自动化毕业设计-基于嵌入式的便携式MP3播放器设计.doc

1、本科毕业论文（20 届）基于嵌入式的便携式 MP3 播放器设计所在学院 专业班级 自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I摘 要随着科技进步的不断发展，嵌入式产品已经遍布我们的生活中，智能手机，智能手表，智能家居，智能仪表等一系列嵌入式产品。这些产品为我们的生活带来了许许多多的便利。随着生活品质的不断提高，消费者对生活的享受也越发的追崇。如今数据编码、解码以及压缩技术的不断的前进发展，语音文件也朝着高压缩比、高品质的方向深入，从 MPl、MP2 到目前的最流行的 MP3 音乐文件格式。因此高压缩比、高品质的 MP3 播放器的设计和研究有很好的应用前景。本论文详细介绍了基于

2、STM32VET6 微处理器进行设计一个 MP3音乐播放器，并且有着操作简单、方便。系统实现了把 SD 内存卡中存储的 MP3 音乐格式的文件读取到微处理器中，然后由微处理器将读取的音乐数据送入到解码芯片中，并且将相应的歌曲名字显示在Nokia5110 液晶屏幕上，解码芯片将数据通过数模转换解码出模拟信号，然后通过功率放大器放大模拟信号后输送到耳机进行音乐的播放，这个期间可以通过按键实现歌曲的上一曲、下一曲、播放、暂停、停止等功能的基本操作。本次设计的 MP3 还有一个比较实用的小功能，它可以当做闹钟使用。避免了使用手机当做闹钟所带来的辐射问题，以及普通闹钟刺耳的闹铃声将你叫醒，所带来的负面作

3、用。本次设计最主要的就是如何高品质的播放出音乐，较低功耗的进行持续工作，以及非常简单易用的操作 MP3 播放器。关键词：MP3 播放器；STM32F103VET6;VS1003B;SD 内存卡IIAbstractWith the continuous development of scientific and technological level. Embedded products have been around in our lives. Such as intelligent mobile telephone, intelligent wristwatch, intelligent

4、furniture, intelligent Meter , etc. These are a series of embedded products. These products bring many convenient for our lives.With the continuous improvement of quality of life, consumers also enjoy more of lifes pursuit. Now the continuous development of the data coding and decoding and compressi

5、on technology, Voice files are also in the direction of a high compression ratio, high-quality in-depth, from MPl, MP2 to present the most popular MP3 music file format. Therefore, high compression ratio, high quality MP3 player design and research have good prospects. This paper introduces based ST

6、M32s MP3 player design methods, system implements the SD card stored in MP3 format decoding player. The music data through the power amplifier to the headphones for playback. Then the song can be achieved through the key of the song, next song, play, pause, stop, and other basic operating functions.

7、 The design of the MP3 and a little more practical features, it can be used as an alarm clock. Avoid the use of mobile phones as a radiation alarm brought, as well as ordinary alarm clock shrill alarm sounds to wake you up, the negative effect.The most important thing is how to design high-quality p

8、layback of music, low-power continuous and very easy to use MP3 player.Key words: MP3 player; STM32F103VET6; VS1003B; SD CardIII目录摘 要 .IAbstract .II第一章 概述 .11.1 MP3 播放器的古往今来 .11.2 MP3 行业的特点 .31.2.1 进入门槛低 .31.2.2 免费 MP3 音乐资源 .31.2.3 相对传统的随身听的优势 .31.2.4 价格已达到大众化消费水平 .41.3 MP3 文件格式分析 .41.4 MP3 播放器不可缺少的

9、原因 .5第二章 特点与构架 .72.1 需求分析 .72.1.1 音质 .72.1.2 操作 .72.1.3 续航 .72.1.4 附加功能 .72.1.5 其他 .82.2 系统框图 .9第三章 硬件选型 .103.1 控制器方案 .103.2 MP3 音乐文件的解码方案 .113.3 MP3 储存介质方案 .11第四章 系统详细设计 .134.1 系统设计原理 .13IV4.2 系统主要硬件分析 .134.2.1 微控制器的工作原理 .134.2.2 硬件音频数据解码芯片 .144.2.3 功率放大芯片 .184.2.4 SD 卡 .194.2.5 图文显示 .224.3 系统各模块详解

10、 .254.3.1 电源电路 .254.3.2 时钟电路 .264.3.3 复位电路 .274.3.4 按键电路 .284.3.5 MP3 模块与音频放大电路 .294.3.6 SD 卡模块电路 .304.3.7 RTC 时钟电路 .324.4 直接内存存取 DMA.32第五章 软件设计 .345.1 程序开发平台软件 .345.2 程序设计流程图 .345.3 各模块软件设计概述 .365.3.1 MP3 模块软件设计 .365.3.2 SD 内存卡软件设计 .375.3.3 RTC 时钟相关函数 .405.4 音乐播放歌曲链表 .40第六章 实现与测试 .436.1 运行过程 .436.2

