创新实验报告模板.doc

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1、时间：周四下午 组号： 6 创新性实验报告题 目学 院专 业学 号学生姓名 指导教师完成日期摘 要 该系统以STM32VET6芯片作为主控制器，VS1003是由荷兰VLSI公司出品的一款单芯片的MP3/WMA/MIDI音频解码和ADPCM编码芯片，其拥有一个高性能低功耗的DSP处理器核VS_DSP，5K的指令RAM，0.5K的数据RAM，串行的控制和数据输入接口， 4个通用IO口，一个UART口；同时片内带有一个可变采样率的ADC、一个立体声DAC以及音频耳机放大器。VS1003通过一个串行接口来接收输入的比特流，它可以作为一个系统的从机。输入的比特流被解码，然后通过一个数字竟是控制器到达一个

2、18位过采样多位-DAC。通过串行总线控制解码器。除了基本的解码，在用户RAM中它还可以做其他特殊应用，例如DSP音效处理。该设计具有三个按键的简易操作界面，支持WMA、WAV、MID以及MP3四种音乐格式，同时支持文件夹和音乐文件的英文显示。该系统支持FAT16和FAT32文件系统，支持大容量SD/TF卡、支持高保真立体声耳机输出。经过实际测试，和现有的MP3相比：该设计性能稳定，功耗较低，声音亮丽，低音淳厚，支持SD/TF卡读写，能以较好的效果播放出320kbps的歌曲，同时成本低廉，有研发前景。关键词：STM32VET6 MP3 SD/TF VS1003 高保真1 引 言 MP3 播放器

3、以其小巧的体积、强大的功能、优异的音质倍受人们的青睐。如果把它嵌入到我们的单片机系统中，实现音频输出，那么对系统的增色是不言而喻的。随着信息技术的飞速发展，形式多样的数字化产品已经开始成为继PC机后的信息处理工具，在这种数字化的潮流下，嵌入式系统已经成为当下研究和应用的热点之一，嵌入式手持设备视音频多媒体应用也越来越广泛。由于嵌入式系统的应用要求及成本因素决定了嵌入式系统在系统资源，包括硬件资源和软件资源方面都是非常精简和高效的。随着数字编码及压缩技术的发展，语音文件也朝着高压缩比、高保真的方向发展，从MP1、MP2到目前的MP3格式。便携式MP3播放器作为一种集音频播放、数据存储为一身的数码

4、产品，其功能结构为电子设计人员所津津乐道。MP3是MPEG音频的简称。MPEG音频是目前普遍应用的音频压缩标准，气功层的算法最为复杂，但压缩比最大，效果也最好，字低码率的条件下基本能达到CD的音质效果。MP3标准用尽可能低的码流实现CD音质的声音而不会产生数据损失，如果对于一段声音不进行压缩的话，那么每存储一秒钟的立体声CD音质音乐必须用1.4Mbit，这是哥十分大的开销。通过用MPEG音频标准的压缩技术，我们可以把存储空间压缩到原来的1/12而不会降低声音的质量。即使1/24的压缩因子，仍然比单纯降低采样率的音质要号。低数据量和高播放音质的优点使其成为音乐存储、数字广播、网上音乐传输的主要方

5、式。人们不仅可以使用计算机软件，还可以通过数字随身听来欣赏音乐。2系统总体设计 本系统是基于STM32微控制器所设计的MP3播放器，音频文件存储在SD卡上，由微控制器读取数据到VS1003音频解码模块并输出，同时微控制器与PC机进行串口通信，可实时观察SD卡读取情况，以及MP3音乐播放状况。通过按键可以切换歌曲和选择循环播放。耳机输出按键 整个系统分为两个模块：STM32VET6系统板、VS1003音频解码电路。STM32VET6系统板上面有工作所需要的最少资源：时钟控制电路、复位电路、JTAG控制口、SD卡接口、按键、以及与外围电路相连接的接口。VS1003音频解码电路模块上集成了稳压电源、

6、滤波电路，可通过USB直接给其供电。PC机STM32VET6 微控制器VS1003音频解码SD卡3 硬件电路设计（1） VS1003音频解码模块 VS1003 是一个单片MP3/WMA/MIDI 音频解码器和ADPCM 编码器。它包含一个高性能，自主产权的低功耗DSP 处理器核VS_DSP 4 ,工作数据存储器，为用户应用提供5KB 的指令RAM 和0.5KB 的数据RAM。串行的控制和数据接口，4 个常规用途的I/O 口，一个UART，也有一个高品质可变采样率的ADC 和立体声DAC，还有一个耳机放大器和地线缓冲器。VS1003 通过一个串行接口来接收输入的比特流，它可以作为一个系统的从机。

