基于STM32的MP3设计

1、摘要摘摘要要本篇论文主要介绍的一款基于crotex3 内核设计的的 mp3 播放器。 采用 stm32f103a 系列微处理器作为播放器的 cpu，采用由凌通公司生产的ds250-10 芯片作为音乐解码芯片。利用mpu6050运动处理模块收集 mp3 播放器的加速度、 空间位置等运动信息， 用以控制 mp3 播放器的播放/暂停、上一首/下一首等功能的实现。通过bq2057 电源管理芯片对锂电池进行充电管理。音量是由光敏电阻收集到的环境光强信息控制。无需按键，用户只需要通过改变播放器的空间位置，就可以控制播放器的功能实现。增加了操作的趣味性，提高了用户的操作体验。使得在如今新鲜招数层出不穷的mp

2、3 市场更有竞争力。关键词：关键词：mp3 播放器，加速度，环境光感应，stm32，ds205-a103iabstractabstractabstractthis paper describes the design of a kernel-based crotex3 of the mp3 player. using stm32f103aseries microprocessor as the player of the cpu, using the ling tong produced ds250-10 chip as themusic decoding chip. use mpu6050

3、motion processing module collects acceleration mp3 player, sportssuch as spatial location information, to control the mp3 player, play / pause, previous / next trackfunctions such implementation. by bq2057 power management chip for lithium battery chargemanagement. volume is a photoresistor light co

4、llected information control environment. no buttons,the user only needs by changing the spatial position of the player, the player can control the realizationof the function. increases operational interest, improving the users operating experience. making freshtricks emerging in todays mp3 market mo

5、re competitive.keywordskeywords: : mp3 player, accelerometer, ambient light sensor, stm32, ds205-a103ii目录目目录录摘要摘要 . iabstractabstract .ii第一章概述第一章概述 . 11.1mp3（moving picture experts group audio layer iii）. 11.2mp3 以及 mp3 播放器的发展趋势. 31.3 课题研究内容 . 41.4 章节安排 . 4第二章第二章 主控主控 cpucpu 芯片芯片 .62.1 stm32f103a 芯片

6、的基本构成 . 62.1.1 芯片特点 . 72.1.2 芯片应用 . 72.2 主控 cpu 电路. 9第三章第三章 音频解码芯片音频解码芯片 . 103.1 gpds25 芯片的基本构成. 103.1.1 产品特点 . 103.1.2 规格参数 . 103.2 ds250-10 芯片电路 . 11第四章第四章 控制模块控制模块 . 124.1 三轴陀螺仪 . 124.1.1 mpu6050 芯片简介 . 124.1.2mpu6050 芯片原理图 . 134.2 红外控制 . 164.2.1 红外遥控器面板代码对应图. 164.2.2 有关红外波形的测试. 174.3 光敏电阻 . 224.

7、3.1 光敏电阻简介 . 224.3.2 光敏电阻原理图. 24第五章第五章 电源管理电源管理 . 255.1 锂电池 . 255.1.1 锂电池简介 . 255.1.2 锂电池发展前景. 255.2 锂电池原理图 . 265.2.1 bq2057. 265.2.2 理电池充电电路. 26第六章第六章 其它模块其它模块 . 276.1 tf 卡. 276.1.1 tf 卡简介. 276.1.2 tf 与 sd 卡对应关系. 286.1.3 tf 卡电路原理图. 286.2 usb 模块 . 296.2.1 usb 简介 . 296.2.2 usb 模块原理图电路及外围电路 . 29iii目录6

8、.3 功放模块 .306.3.1hxj8002 芯片简介 .306.3.2功放模块电路原理图 .31总结总结. 32参考文献参考文献. 34iv基于体感控制的 mp3 播放器的设计第一章第一章 概述概述1 1. .1 1mp3mp3（movingmoving picturepicture expertsexperts groupgroup audioaudio layerlayer iiiiii）1 1、mp3mp3 音频编码方式音频编码方式mp3 是一种近十年来新兴的音频压缩技术， 其全称为动态影像专家压缩标准音频层面3 （movingpicture experts group audio