11、 系统实物图展示 .43总结 .45V致谢 .46参考文献 .47附录 .481第一章 概述近年来随着生活水平不断提高和科技水平的不断发展，嵌入式终端产品已经逐渐进入了平常百姓的日常生活当中，例如智能手机、平板电脑、智能家居、智能电视、各种仪表仪器等等产品。嵌入式产品因为拥有着各种各样功能，这就给我们的生活带来了许许多多的便捷，于此同时也改变着我们以往的生活方式。以前只有在计算机电脑上才能做的事情，现如今基本上都可以用一个嵌入式便携终端设备来完成，可以这么说我们现在所处的时代是一个后 PC 的时代。1.1 MP3 播放器的古往今来MP3 的创始人是当时韩国三星公司的一位叫 MOON 先生的部门

12、经理，那是在 1997 年 3 月的一天，这位部门经理乘飞机在飞机上偶然想到的，促使 MOON 先生有这一想法的原因是因为他发现他旁边的一位旅客正在听着 MD (迷你磁光盘 Mini)。就这样的一个景象促使他联想到：如果能将计算机上的 MP3 音乐文件也能够直接取出来，用一个单独的类似 MD 的播放器来播放的话，那将会是一个非常好的、受欢迎的MP3 随身听。当 MOON 先生回国后就立马做了一份有关他这一想法 MP3 随身听的提案。非常遗憾的是当时的三星公司因为种种原因在进行内部重整，MOON 先生的提案就没有得到真正得到实施，但是后来亚洲的金融风暴使得三星公司受到了巨大的冲击，当时的 MOO

13、N 先生也不得已被迫离职。后来 MOON 先生来到新的一家公司，在韩国的 SAEHAN（世韩）公司担任总裁，在这里他终于得以实现了他的当初的想法。就是这样世韩公司于 1998 年推出了全世界的第一台 MP3 播放器 MPMAN F10。MPMAN F10 相对于较为传统的磁带机和 MD 来说是有非常大的优势和特点的，例如：1、 MPMAN F10 体积仅为 70*90*16.5mm，约有四个 1.44m 软盘堆积起来这么大的体积，重 65 克；2、 他没有像以往的那种有任何机械部件，也因此不存在防震的问题，信噪比可达到 70dB，失真率仅为 0.010.1%；23、 播放时可以显示音轨、播放时

14、间，可编排的播放队列，支持低音/ 中音等音效；4、 两个电池可以大约维持 8 小时的持续播放。当时推出 MPMAN F10 的商业目的是想让广大消费者群体从收费的音乐网站中下载音乐，可是遗憾的是世韩公司当时没有足够强大的实力来进行推广的实施。而且 MPMAN F10 所采用的内存是在当时的科技水品发展来讲是非常昂贵的器件，以及到后来的 MP3 的版权保护的问题，以至于当时广受许多的同行的排挤。于是 MPMAN F10 就很快的便被MD 比下来。这次推出的 MP3 产品因为以上的原因，虽然没能引起广大消费者的太多的关注，但是 MPMAN F10 的出现便开启了 MP3 的市场的大门，当时的在韩国

15、很多家公司都开始关注并研究 MP3 随身听。这为以后的韩国企业在 MP3 的领域早于日本企业奠定了坚实有力的基础。从 1998 年 MP3 播放器的第一次出现一直到 2002 年 MP3 播放器都一直是很缓慢的在发展中。在这段时间内是韩国的一些企业，特别是三星公司就一直在坚持着研 MP3 播放器，才使得 MP3 播放器的市场没被时代所淘汰，以至于才有后来的 2003 年 MP3 播放器市场的大爆发。随着时代的发展，MP3 播放器也在不断地改进、不断地进行优化，首先是体积的改变，从原始的四个软盘那样的大小到火柴盒大小再到铅笔直径般粗细的圆柱体。体重也越来越轻，从原来的 65g 到后来的50g、3

16、0g 甚至十几克，在这个期间内 MP3 播放器的外形也发生了巨大的改变，例如：玻璃瓶形，水果形，动物形，不规则图形等等，MP3外形的多样性会更加的符合人们对审美的需求。甚至还有的公司还，把手机的滑盖技术也应用到 MP3 播放器上来。MP3 有三种播放器，分别是硬盘播放器、闪存播放器、插卡式播放器。但是由于插卡式播放器的卡都是闪存卡，所以也属于闪存类的MP3 播放器。MP3 播放器发展的早期市场多是使用硬盘作为存储介质的播放器的，因为那时候闪存播放器的价格是非常的昂贵的，之后随着闪存价格的降低和内存的不断提升，再加上硬盘播放器有机械部件、能3耗高、需防震等劣势，这就导致闪存播放器渐渐取代了硬盘播

