采用OLED顯示的MP3音樂播放器設計

摘 要：本文采用STM32F103RBT6微控制器做為核心處理單元，以VS1053實現了音頻解碼功能，以OLED液晶屏實現了人機界面，結合TF卡、ASM1117電源芯片等外圍器件完成了一種功能完整、功耗低、人機交互友好的MP3音樂芯片設計。系統可播放VS1053原生支持的MP3、WMA、WAV文件，并通過軟件加載PATCH的方式增加了對無損音頻FLAC格式的支持。

關鍵詞：OLED；音樂播放器；STM32；音頻解碼

中圖分類號：TN312.8 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 02-0000-01

一、引言

MP3是一種可以大幅度降低音頻數據量的音頻壓縮技術，可以播放MP3音樂文件的設備稱為MP3音樂播放器。本文基于STM32系列MCU、VS1053音頻編解碼器和OLED顯示屏，設計了一款可以播放常見格式音樂文件的MP3音樂播放器，該播放器可通過OLED顯示屏顯示長文件名、播放時間等信息，具有音量調節和曲目選擇功能。

二、系統方案設計

本音樂播放器主要由主控部分、存儲模塊、音頻解碼模塊、顯示模塊等幾個核心部分構成。主控電路以STM32F103RBT6嵌入式MCU為核心，配合8M無源晶振、32.768K晶振等外圍器件以及電源電路、復位電路等構成最小系統，主要完成數據讀寫、處理與各模塊調度等功能，是整個系統的核心部分。系統的另一個核心部分是音頻解碼模塊，由VS1053音頻編解碼芯片為核心構成，主要負責將MCU傳輸過來的音頻數據流解碼并通過音頻輸出通道播放。

三、系統的硬件設計

（一）控制核心電路。系統的主芯片STM32F103RBT6是一款采用ARM CORTEX M3內核的高性能、低成本32位核心處理器。該款CPU在STM32F103系列中屬于中端產品，內嵌的128K程序存儲器和20K的RAM已足以滿足音樂播放器系統的需求。該芯片內嵌2個SPI口與2個IIC口，方便與系統中各個模塊進行通信。系統采用8M晶振，利用內部鎖相環倍頻到72M主頻。

（二）顯示模塊設計。系統采用128*64分辨率的OLED顯示屏作為顯示模塊。該顯示屏由SSD1306作為驅動芯片，可以通過8080并口和SPI或IIC串口與單片機進行通訊。本設計中采用SPI串口模式。

（三）音頻解碼模塊。系統采用VS1053芯片作為音頻解碼的核心，該芯片還內置了一個高性能立體聲DAC和音頻耳機放大器，極大簡化了電路設計。在系統中，STM32作為主機，VS1053作為從機，通過7根線與CPU通訊。DREQ是一個數據請求信號。MISO、MOSI和SCK則是VS1053的SPI接口。他們在XCS和XDCS控制下來執行不同的操作。

（四）其他外圍電路設計。存儲部分。存儲部分采用TF封裝的SD卡，用來存放音頻文件。采用SPI模式與CPU通訊，CS/MISO/MOSI/CLK腳分別接10～100K上拉電阻。人機接口。系統共通過四顆按鍵，接到CPU的IO口上，分別實現音量的加、減，曲目的選擇功能。還有一顆復位按鍵，用于系統的復位。

四、系統的軟件設計

（一）內存管理。音樂播放器的程序涉及到大量的數據讀寫，引入內存管理才能提高軟件運行效率，增強系統穩定性。內存管理，是指軟件運行時對計算機內存資源的分配和使用的技術。其最主要的目的是高效，快速的分配，并且在適當的時候釋放和回收內存資源。內存管理主要由2個函數組成：malloc函數用于內存申請，free函數用于內存釋放。本系統中，采用分塊式內存管理方式，即將內存地址映射到內存表中進行管理。

（二）FATFS文件系統的移植。FATFS是一個完全免費開源的FAT文件系統模塊，專門為小型的嵌入式系統而設計。移植需要修改源碼中的兩個文件，即fconf.h和diskio.c。FATFS源碼中的cc936.c文件提供了對中文長文件名的支持，其中含有Unicode與GBK編碼的雙向轉換表，故文件較大，若直接編譯，程序容量將超過芯片的程序存儲器128K的限制，我們需要將其中的轉換表數組提取出來轉換成UNIGBK.BIN文件，放置在內存卡或外置FLASH芯片中。

（三）VS1053控制。VS1053的軟件操作過程如下：

（1）復位VS1053。讓VS1053的狀態回到原始狀態，準備解碼下一首歌曲。

（2）配置VS1053的相關寄存器。配置模式寄存器（MODE）、時鐘寄存器（CLOCKF）、音調寄存器（BASS）、音量寄存器（VOL）等。

（3）發送音頻數據。發送數據的時序規則：DREQ變高時，向VS1053發送32個字節。然后繼續等待DREQ變高，直到音頻數據發送完。

（四）OLED顯示。OLED通過SPI串行口與單片機進行通訊，因STM32F103RBT6只有兩個SPI串行口，且SD卡、VS1053都需要SPI通訊，同時又對傳速速率有較高要求，故將兩個內置SPI分配給SD和VS1053。液晶屏對傳速速率沒有過高要求，故采用IO口模擬SPI的模式。

五、結束語

本文討論了一種基于STM32F103RBT6的音樂播放器設計，定義了OLED液晶顯示屏、SD卡和VS1053的接口設計，討論了FATFS的移植、內存管理和VS1053的控制流程，并指出了軟硬件設計中需要特別注意的一些細節問題，對相應器件的調試和其他類似系統設計有一定的參考意義。

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[作者簡介]周言（1993-），女，遼寧丹東人，北華航天工業學院學生，本科在讀，主要研究方向：電氣自動化；王耀（1990-），男，安徽宿州人，北華航天工業學院學生，本科在讀，主要研究方向：圖形圖像處理；王灼（1992-），男，黑龍江綏化人，北華航天工業學院學生，本科在讀，主要研究方向：圖形圖像處理。