7、输入的比特流被解码，然后通过一个数字音量控制器到达一个18 位过采样多位 -DAC。通过串行总线控制解码器。除了基本的解码，在用户RAM 中它还可以做其他特殊应用，例如DSP 音效处理。VS1003原理框图： VS1003共有16个16位的寄存器，地址分别为0x0-0xF，通过控制这些寄存器，即可以控制MP3解码，音量控制，采样率，以及音频输出。STM32单片机通过SPI接口向VS1003发送数据。其中DREQ为命令响应，XCS为片选有效端口，XDCS为传输数据有效端口。SO、SI、SCLK为SPI接口。原理图详见附录。（2） STM32F103VET6单片机 STM32F103VET6增强型

8、系列使用高性能的ARM Cortex-M3 32位的RISC内核，工作频率为72MHz，内置高速存储器（高达128K字节的闪存和20K字节的SRAM），丰富的增强型I/O端口和连接到APB总线的外设。所有型号的器件都包含2个12位的ADC/3个通用的16位定时器和一个PWM定时器，还包括标准和先进的通信接口：多达2个I2C和SPI、3个USART、一个USB和一个CAN。 （3） SD卡模块 SD卡（secure digital memory card）中文翻译为安全数码卡，是一种基于半导体快闪的记忆器的新一代记忆设备，它被广泛地于便携式装置上使用，例如数码相机、个人数码助理（PAD）和多媒体

9、播放器等。SD卡由日本松下、东芝及美国Sandisk公司于1991年8月共同开发研制。大小犹如一张邮票的SD记忆卡，重量只有2克，但却拥有高记忆的容量、快速数据传输率。极大的移动灵活性以及很好的安全性 。 4 软件设计（1） 软件开发平台STM32系列微控制器采用ARM公司最新的CortexM3内核。Cortex-M3是ARM公司推出的最新的针对微控制器的内核，提供业界领先的高性能低成本的解决方案，将成为MCU应用的热点和主流。但是目前能够支持Cortex-M3架构的开发工具很少，包括SDT等开发工具都不支持。MDK是目前性价比最高的支持Cortex-M3处理器的开发工具。故本次设计的软件开发

10、平台式建立在软件MDK之上的。(2)程序实现思想 本系统工作过程大致为：STM32通过SDIO从SD卡中读取MP3/WMA文件，将所读取的数据流通过SPI发送到VS1003解码中播放；PC机可通过USB总线读取SD卡地内容，传输MP3/WMA等文件。按键按下则可以实现切换歌曲。(3)MP3播放流程设计通过SPI2从SD卡中读取声波文件，将所读取的部分存放在一个缓冲器中，利用TIMER2通道1定期产生中断，从缓冲器中读取声音数据，然后根据声音数据通过TIMER4的通道3产生不用频率的方波输出。这里使用了两个缓冲器，一个用于存放SD卡独到声音的数据，另一个用于将声音数据输出到PWM，两个缓冲区的功

11、能不断交替，形成一个由2个缓冲区构成的环形缓冲。播放声波文件由PC机通过超级中断以命令的方式选择，声音的播放状态也显示在PC机超级终端上。 具体流程: STM32初始化开始读SD卡启动循环播放切歌中断 N Y最后一首切换到下一首 5 电路制做(1) 硬件电路的布线与焊接 VS1003模块PCB布线 在VS1003模块PCB布线的过程中充分考虑了数字地和模拟地之间的串扰，通过将数字地与模拟地的分割，实现单点相接，很好的处理了数字模拟之间干扰的问题。(2) 调试由于VS1003是具有DSP内核的芯片，因此如果电压超过管脚限制很容易就烧坏芯片，造成严重的后果，所以在电路调试的过程中首先检查电源部分稳

12、压是否正确，然后再进行其他部分额检查。在调试的过程中，特别注意了对VS1003芯片是否短路进行了仔细的检查，通过用万用表每个管脚的检查确保了芯片没有焊接上得短路。 在硬件上检查无误了以后，开始进行软件上对模块的调试。由于芯片内部自带正弦检查的寄存器，通过给VS1003写命令，可以使其产生一正弦音调，从而测试芯片完好。最后在确保系统中每个模块都完好以后再进行MP3程序的编写。(3) 实测及误差分析通过一遍又一遍的测试一遍又一遍程序的修改，最终系统能够正常工作，播放出完美的音乐。此音乐与一般买来的MP3在音质上没有什么差别。6 结论及建议 经过这次实验，自己亲身体会了数码手持设备MP3的制作流程，但过程中也表现出对某些程序如SD卡读写等问题不是很清楚，出现有时会读卡错误的情况。但最后都经过查阅相关资料把问题解决，确保程序的正确运行。同时也存在着一些不足，如芯片的一些可以实现的功能还没用全部实现. 参考文献1 51单片机常用模块设计M. 北京：清华大学出版社.2009，9：35-402 STM32F103VET6使用手册3单片机C语言应用100例. 王东风. 电子工业出版社附录附录1： 原理图