝牙音乐播放器。整个系统主要由STM32F103C8T6、LED显示器、LM386语音频放大电路、蓝牙音频输出模块、水泵驱动等部分组成。该音乐播放器能够进行有音乐的播放及切换、音量控制、音乐喷泉模拟等。本设计系统通过手机将蓝牙模块连接到设备上，然后通过手机来控制音乐播放器播放音乐。随着音乐的播放，LED灯模块开始模拟音乐喷泉，水泵也随着音乐旋律的变化而改变水的运动轨迹。整个系统通过STM32F103C8T6进行控制和操作，各部件协同工作，不仅完成了预设的功能，而且使系统更加人性化。该系统具有性能好、功能消耗低、成本低等优点，具有很大的升值空间。关键词：STM32F103C8T6；LM386音频放大电路；蓝牙音频输出模块；音乐播放器目录TOC\o"1-2"\h\u56551绪论 1106421.1项目背景和意义 1172931.2无线蓝牙音乐播放器发展的现状 2203612系统方案的设计 3225922.1无线蓝牙音乐播放器设计的要求 3186302.2系统设计任务 3258912.3系统方案的选择 3236613系统硬件模块 538063.1STM32F103C8T6单片机模块 5302873.2水泵控制电路模块 6114213.3蓝牙音频接收模块 6186933.4LM386功放模块 7261833.5LED灯电路模块 7260463.6按键电路模块 855253.7系统硬件原理图设计 880794系统软件模块 1021984.1软件介绍 10323344.2主程序设计 10311455系统调试与数据分析 12259215.1系统调试环境搭建 12286595.2音乐播放器系统调试 1229723结论 145339参考文献 151绪论1.1项目背景和意义随着技术和工艺的进步，人们逐渐开始努力提高产品的性能，如要求产品必须等优势，还要求产品能够随着人们的需求来进行升级增添新的东西，应用前景必须广。如今，智能手机在我们日常生活中的作用越来越重要，几乎是人人不离手，我们现在所用的智能手机不再仅仅是那个只能使用它们打电话或者发短信的了。任何一个人都可以在手机上通过不一样的社交软件（微信、QQ等）与朋友或者不熟悉不认识的陌生人进行聊天；还能够通过各种平台、软件来满足自身的吃喝玩乐穿、学习等方面的需求。在我们普通人正常的生活中，音乐这一项娱乐项目是我们每个人都非常喜欢的，听音乐已经成为了一种习惯。例如在堵车或者坐车或者排队时，这是我们所必备的软件。市面上买的手机都拥有一个能够播放的音乐的软件，设计者们根据不同用户的不同需求设计了各种各样的音乐播放软件用来来满足其需求。有的人喜欢放小声或者带上耳机自己听，有的人喜欢外放即使用音箱。播放器也应用于各行各业，比如有校园广播、广场上的音乐喷泉等。随着技术的发展，有从最开始需要通过有线来连接音箱到现在的无线蓝牙音箱的变化。1950年左右，我国在党的领导下，在科技、工业方面非常重视，伴随着改革的开放，我们国门大开，与其他国家之间的文化交流、技术交流也越来越多，出国留学或者出国做生意的人回来之后都会给亲朋好友们带礼物，有吃的穿的，但那时候最多送的还是唱片机或者音箱，不像现在都是叫别人帮忙在化妆品之类。80年代的立体声唱片收录机普遍繁琐，技术含量不高。随着国家的发展，人民的生活水平也日益改善，所追求的生活方式也随之产生了改变，就在这个时间段，小型音乐播放器被商家们发现商机并生产。在近十几年里，娱乐已经成为电脑和手机消费中最大的应用，这些主要分布在音乐、游戏、电影等方面，使用电脑或者手机投屏来组成家庭影院已经成为了一种大众行为。在国内，大型音响设备的市场仍然很撇，但是无线蓝牙音乐播放器是个不一样的存在，反而非常的吃香，市场上的发展前景非常好。随着生产工艺的提升，人们开始追求产品的性能，如要求产品需等优点，还要具有广阔的应用前景，如造型美观、性能可靠的音乐播放器更受消费者们的喜欢。