基于VS1053芯片的錄音裝置設計

周璐璐

Mp3曾經風靡全球，幾乎無人不知，無人不曉。錄音器是在基本mp3播放的基礎上的功能的一個升級。本設計是基于Cortex-M3內核的STM32F103系列單片機設計錄音的功能，單片機控制VS1053實現錄音和播放的錄音裝置的制作。

整個系統主要由音頻解碼部分、音效處理部分、SD卡部分、功率放大、電源部分等幾個部分組成，整個系統由一塊MCU（STM32F103RBT6）控制運行，各個部分協調運作。

硬件部分介紹：

本次設計所做的是基于STM32的錄音器，解碼芯片VS1053的作用不言而喻，因為此次錄音文件是保存在SD卡上的，自然少不了對SD卡的介紹。STM32F103系列微處理器是首款基于ARMv7-M體系結構的32位標準RISC （精簡指令集）處理器，提供很高的代碼效率，在通常8位和16位系統的存儲空間上發揮了ARM 內核的高性能。該系列微處理器工作頻率為72MHz，內置高達128K 字節的Flash存儲器 。

其內部結構圖如圖1所示：

圖1 STM32內部結構

STM32 MCU系列包含五個產品線：1.基本型系列STM32F101：36MHz 最高主頻，具有高達1MB的片上閃存。2.USB基本型系列STM32F102：48MHz最高主頻，具有全速USB模塊。3.增強型系列STM32F103：72MHz最高主頻，具有高達1MB的片上閃存，集成電機控制、USB和CAN模塊。4.互聯型系列STM32F105/107：72MHz最高主頻，具有以太網MAC。CAN以及USB 2.0 OTG功能。

本系統采用STM32F103RBT6作為控制核心，該芯片具有6通道的16位PWM輸出，RTC時鐘，兩個高速SPI，兩個IIC，三個串口，自帶USB和CAN接口。具有128K flash和20K 的SRAM，對本系統來說足夠了，同時以后還有很大的升級空間。

本系統采用VS1053解碼芯片，VS1053是荷蘭VLSI公司出品的一款高性能的解碼芯片。它不僅可以實現對MP3/OGG/WMA/FLAC/WAV/AAC/MIDI等音頻格式的解碼，同時還可以支持ADPCM/OGG等格式的編碼，性能相當強大。

VS1053的特性

1.支持OGG/MP3/WMA/WAV/FLAC（需要加載patch）/MIDI/AAC等眾多的音頻格式；

2.對話筒輸入或者線路輸入的音頻信號進行OGG（需要加載patch）/IMA ADPCM編碼；

3.高低音控制；

4.帶有EarSpeaker空間效果（用耳機虛擬現場空間效果）；

5.單時鐘操作12.13MHz；

6.內部PLL鎖相環時鐘倍頻器；

7.低功耗；

8.內含高性能片上立體聲DAC，兩聲道無相位差；

9.過零交差偵測和平滑的音量調整；

10.內含能驅動30 歐負載的耳機驅動器；

11.模擬，數字，I/O 單獨供電；

12.為用戶代碼和數據準備的16KB片上RAM；

13.可擴展外部DAC的I2S接口；

14.用于控制和數據的串行接口（SPI）；

15.可被用作微處理器的從機；

16.特殊應用的SPI Flash引導；

17.供調試用途的UART接口；

18.新功能可以通過軟件和 8 GPIO 添加。

VS1053解碼芯片電路原理圖如圖2所示

圖2 VS1053解碼芯片電路原理圖

SD 卡（Secure Digital Memory Card）中文翻譯為安全數碼卡，是一種基于半導體快閃記憶器的新一代記憶設備，它被廣泛地使用于便攜式裝置上（數碼相機、個人數碼助理（PDA）和多媒體播放器等）。SD 卡由日本松下、東芝及美國 SanDisk 公司于 1999 年 8月共同開發研制。SD 記憶卡重量很輕只有 2 克，大小也只有一張郵票那么大，但卻擁有高記憶容量、快速數據傳輸率、極大的移動靈活性以及很好的安全性。

TFT-LCD 即薄膜晶體管液晶顯示器。其英文全稱為：Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display。TFT-LCD在液晶顯示屏的每一個象素上都設置有一個薄膜晶體管（TFT），可有效地克服非選通時的串擾，使顯示液晶屏的靜態特性與掃描線數無關，因此大大提高了圖像質量。TFT-LCD 也被叫做真彩液晶顯示器。

TFTLCD 顯示需要的相關設置步驟如下：

① 將 STM32 與 TFTLCD 模塊相連接的 IO設置為輸出。

② 向 TFTLCD 寫入一系列的設置，用來啟動 TFTLCD 的顯示。

③ 通過編寫的函數就可以將字符和數字送到 TFTLCD 模塊上。

軟件設計

主模塊模塊是系統執行最頂層的模塊，進行系統的初始化，然后實現系統功能。它的目錄結構

圖3 主函數的目錄結構

FATFS相關代碼：

（1）模塊介紹：

ff.c 文件是移植到本系統上的 FAT 文件體統

disio.c FATFS 和disk I/O模塊接口文件

exfuns.c FATFS拓展代碼

mycc936.c cc936.c修改后的代碼

（2）目錄結構

圖4 FATFS的目錄結構

USMART

（1）模塊介紹

usma rt.c 負責與外部交互等

usmat_str.c 主要負責命令和參數解析

usmart_config.c 主要由用戶添加需要由usmart 管理的函數

（2）目錄結構

圖5 USMART的目錄結構

TEXT

（1）模塊介紹

fontupd.c 此部分代碼主要是字庫的更新操作

text.c 一些函數的申明

（2）目錄結構

圖6 TEXT的目錄結構

APP

（1）模塊介紹

mp3player.c mp3驅動播放代碼

recorder.c wav錄音驅動代碼

（2）目錄結構

圖7 APP的目錄結構

本次設計的最終成功如圖8所示，整體就是一塊MINI STM32開發板，加一塊VS1053解碼芯片模塊。硬件上就可以實現錄音功能了。

圖8 整體圖