华南理工大学学士学位论文
目录
摘要 ........................................................................ 4 Abstract .................................................................... 5 目录 ........................................................................ 6 第一章 绪论 ................................................................ 8 1.1 课题背景 ............................................................... 8 1.2 本次设计的主要内容 ..................................................... 8 第二章 系统硬件设计 ....................................................... 10 2.1 整体设计思路 ........................................................... 10 2.2 硬件器件的选择 ......................................................... 10
2.2.1 MP3解码芯片选择 .................................................. 11 2.2.2 收音机芯片选择 ................................................... 11 2.2.3 温度传感器选择 ................................................... 11 2.2.4 彩灯驱动芯片选择 ................................................. 11 2.2.5 音效处理芯片选择 ................................................. 12 2.2.6 EEPROM芯片选择 ................................................... 12 2.2.7 功率放大芯片选择 ................................................. 13 2.2.8 电源芯片选择 ..................................................... 13 2.2.9 人机交互设备选择 ................................................. 14 2.3 硬件系统框图 ........................................................... 14 2.4 硬件模块化原理图设计 ................................................... 15
2.4.1 MCU和DS18B20模块电路设计 ........................................ 15 2.4.2 MP3解码模块电路设计 .............................................. 16 2.4.3 收音机模块电路设计 ............................................... 17 2.4.4 SD卡模块电路设计 ................................................. 18 2.4.5 音效处理模块电路设计 ............................................. 18 2.4.6 FM24C16模块电路设计 .............................................. 19 2.4.7 彩灯驱动模块电路设计 ............................................. 19 2.4.8 功放模块电路设计 ................................................. 20 2.4.9 触摸屏控制电路和TFTLCD驱动电路设计 .............................. 22 2.4.10 电源电路设计 .................................................... 23 2.5 硬件PCB设计 .......................................................... 24 2.6 本章小结 .............................................................. 26 第三章 系统软件设计 ....................................................... 27 3.1 设计思路 .............................................................. 27 3.2 软件模块化设计 ........................................................ 27
3.2.1 LCD模块驱动程序设计 .............................................. 27 3.2.2 触摸屏模块驱动程序设计 ........................................... 29 3.2.3 SD卡模块驱动程序设计 ............................................. 32 3.2.4 VS1003模块驱动程序设计 ........................................... 33 3.2.5 PT2314模块驱动程序设计 ........................................... 34 3.2.6 FM24C16模块驱动程序设计 .......................................... 35 3.2.7 TEA5767模块驱动程序设计 .......................................... 35
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3.2.8 温度传感器驱动程序设计 ........................................... 35 3.2.9 RTC实时时钟驱动程序设计 .......................................... 36 3.2.10 彩灯模块驱动程序设计 ............................................ 36 3.2.11 JPEG/BMP解码模块程序设计 ........................................ 37 3.2.12 FAT文件系统模块程序设计 ......................................... 39 3.2.13 音乐播放模块程序设计 ............................................ 43 3.2.14 图片浏览模块程序设计 ............................................ 45 3.2.15 游戏模块程序设计 ................................................ 45 3.2.16 闹钟模块程序设计 ................................................ 