所以，音乐播放器最基本的几个性能是必须具备的应该具备的，如抗干扰、体积小、音质好、功率大、便于携带。无线蓝牙音乐播放器可以将其的外观改为一些小东西，深受年轻人以及热爱跳舞、音乐的人喜欢。所以本文中所设计的题目是基于STM32的无线蓝牙音乐播放器，用来满足其中一部分人的使用需求。1.2音乐播放器发展的现状从很久以前，音乐就和人们紧紧相连。随着科技的发展，音乐渐渐地开始在科技上演奏，在科技上演奏需要载体将其实现。随着科学技术的发展，音乐播放器也越来越高级，从最开始的留声机到现在的蓝牙音箱，手机等无一不透露着祖国科学技术的快速发展，也从侧面透露着在科技的新兴时代，更新换代是不可缺少的，要应时而生。现在在日常生活中，大多数人是摸不着碰不到留声机的，只能在电影或者电视中看到，但是在音乐播放器的发展史中，留声机的在历史上的地位是非常之高的。1980年左右，有一位发明家为人类历史上创造了新的高度，这位发明家发明了人类的历史长河里第一部音乐播放器，即留声机，后面其他的发明家在留声机的基础上改造出了一个立体的能够播放音乐又能唱歌的播放器。慢慢的，人们在某一个时间里发现磁带这个东西能够将声音存起来，于是当时的专业人员通过前辈们留下的资料进行升级并发明出了音乐播放器。随后，通过高频方面，人们设计了有着无线功能并且能收听的播放器，人们称之为电台。在这之后，在相当长的一段时间里，收音机成为了当时特别流行的东西。在这之后，CD开始流行在市场上面，人们会购买CD去看音乐家们演奏歌曲，在那个时代，每个小孩都对这个梦寐以求，有着强烈的渴望，CD为当时的音乐拿方面的发展做出了非常之大的贡献。在2010年左右，技术人员发明了一个携带非常方便的东西，那就是MP3，它不仅拿着方便，播放出来的声音也极其清晰，还能够储存非常多受歌曲，在当时，十几二十多岁的年轻人非常热爱。随着技术的发展，无线蓝牙的出现又开辟了另一个广阔的市场，这不仅深受十几二十岁的喜欢，还受中老年一代的喜欢。随着时代的进步，国家发展的越来越好，人们对生活质量的要求就越来越严格，所以在享受这一方面的东西的追求越来越高。这就要求音乐播放器在性能以及性价比方面必须有着更大的提高。互联网的实现让人们有着更多的选择。音乐播放器要想脱颖而出必须具备以下特点：

（1）高性价比：随着网上购物的盛行，人们在家里就可以完成购物。不需要劳动力消耗的购物让购物者对产品的要求进一步提高。货比三家是消费者常常采取的方式，用最少的钱换取最优质的产品也是消费者所追求的。因此，设计者在设计之初就必须考虑成本的问题。

（2）高可靠性：在满足低成本的条件下，当然也必须考虑系统的稳定性问题。使用者对产品的耐久性也是有着一定的要求的，一个系统至少要在相当的周期内保持稳定运行。这就要求我们在选择硬件模块中，充分考虑硬件性能以及系统正常实现功能所需要的条件。

（3）高集成度：从手机的发展现状来看，人们对便携性的要求也是相当高。人们追求着简洁化，这样可以减少使用空间，外观也更符合人们的审美。设计者要想满足使用者的这个条件，在设计时就要在开发板上下功夫。怎样使用最小的开发板来满足系统稳定的工作。这也就是我们所说的高集成度。

（4）可扩展化：手机的更新换代为我们做了一个很好的示例，消费者对于产品的要求会随着使用过程逐步提高。开发者在设计时就要对设计系统的升级作出充分考虑，要给系统留下更新空间以满足消费者的使用。