9、layer iii） ，取其首字母缩写命名为 mp3。它的出现使得音频数据量得到了很大的降低。利用此项 moving picture experts group audio layer iii 技术，可以使音乐达到1:10 或者更多 （ 1:12） 的压缩率， 使得压缩后的音频文件明显减小， 相对于大多数普通用户而言，mp3 格式的音频文件与未经过压缩的原音频文件相比，音质与体验并没有明显的区别。这使得mp3技术以及 mp3 音频格式的文件十分盛行。它的发明人是在 1991 年由德国一个名为埃尔朗根的研究组织中的一组工程师发明，并对其进行了标准化定义。mp3 之所以可以将音频文件以很大的压缩率

10、压缩是由于人耳对某些高频的声音信号并不敏感，利用这一点，将原格式音频文件中的时域波形信号经软件转换为特殊的频域信号，并按标准将其化分为多个小范围频段，对于不同的音频频段选择不同的压缩率进行压缩，将人耳不用意听到的高频使用很大的压缩比，有时甚至会忽略某些高频信号，而对与人耳较敏感的低频信号采用很小的压缩率，保证音频中段的信号不有失真。因为去掉了人耳不能听见的高频部分，又很好的保留了人耳可以听见的中低音频部分，所以可以使得压缩率达到110 甚至更高的 112。随着时代的进步，mpeg 格式也在不断的发展，如今 mpeg4 已经渐渐的走入人们的视线。其中 aac 格式更是将会逐渐取代如今的mp3 格

11、式成为下一代的音频格式主角。当今人们所说的mp3是对于 mp3 格式的一个总称。其中分为耳机形 mp3 和外放形 mp3 这两类，传统的 mp3 格式想要获得较好的音质需要配戴耳机才可以实现，但经过科学研究，长期配戴耳机对人耳会造成很大的伤害，这也就促成了 mp3 向着新的方面发展外方形 mp3 格式，这种格式的音频文件适用于外放音乐，对人耳几乎没有伤害，得到了大家的追捧。表示 mp3 品质的参数为 kpbs，32pbs 的 mp3 音频文件已经与 flac（cd 提取文件格式）和ape（无损压缩格式）在音质上已经几乎没有差别，但仍然保持着相对较小的体积（一首歌曲大约1b 左右） ，与之前的两

12、种个相比，有着明显的体积优势，更适合应用在移动存储的音乐播放器上。2、mp3 格式的音频文件mp3 音频文件就是利用 mpeg audio layer 3 技术，将音乐压缩到原先文件大小的十分之一甚至十二分之一，这样生成的音频文件体积会大大减小，也可以解释成，在基本上不影响用户在听音乐的感受的基础上将音乐文件的体积大大减小，同时还很好的保留了原音频文件基本音质音效。由于 mp3 音频文件具有体积小同时音乐质量较好的特点， 迅速替代了大部分格式的音频文件， 几乎成为了流行音乐的一种标志。12pbs 质量的 mp3 文件，基本维持在 6/mb 的比例，也就是说每 b 的mp3 音频文件的播放时间在

13、60 秒左右， 较高品质的列如 32pbs 的 mp3 音频文件大概在 2/mb。 利用支持 mp3 格式的音乐播放器即 mp3 播放器对 mp3 音频文件进行解码播放， 这便是我们平时所听到的 mp3 音乐。（1）优点：mp3 格式音频文件的优点大致总结为三点： 一是由于 mp3 格式对音频文件进行了部分压缩， 使1基于体感控制的 mp3 播放器的设计得文件体积大大减小。应用在移动存储设备上时，同样的存储空间可以存储更多的音乐；二是对于用户来说，不再局限于整盘的 cd，是自己在音乐的选择上更加灵活多样。 三是其实用的播放器结构相对简单，不再像老式 cd 机那样播放中不可震动，同时体积较小，携

14、带更加方便，可在运动中的同时享受音乐。（2）缺点：所谓鱼和熊掌不可兼得， mp3 格式的音频文件同样存在着缺点。 由于 mp3 音频文件的音频压缩过程是一种有损压缩，去掉了人耳不能听到或较不容易听到的高频段声音，只留下了人耳可以听到音频范围内的频段，所以相对于 cd 等无损音质音乐来说，虽然不明显，但音质上的损失是不可避免的。但其实这点的影响微乎其微，因为这些音质的损失对于大部分人来说是无法察觉的。（3）音频质量：因为 mp3 是一种有损格式， 它提供了多种不同“位速”的选项也就是用来表示每秒音频所需的编码数据位数。典型的速度介于每秒 128 和 32b 之间。与此对照的是，cd 上未经压缩的

