基于STM32芯片的音频播放器设计

作者：吴社民

来源：《科技视界》 2014年第7期

吴社民

（安阳市高级技工学校，河南 安阳 455000）

【摘 要】本方案提出一种基于STM32F10X系列芯片的MP3解决方案。STM32F10x系列芯片是ST公司基于ARM公司的Cortex-M3内核设计的一款低功耗、高性能、低门数、多接口的嵌入式微处理器芯片

【关键词】STM32；SD Card；FAT32；MP3

0 引言

本方案采用ST公司的STM32F103VBT6芯片完成MP3/WMA音频文件的解码播放功能。其中STM32F103VBT6为主控芯片，采用VS1003芯片进行硬件解码，MP3/WMA格式音频文件存储在SD卡中。

由于采用新的数据压缩标准，MP3文件具有良好的音效和始于传输的体积大小。

本方案完成的功能包括：

（１）SD卡文件的读写

（2）FAT32文件系统的读写

（3）支持“上一曲/下一曲”、“顺序播放”功能

（4）支持歌词同步

1 硬件设计

１.1 器件介绍

１.1.1 Cortex-M3内核

Cortex-M3是ARM公司推出的新一代32位嵌入式微处理器内核。它采用ARM-V7-M架构，具有高性能、低功耗、少门数的特点；因此，非常适合嵌入式系统领域的设计和应用。

Cortex-M3具有一个与内核系统紧密耦合的嵌套向量终端控制器NVIC(Nested Vectored Interrupt Controller)。该NVIC可配置8级抢占式、256级优先级的1—240个外部中断，同时支持咬尾中断、迟到中断技术，大大缩短了中断响应时间。

１.1.2 STM32芯片

STM32xxx系列芯片是ST公司基于ARM Cortex-M3设计的一个32位微处理器系列。该系列处理器在继承ARM Cortex-M3内核优点的基础上，扩展了其外部接口、增强其定时器功能、增加了A/D、D/A模块。

１.1.3 VS1003音频解码芯片

VS1003是VSL公司生产的一款单片MP3/WMA/MIDI音频解码和ADPCM编码芯片。VS1003内部包含一个DSP处理器，为用户提供5KB的指令RAM和0.5KB的数据RAM，提供一个SPI接口和一个UART接口，同时支持一个高质量采样频率可变的ADC和立体声DAC模块。

１.1.4 TDA1308T数模转换芯片

TDA1308是AB类的数字音频(CD)专用耳机功放IC，具有低电压、低失真、高速率、强输出的优异特性。芯片内采用MOS管输出，可直接推动低阻抗耳机。因为封装和功能引脚位与一般的双运放相同，在特定条件下，也能当双运放使用。在低供电电压条件下，性能比一般的运放要好。因其封装体积小，低电压低功耗等特点，主要应用在便携式数字音频电路中，如discman，光驱的耳放电路等。

１.2 电路框图

按模块划分，本方案主要包括如下几个模块：SD卡模块、STM32主控模块、VS1003音频转换模块、TDA1308T数模转换模块、液晶模块、人机交互模块。

硬件电路框图如图1所示。

下面主要介绍SD卡模块、VS1003模块与STM32模块的链接。

１.2.1 SD卡与STM32

本方案中SD卡用来存储MP3/WMA格式的音频文件。STM32处理器通过SPI1接口读取SD卡中的音频文件。STM32芯片处于Master模式，SD卡处于Slave模式。

在本方案中SD卡与STM32芯片之间的数据通信采用SPI协议。

PA4：低电平有效，连接至SD卡的CS/DATA3引脚。在初始化过程中，SD卡根据该引脚电平的高低判断进入SPI模式还是SDHC模式。在STM32与SD卡的数据通信过程中，该引脚需保持为低电平。

图1 硬件电路框图

PA5：连接至SD卡的CLK引脚，用于提供STM32与SD卡数据通信过程中时钟信号。

PA6：连接至SD卡的DATA0引脚。对SD卡而言，该引脚为数据输出引脚，对STM32而言，该引脚为数据输入引脚。

PA7：连接至SD卡的CMD引脚。对SD卡而言，该引脚为数据输入引脚，对STM32而言，该引脚为数据输出引脚。

１.2.2 VS1003与STM32

本方案中VS1003用来进行MP3/WMA格式音频文件的硬件解码。STM32处理器通过SPI2接口将数据送入VS1003进行解码。STM32芯片处于Master模式，VS1003芯片处于Slave模式。

硬件电路框图如图2所示。

PB14：连接至VS1003的SO引脚。对STM32而言，该引脚为数据输入引脚；对VS1003而言，该引脚为数据输出引脚。

PB15：连接至VS1003的SI引脚。对STM32而言，该引脚为数据输出应交；对VS1003而言，该引脚为数据输入引脚。

PB13：连接至VS1003的CLK引脚，用于提供VS1003与STM32之间数据通信时所需的始终信号。

PB12：连接至VS1003的CS引脚，低电平有效。在STM32与VS1003通信过程中，该引脚需保持低电平。

２ 软件设计

２.1 程序设计思想

本方案程序设计的总体思路为：STM32芯片通过SPI1接口从SD卡中读取以FAT32文件系统个格式存储的MP3/WMA音频文件，然后将数据文件通过SPI2接口送至VS1003进行解码，解码结果通过TDA1308T芯片的转换送往耳机播放。（下转第146页）

（上接第99页）2.2 应用程序设计

应用程序流程图，如图3所示。

３ 结束语

本方案提出一种基于STM32F103VBT6的MP3/WMA音频文件播放设计模型。硬件上，简要介绍了各个模块的电路连接和工作流程；软件上，介绍了程序组织模型和应用程序设计流程。整个系统设计简明、简单、可靠性强，具有很高的性价比。

【参考文献】

［１］STM32F103X Datasheet Rev1[OL].pdf www.st.com.

［2］STM32F10X Reference Manual V8[OL].pdf www.st.com.

［3］The Definitive Guide to The ARM Cortex-M3.pdf[OL].

［4］李宁.ARM开发工具KeilMDK使用入门[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

［5］李宁.基于MDK的STM32处理器开发应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

［责任编辑：曹明明］