2系统方案的设计2.1音乐播放器设计的要求本系统是针对播放音乐和连接蓝牙设计出的有着音乐喷泉功能的无线蓝牙音乐播放器。本系统使用手机搜索蓝牙模块，只要能够连接到蓝牙，我们就可以通过手机播放音乐，所设计的播放器发出声音。该系统的主要功能有以下几个方面：（1）通过蓝牙设备能够连接手机,播放音乐。（2）通过按键实现对音乐的音量控制。（3）通过声音的大小控制水泵水柱的高低。（4）音律的变化而改变LED灯的数量。2.2系统设计任务根据对系统设计要求查阅文献和资料并选择合适的硬件。在本文的设计中所需要用到的硬件有蓝牙音频输出模块、水泵驱动模块、LM386功放模块、轻触按键以及STM32单片机，然而除了硬件方面，软件方面的选择也非常的多，有Keil编程和AltiumDesigner绘制原理图，最后还需对音乐播放器进行调试。2.3系统方案的选择在确定一个系统的设计时，我们需首先考虑最核心的问题。只有最核心的部分确定了，我们才会有着更多的创新点。正如在写一篇作文时，我们首先要确定主题，然后基于主题进行头脑风暴，产生更多的思维。这也类似于我们写论文时先明确我们的研究方向确定选题，然后拟定大纲，填充大纲内容完成论文的撰写。将这种思维放在我们的设计当中，在本次设计中我们的“主题”就是设计一个有着音乐喷泉功能的音乐播放器。如何实现这个设计是我们需要进一步讨论的。首先我们需要考虑的是音乐的来源，我们通过手机蓝牙将音乐与开发板联系起来。其次如何将音调的高低转换为水的运动轨迹也是我们需要解决的。这就需要转换器和水泵协作完成这一模块。整体的设计思路：手机连接蓝牙音频模块，音频信号通过蓝牙音频模块传输到单片机，再由单片机模块控制并通过功放模块播放出声音，与此同时，单片机控制水泵和LED灯模块，实现音乐喷泉功能。图2.1系统总体框图

3系统硬件模块3.1STM32F103C8T6单片机模块STM32单片机的整体结构较为简单。包含2个基本定时器、4个通用定时器、2个高级定时器、2个DMA控制器(共12个通道)、3个12位ADC、1个12位DAC[1]。虽然结构简单，但是它的功能却相当丰富。这是许多单片机不能达到的优点。51单片机也是人们通常使用的单片机，但是与STM32相比（STM32没有机器周期），它在功能上、运行速度方面、功耗等远远比不上还有许多需要完善的地方。这也是本次设计优先选择STM32的原因。此外，丰富多样化的外部设备配置也使得STM32控制芯片在各种医疗仪表中应用很广,并且具有良好的学习、实践和研究价值。该单片机使用简单，学习者在了解有关课程的知识后，就能容易的使用。这对一些动手能力弱（以前从未接触该门课程）的使用者也是十分友善的。图3.1STM32原理图3.2水泵控制电路模块微型水泵（miniwaterpump）一般来说是一种将液体的高度变高，与此同时，将传送液体，或者使液体的压力变大的机器，即将本来的机械能转化为液体能，使它达到泵送液体的目的，统称为水泵。水泵通过它的组成方式来进行分类可以分为驱动和泵体,在泵的身上有设置一进一出的两个连续流动的接口,水从泵体进的一个接口流入,从出的接口流出。本文的设计系统中，使用的水泵是5V的。由于水泵是一个功率很大的装置，这导致单片机需要借助其他元器件来使其驱动，本系统所选择的是型号为8050的三极管，当单片机的引脚状态是0的时侯，即是低电平时，三极管自然的就会导通，此时水泵的工作状态为正常工作；反之，水泵就不会正常工作即不工作。通过电容器来滤除水泵在电源运行中的一些低频参数，从而使得水泵工作更加稳定，本文所使用的电容器是有分正极和负极的，需要正确连接正极和负极。限流电阻用来保护三极管。图3.2水泵控制电路原理图3.3蓝牙音频接收模块蓝牙音频接收板模块是通过它本身内置的蓝牙来连接手机、电脑等配置有蓝牙功能的设备，当它们连接成功后就可以实现音频信号的无线播放，使其可以通过立体声来进行输出。蓝牙音频接收模块的内置蓝牙天线结构非常简单，选择的供电电压为3.7V~5V，有普通功放、有源音箱增加蓝牙接等功能。7PIN输出接口之间的距离为2.54通孔，7PIN输出接口分别为：+电源、地、左声道、右声道、静音、LED状态指示、预留端口。