46 3.2.17 时间模块程序设计 ................................................ 46 3.2.18 设置模块程序设计 ................................................ 47 3.2.19 电子书模块程序设计 .............................................. 47 3.2.20 收音机模块程序设计 .............................................. 48 3.2.21 彩灯控制模块程序设计 ............................................ 48 3.3 系统整合 ............................................................... 48 3.4 本章小结 .............................................................. 49 第四章 系统调试 ............................................................ 50 4.1 独立调试 ............................................................... 50
4.1.1 硬件调试问题 ..................................................... 50 4.1.2 软件调试问题 ..................................................... 52 4.2 本章小结 .............................................................. 52 第五章 总结与展望 .......................................................... 54 参考文献 ................................................................... 55 致谢 ....................................................................... 56
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第一章 绪论
1.1 课题背景
随着计算机技术、微电子技术和数字信号处理技术的迅速发展，各类消费电子产品发
生了革命性的变化，引发新技术、新产品层出不穷。特别是随着网络多媒体技术的普及、数字音视频技术的快速发展，多种视音频数据压缩标准和相应终端设备相继问世，已成为消费电子产品新的增长点。
自1998第一款MP3面世来，MP3就以迅雷不及掩耳之势占领了数码市场，一时风靡全球。而从2005年后，MP3的销量迅速下跌，如今已风光不再。而MP5的出现，更是把MP3几乎挤出了市场，MP5不但可以播放MP3、MP4，更能直接播放AVI和RMVB等主流的电影格式，说白了就是MP5具有MP3、MP4的所有功能，同时还具有他们不具备的功能，所以MP5取代MP3只是时间的问题，目前MP5的售价较高是最主要的原因，相信当MP5价格降下来之后，就是MP3退出市场之时了。如今另外一个数码产品-数码相框，随着数码相机的普及，也在悄悄袭来，数码相框就是能直接播放JPG/JPEG的一个小型显示器，一般的数码相框较MP3体积大，但是它们本来就不是针对移动设备的，数码相框主要用在家庭，它们一般不具移动功能，事实上，数码相框主要用来显示相片，如果做成移动设备的话，体积肯定不能大，但是体积小就意味着图片显示效果就不好。
现在的数码相框显示屏分辨率一般是234*480，对于一般的照片显示效果还是比较不错的，当然数码相框的开发者对图像显示进行了精心设计，使得你的照片不论分辨率是怎么样的，它都会进行最优的选择，以显示效果最佳，同时数码相框一般还具有其他附加功能，MP3就是其中一个功能，在播放图像的时候同时播放MP3，使相片浏览有声有色，同时数码相框还具有TV－OUT的功能，这就很好的解决了显示屏分辨率不高的问题，通过在电视上显示照片，使得相片观赏更舒适也更清晰。
通过对以上两款数码产品的分析，可以发现，新出的数码产品都包含了MP3的功能，但是又不限于此，也就是集成了MP3的优点，同时拥有原来MP3不具有的功能。只有这样，新的数码产品才可以在市场上得到消费者的青睐。
1.2 本次设计的主要内容
本设计课题是一个软硬件相结合的设计类题目。要求设计一个基于STM32F103的多功
能MP3。可以实现MP3播放的基本功能，同时拥有丰富并实用的外扩功能，整个系统的功能包括：
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第一章 绪论
●MP3播放功能 ●收音机功能 ●图片播放功能 ●温度计功能 ●彩色台灯功能 ●功率放大功能 ●万历年功能 ●闹钟功能 ●游戏功能 ●电子书功能
整个系统主要由音频解码部分、收音机部分、音效处理部分、SD卡部分、功率放大、电源部分、人机交互等几个部分组成，整个系统由一块MCU（STM32F103RBT6）控制运行，各个部分协调运作，人机交互部分采用LCD和触摸屏实现，输出部分采用2.4寸的240*320的彩色液晶实现，输入部分主要采用触摸屏实现。
整个系统涉及方面很多，颇具挑战性，主要难点在与FAT文件系统解析，JPEG/BMP数据格式解析，触摸屏控制等。针对本系统的特点，采用各个击破的方法，来一步步实现以上功能。最终实现整个系统的功能。
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第二章 系统硬件设计
2.1 整体设计思路
由于该多功能MP3要实现图片浏览和mp3播放这两大功能，对ram和处理速度的要求
比较高，首先对图片的解压缩要用到的ram比较多，其次，对MP3的播放，处理起来速度是有要求的，尤其对320Kbps的MP3格式数据流的处理，必须非常快，才能实现MP3的流畅播放。可供选择的八位机有AVR，PIC等，可供选择的32位处理器有SAMSUNG，NXP，STM32，ATMEL等。
首先要有丰富的RAM，八位机主要靠扩展，内部RAM一般在4Kbyte以内，更多的RAM得靠外扩，32位机里面，SAMSUNG一般不内带RAM，也要外扩，对于这个设计，当然成本越低越好，外扩RAM，FLASH芯片必然加大成本。所以控制芯片最好拥有自带的FLASH和RAM。
其次，由于本系统要播放MP3音乐和JPEG图片等，而两种格式的文件往往比较大，所以存储媒介也就有要求了，可供选择的有FLASH芯片，如SAMSUNG公司的K9F系列，还有SD卡，U盘等。如果选择FLASH，则整个系统要求较多的IO口来读取，更重要的一点是，这样做的后果就是整个系统的容量就被固定了，扩容存在困难。而U盘和SD卡都是不错的选择，但是SD卡相对于U盘，读取容易，而且相同容量的U盘和SD卡，SD卡的价格较低。所以系统选择SD卡作为存储媒介。
第三，系统播放MP3要同时读取SD卡和VS1003，都要用到SPI口，所以控制芯片最第四，彩色台灯的控制需要通过PWM调制，来实现调光，所以，控制芯片还要有至少通过以上分析，本系统选择STM32作为控制芯片，STM32是ST公司最新推出的基于采用STM32F103RBT6作为控制核心，该芯片具有6通道的16位PWM输出，RTC时好有两个SPI，这样不用复用，可以提高速度。 3路的PWM输出。
Cortex-M3构架的STM32F103RBT6芯片。
钟，两个高速SPI，两个IIC，三个串口，自带USB和CAN接口。具有128K flash和20K 的SRAM，对本系统来说足够了，同时以后还有很大的升级空间。
2.2 硬件器件的选择
在系统实现的时候，硬件选择是很重要的一部分，上面已经选取了控制芯片，剩下的
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就是选择其他芯片，来实现相应的功能了。下面我们重点分析系统相关其他芯片的选型。