基于嵌入式的音樂播放器設計與論述

邵陽學院信息工程系 瞿　 兵 陽 　 泳 胡湘娟

基于嵌入式的音樂播放器設計與論述

邵陽學院信息工程系 瞿 兵 陽 泳 胡湘娟

隨著電子行業的不斷發展，人們對于消費電子類產品的需求量不斷的增大，而根據消費者的需求所設計的多功能MP3也越來越多。本文使用STM32F103VET6單片機作為系統微控制器、SD卡作為存儲介質、VS1003作為音頻解碼芯片以及TFT彩晶屏作為人際交互設備，設計一款可播放mp3、wav文件格式的音樂播放器，以實現一個簡單的音樂播放器。

STM32F103VET6；SD卡；VS1053解碼芯片；TFT彩屏；音樂播放器

引言

MP3播放器的誕生，為傳統隨身聽帶來了致命打擊。MP3發展初期，MP3和MD之間的斗爭成為業界最熱門的話題，當時甚至多數人都認為MP3由于音質上的問題將會敗于MD，但事實上MP3的發展遠遠超出了MD支持者們的預想，直至今日MP3已成為隨身聽市場的主流產品。此外隨著電子技術的不斷發展，MP3的功能也在不斷的增多，成為了繼手機之后使用最為廣泛的隨身電子產品，本次便是利用STM32單片機設計一個簡單的音樂播放器。

1　 系統設計

整個音樂播放器系統主要由微控制器、音頻解碼部分、音效處理部分、SD卡部分、人機交互部分、按鍵復位部分、電源部分、程序口下載部分組成，整個系統由MCU控制，各個部分協調運作。

VS1053相對于VS1003，增加了編解碼格式的支持（比如支持OGG/FLAC，還支持OGG編碼，VS1003不支持）、增加了GPIO數量到8個（VS1003只有4個）、增加了內部指令RAM容量到16KiB（VS1003只有5.5KiB）、增加了I2S接口（VS1003沒有）、支持EarSpeaker空間效果（VS1003不支持）等。同時VS1053的DAC相對于VS1003有不少提高，同樣的歌曲，用VS1053播放，音質效果比1003效果好很多。

此系統要求對MP3、WAV、WMA格式的音頻文件進行解碼，尤其是對于MP3格式的音頻文件處理要求處理要非常快，實現流暢播放，考慮到8位單片機處理速度，所以使用的32位單片機，而音頻解碼芯片是使用VS1053芯片，這是VLSI公司出品的一款高性能解碼芯片，支持多種音頻格式的解碼。而SD卡儲存歌曲文件，TFT彩屏顯示當前的播放情況。本系統是上電開機的，開機之后會格式化各種外設，然后檢查是否中文字庫，如果沒有問題，將會開始循環播放SD卡中的所有歌曲文件，而在TFT彩屏上顯示歌曲的信息，例如歌曲名字、播放時間、總時間等等，設置的四個外面按鍵分別為上、下曲和音量加、減，而兩個指示燈則分別指示程序運行狀態和VS1053的初始化情況。

2　 硬件設計

本次系統的硬件電路主要是以下幾個模塊：STM32F103VET6主控模，STM32F103VET6的最小系統板電路，主要用于驅動STM32F103VET6單片機的運行，同時將STM32F103VET6所有IO引腳引出來，開發人員使用杜邦線與模塊引腳連接進行設計。

LCD彩屏模塊：用于顯示音樂播放器播放信息的，LCD驅動電路太復雜，本次設計則是LCD模塊，驅動電路已經做好直接通過IO引腳驅動使用即可。SD卡模塊與LCD模塊是設計在一起的，直接通過軟件驅動SDIO控制即可。

VS1503的解碼芯片模塊：驅動正常VS1503的驅動電路之外，其數據引腳直接與STM32F103VET6單片機的SPI總線連接完成數據傳輸控制，VS1503有兩種工作模式：有效模式與兼容模式，我們這是使用VS1503的有效模式，通過SPI總線完成數據的讀取與發送，對于驅動VS1503的步驟為復位VS1503，配置VS1503寄存器和發送音頻數據三步。

HT6802驅動模塊：音樂播放器喇叭的驅動電路將喇叭接在SP+、SP-上，音頻數據從SPK_IN端輸入，而SPK_CTRL則是控制HT6872的工作模式，即控制喇叭餓開關。當SPK_CTRL引腳為高電平時喇叭進入工作模式，而引腳為低電平時，喇叭則是關斷模式的。

3　 軟件設計

軟件系統代碼主要為STM32F103VET6的IO配置、VS1503驅動代碼，HT6802驅動代碼以及LCD驅動代碼，STM32F103VET6的IO配置主要是用于指示燈、按鍵控制，將IO引腳配置成推挽輸出模式；而LCD驅動代碼則是使用屏幕廠家提高的驅動代碼即可；VS1503的驅動代碼則是通過VS1503數據手冊來編寫，分為軟件復位函數、寫命令函數、讀寄存器函數等幾個模塊；HT6802驅動主要是編寫控制喇叭工作的函數。系統運行函數則是在主函數中實現，控制系統運行流程以及LCD的顯示內容數據信息。

為了保證系統運行，開機之后首先要進行系統測試，因為系統要顯示歌曲信息，所以需要檢測flash中是否存在字庫，不存在字庫的話彩屏將會顯示亂碼，然后執行VS1053的RAM測試和正弦測試，調用音樂播發函數開始播放SD卡里面的音樂。

此實驗的核心函數MP3解碼函數，該函數在初始化VS1053后，根據文件格式選擇是否加載patch（如果是flac格式，則需要加載patch），最后在死循環里面等待檢測信號的到來，每次軟復位信號變高，就向VS1053發送32個字節，直到整個文件讀完。此段代碼還包含了對按鍵的處理（音量調節、上一首、下一首）及當前播放的歌曲的一些狀態（碼率、播放時間、總時間）顯示，以便在主函數中直接調用。

4　 分析與總結

上電開機之后，系統自動運行到音樂播放器模式，播放音樂，LCD彩屏上顯示相關音樂播放器信息，例如SD卡中的總共5首歌曲，歌曲名、播放時間、總時長、碼率、音量等信息等。此時LED0會隨著音樂的播放而閃爍，2秒閃爍一次。此時我們便可以聽到喇叭播放出來的音樂了，同時我們可以通過按上、下曲按鍵來切換下一曲和上一曲，通過音量加、減按鍵來控制音量大小。

在LCD屏幕可以顯示音樂播放器的基本信息等，所以證明此次的設計基本上完成。但是個人感覺如果能夠在屏幕上顯示歌曲字幕的話，音樂播放器所起到效果將會更好。此次設計的音樂播放器已經能夠基本實現其效果，但是還可以繼續研究，將音樂播放器設計制作更完美。

[1]郭天祥．單片機C語言教程[M]．電子工業出版社,2009．

[2]張建中．基于STM32F的MP3播放器設計[D]．閩江:閩江學院,2011-05-10．

[3]郁峰．基于嵌入式文件系統的MP3播放器的設計和實現[D]．蘇州:蘇州大學,2009．

[4]李彬．基于應用程序的嵌入式 Linux內核自動裁剪[D]．東南大學:計算機應用專業,2006．

瞿兵（1991—），男，湖南吉首人，土家族，大學本科在讀，研究方向：通信工程。

陽泳（1994—），男，湖南邵陽人 ，瑤族，大學本科在讀，研究方向：電子信息工程。

胡湘娟（1980—），女，湖南湘潭人，講師，研究方向：嵌入式系統。