图3.2蓝牙音频接收板模块电路原理图3.4LM386功放模块单片机的驱动能力是有限的，这不足以使得水柱的运动轨迹发生变化。此时就需要增添一个装置让这种驱动能力按需求被扩大。这也正是功放模块可以完成的。LM386是一种音频集成功率放大器，这个功率放大器它的功率消耗不是很高，而且工作效率与功率消耗成反比，在日常生活中，设计人员们经常把他应用在一些音乐播放器上面，比如音箱、喇叭等。在本文设计中，就是拿这个音频功率放大器和一个喇叭来实现声音的大声外放。所以我们在焊接的时候要认真检查，如果我们在焊接的时候没有焊接好，导致通不上电就会产生一些及其难听的声音。LM386的放大效果也是让使用者十分惊喜的，它的放大倍数最高可以达到30倍。虽然它的放大倍数如此大，但让人不敢相信的是它的功耗却与放大倍数完全相反。极低的功耗、极强的效率成为它一大特点。非常符合现代人对物品使用的条件，这对整个系统来说也是一个极大的闪光点。另外一方面，低功耗也会使得整个系统的工作更具稳定性。所以使用LM386对音频信号进行放大，也是综合多方面的考虑之后最优质的选择。这让我们在做此设计时，更加坚定的选择LM386。LM386是一个三级的放大电路，在众多功放芯片中选择LM386芯片是因为它不怎么消耗功率，并且在大部分范围内的电压都能正常工作不受限制，不需电阻来控制电流[2]。但是这也有前提条件，就是它自己内部的对输入进来的信号放大效果要控制在20左右。不管是电池供给电源还是家用电源，LM386都特别适合。图3.3模块接口电路原理图3.5LED灯电路模块LED灯，也就是一种简单的发光装置。也正是因为其可以发光的特性被应用在该设计中。在该设计中有一些比较隐蔽的工作条件不易被人们所发现，但是这些条件是否工作对整个系统十分重要。如果我们能将这种条件转化为容易被人们观察的现象，就能对整个系统的工作条件起到很好的监控作用。本设计中我们决定使用最常见的LED灯来完成这个功能。只要单片机的引脚信号变低，LED灯就产生光源，发出亮光，反之LED灯就不会工作，没有任何反应[3]。在电路中，电阻控制电流的运行速率，防止过大的电流破坏LED灯的正常工作。此外，这个模块在整个设计中还有模拟音乐喷泉的灯柱的作用，灯光的数量取决于收集到的音乐信号的强度[4]。这也更利于人们观察水柱的运动轨迹，会让人们享受一场视觉盛宴，给人们很大的视觉冲击力，更利于达到放松身心的目的。图3.4LED灯模块电路原理图3.6按键电路模块对于任何电子系统来说，电源都是不可或缺的。即使有外部电源的供给，系统本身也应该有一个设置来起着自由开关的作用。基于上文我们所说的低成本来考虑，本次设计我优先选择按键来实现这个作用，在这里我选择物理按键。物理按键的形状有很多种，但功能都差不多，所以本文的设计系统所选用的是非常常见的四脚按键，这种按键开关本身是锁不上，但是每按一次，信号就会跳转。同一侧的两个引脚是直接相连的，按键后，四个引脚连接在一起。图3.5四脚按键的原理图封装3.7系统硬件原理图设计根据系统设计任务的要求，选择完我们所需要的元器件之后，紧接着所要做的就是在软件上进行原理图的绘制，在当前的社会中，大部分技术人员都比较喜欢使用软件来绘制原理图，大部分软件都是同一个软件包开发的，Protel这个软件有着印制电路板设计与仿真的功能，是TANGO升级版。与前者进行对比，AltiumDesigner是完善后的一款很综合的软件，通过该软件我们可以完成系统原理的设计、模拟电路工作、器件的绘画、自动布线，这些功能都为确定器件和导线摆放位置的顺序用来留出足够的空间保证系统正常运行提供基础，为设计人员提供了一种新的电路设计解决方案[5]。AltiumDesigner高版本软件具备向下兼容性，可以实现更好的设计工作流可视化，提供了更加立体的3D显示效果、更便捷的交互自动布线方式、更快的布线速度等等[6]。