17、放器。现如今，已经很少甚至没有硬盘的 MP3 播放器的了。从以上可看出 MP3 播放器从出现到现如今，可谓是发生了非常巨大的改变。1.2 MP3 行业的特点1.2.1 进入门槛低MP3 从最早期的发展至今已经历了长达 15 年之久。MP3 播放器有两个最主要部件，分别是解码芯片和闪存芯片即存储芯片。然而这两个重要的部件都可以通过各种方式进行购买得到的，有很多厂商都有制作。并且其他的零部件也都很容易得到。嵌入式工程师们就可以通过一定的设计将这些零部件进行组装到一起，在安装一个 MP3 播放器合适的外壳将其装起来就制可以制造一个 MP3 播放器了。由于 MP3 的入行门槛低，再加上 MP3 播放器

18、行业的早期发展有很乐观的收益，导致这一行业有成百上千家生产的公司，因此市场上有了各式各样的 MP3 播放器的品牌。进入门槛低，那么到底有多低，曾经在一份报纸上看到一位制作 MP3 播放器的老板是这样来说的：“我的 MP3 播放器工厂是两套打通了三室一厅的房间。 ”可想而知到底有多么低了。1.2.2 免费 MP3 音乐资源MP3 音乐文件的特性就是开放性。这就会使其没有版权的保护功能。也因此网上的就会用很多的盗版音乐。在百度或谷歌上随意搜索 MP3音乐文件，就可以轻而易举的找到你所想要下载的音乐，即快速又高效，最重要的是还是免费的。甚至有一些专业的论坛提供高品质的，采样率是 48KHZ、位速是

19、320kbps 的发烧级别音乐。无论是普通的 MP3 播放器用户还是 MP3 的发烧友，都能享受快速、高效、免费的音乐盛大餐。1.2.3 相对传统的随身听的优势首先，说一下传统的随身听，传统的随身听就是指的卡带机、CD和 MD；而 MP3 播放器的体积比卡带机、CD 和 MD 明显小的很多，即便是最初的的硬盘式 MP3 播放器也要比卡带机、CD 、MD 更加的小巧、4便捷。其次，MP3 播放器的重量都要比传统的随身听要轻很多。MP3 播放器轻的只有十几克。重的最多也就是几十克。然而传统的随身听都无法比拟，基本上都是上百克乃至上几百克的重量。随身听的便携性也尤其的重要。提到便携性，就要考虑到随身

20、听的小、轻，这两点重要的条件。显然，相对于来说，MP3 播放器远远要比传统的随身听更加的符合这两个条件。1.2.4 价格已达到大众化消费水平由于在 MP3 播放器出现的早期，闪存芯片和解码芯片的价格都非常的昂贵，以至于没有能在与 MD 的激烈竞争上获得胜利的可能，也没办法引起消费者的注意。但是由于 MP3 播放器的出现就已经启动了MP3 播放器的市场的发展，随着越来越多的技术大拿的研究和制造，随着闪存等部件价格的逐渐降低，也随着各个器件性能的提升，渐渐地MP3 播放器终于还是被广大消费者所喜欢上了。20032005 年之间出现爆炸性的飞升。然而现今，在最近这几年里 MP3 播放器的市场已经明显

21、走向成熟、稳定，价格方面也已经能被广大消费者们所可以接受。甚至有很多知名品牌的 MP3 播放器的价格也都很是便宜，相较于以前的上千块钱才能买一部的 MP3 播放器，现如今的 MP3 是更加的物美价廉，性价比高，价格十分便宜，不得不承认是 MP3 播放器的市场发展速度是如此快速惊人。1.3 MP3 文件格式分析MPEG1 声音压缩算法是一种通用的声音编码技术，它对音源的性质没有作任何的假设.而是利用人耳的听觉特性对声音进行压缩 1。经过压缩后的 MP3 文件数据由多个帧数据组成的，帧数据是 MP3 文件最小的组成单位。每个帧又由帧头、附加信息和声音数据组合形成的。每个帧播放时间是 0.026 秒，它依据位率的不同，长度也随而不同，有些MP3 音乐文件末尾有些额外字节存放不是声音数据的说明信息 2。头信息中包含了 MP3 帧流的特征信息，有 4 个宇节，32bit。具体为:同步字(OxFFF)、标识符、层、CRC 校验位使能、位率指数、采样频率、填充