目前，我们比较经常用的AltiumDesigner版本是15版本。本系统所设计的音乐播放器是通过15版本软件来绘制原理图以及PCB图，根据本系统所设计的任务来设计电路图，绘制电路图的步骤有：（1）打开这个软件，创建一个全新的工程。通过设计任务，在确保其功能好以及性价比好的前提下，确定本系统使用的元器件的名称、型号和引脚定义，查看元件库里面是否有自己需要的元器件，若有则可以直接拿来用，若没有，则需要自己在网上查找，然后通过这个软件来绘制相应的器件，并将所需要的元器件的封装图加到其原理图中。（2）紧接着通过总的思路来绘制总的原理图，在原理图画好之后需要对每一个模块进行查验，当查验无误后开始编译，如果有错误会在编译结果中给出提示。（3）原理图编译无误后就可以，需手动摆放元件位置，连线可以选择手动或者自动。布完线之后若觉得PCB板太大或者太小了，可以根据实际的布局更改PCB板子的大小直至自己认为合适。（4）最后进行镀铜图3.6原理图设计流程图

4系统软件模块4.1软件介绍本文设计的音乐播放器系统主要采用的单片机为STM32F103C8T6。采用的51单片机程序开发软件为KeiluVision5,对STM32进行程序烧录的为MCUISP,通过CH340串口进行C语言程序的烧写。CH340串口烧写模块所需要的连接线是我们平时用的手机充电数据线，所用的程序是采用C语言编写的。C语言由于拥有着独特的优点与长处，在程序编写时被经常使用。将该软件与其他用来开发C语言的软件相比，不难发现它有着很大的优点如在进行仿真的时候我们不需要连接硬件，而其他软件是需要的，它还能够追踪、进行检验、设置断点等[7]。当我们在编写程序的时侯，如果出现了错误，它会及时的、自动的提醒我们。并告诉我们错误出现的精准的位置，极大的增加了工作人员的工作效率。4.2主程序设计本文的设计系统大致流程如下：首先将每个引脚的功能初始化，然后将延时函数进行初始化，接着初始化IO口和串口，其串口初始化的值设置为115200。当所有东西都完成了初始化工作后，外部给一个音频信号，紧接着启动A/D转换器。A/D转换器经过相应的操作得到数字信号并将其传输给MCU。单片机将数字信号依次传送给LED灯和水泵,LED灯和水泵按照信号给出的指令进行规律的工作。图4.1软件运行流程图5实物焊接我们将所有的硬件模块设计好并通过仿真检验，使其给出的结果和我们所设定的功能一样后，先绘制出PCB图，我们根据这个PCB图来焊接我们所需要的实物。焊接实物的步骤有：（1）通过PCB图布局，把每个模块所需要的元器件进行分类，防止后面混乱。（2）根据PCB布局在板子上进行一个大致的结构摆放，首先STM32是核心器件，要放在板子中间，其他模块就可以随便安放了。在本系统中最上端放的是LED灯模块，中间为单片机模块，左下端放着水泵模块和蓝牙模块，右下端为功放模块。（3）在完成上面的步骤后，就把每个模块所需要的元器件按照刚刚的位置插到万用板上，器件放在正面，引脚放在背面。（4）我们将元器件插到板子上后，使用电烙铁将焊锡丝融化从而进行焊接。这时候我们需要通过PCB图查看布线情况，在所有元器件以及导线焊接好后，用身边所能利用的剪刀或者其他东西，将长出来的引脚剪掉。（5）最后的步骤是检查，这个步骤非常重要，稍有不慎，芯片就会被烧掉。检查一下连线是否正确、导线连接是否完整。硬件实物图焊接如下：图5.1实物正面图图5.2实物背面图

结论自互联网村实现以来，我们从国外吸收了许多先进的文化、也引入了许多的娱乐设施。中国近几十年来在经济上取得了突破性的进展，人们在工作之余也需要更多的娱乐设施来缓解工作压力，许多的传统娱乐项目已经不适合当前的生活节奏。因此，科技人员在娱乐方面有着更大的发展前景。音乐自古以来就是缓解压力、舒缓心情的一个重要的存在。但是单纯的听音乐并不适合当下的生活方式，人们很难