15、音频位速是 1411.2 kbit/s（16 位/采样点 44100 采样点/秒 2 通道)。使用较低位速编码的 mp3 文件通常回放质量较低。使用过低的位速，“压缩噪声（： en：compression artifact）”（原始录音中没有的声音）将会在回放时出现。说明压缩噪声的一个好例子是压缩欢呼的声音：由于它的随机性和急剧变化，所以编码器的错误就会更明显，并且听起来就象回声。除了编码文件的位速之外，mp3 文件的质量也与编码器的质量以及编码信号的难度有关。使用优质编码器编码的普通信号，一些人认为 12bit/s 的 mp3 以及 44.hz 的 cd 采样的音质近似于 cd音质，同时得到

16、了大约 11:1 的压缩率。在这个比率下正确编码的 mp3 能够获得比调频广播和卡式磁带更好的音质，这主要是那些模拟介质的带宽限制、信噪比和其它一些限制。然而，听力测试显示经过简单的练习测试听众能够可靠地区分出 12bit/s mp3 与原始 cd 的区别。在许多情况下他们认为 mp3 音质太低是不可接受的，然而其他一些听众或者换个环境（如在嘈杂的车中或者聚会上）他们又认为音质是可接受的。很显然， mp3 编码的瑕疵在低端计算机的扬声器上比较不明显，而在连接到计算机的高质量立体声系统，尤其是使用高质量的headphone 时则比较明显。fraunhofer gesellschaft（fhg）在

17、他们的官方网站上公布了下面的 mpeg-1 layer 1.2 和 3 的压缩率和数据速率用于比较： layer 1: 384 kbit/s，压缩率 4:1 layer 2: 192.256 kbit/s，压缩率 8:1.6:1 layer 3: 112.128 kbit/s，压缩率 12:1.10:1不同层面之间的差别是因为它们使用了不同的心理声学模型导致的；layer 1 的算法相当简单，所以透明编码就需要更高的位速。然而，由于不同的编码器使用不同的模型，很难进行这样的完全比较。许多人认为所引用的速率出于对layer 2 和 layer 3 记录的偏爱而出现了严重扭曲。他们争辩说实际的速率

18、如下所列：* layer 1: 384 kbit/s 优秀。* layer 2: 256.384 kbit/s 优秀，224.256 kbit/s 很好，192.224 kbit/s 好。* layer 3: 224.320 kbit/s 优秀，192.224 kbit/s 很好，128.192 kbit/s 好。2基于体感控制的 mp3 播放器的设计当比较压缩机制时，很重要的是要使用同等音质的编码器。将新编码器与基于过时技术甚至是带有缺陷的旧编码器比较可能会产生对于旧格式不利的结果。由于有损编码会丢失信息这样一个现实，mp3 算法通过建立人类听觉总体特征的模型尽量保证丢弃的部分不被人耳识别出

19、来（例如，由于 noise masking） ，不同的编码器能够在不同程度上实现这一点。3、mp3 播放器麻雀虽小但五脏俱全，mp3 播放器同样具备 cpu、存储、解码等设备。 mp3 播放器在控制上一般分为按键控制和触屏控制，但无论哪种控制方式，用户发出的指令都会传送给mp3 的 cpu，cpu接受到控制指令后会发送指令给mcu，控制mcu 从存储设备上读取所需要的音频文件，完成用户所需要的功能。mp3 音频文件要想播放需要经过 mcu 的解码，解码的过程可以理解为反向解码，把在 mp3 音频文件生成过程中压缩的部分尽可能最大的还原出来。但此时用户仍然无法听到音乐，这时便需要利用数模转换器将

20、解码出来的数字信号转换为人耳可以听到的模拟信号经由信号放大器放大再发送到功放部分，例如耳机、音响等。mp3 不仅是人们享受音乐的工具，同时也是学习的一种重要工具，将课程录制下来，或是许多英语学习书籍中提供的mp3 格式学习资料，都会让我们的学习事半功倍。1.21.2mp3mp3 以及以及 mp3mp3 播放器的发展趋势播放器的发展趋势自从第一款 mp3 播放器诞生以来， 历经十余年， mp3 播放器经过了极大的发展与改变。 同手机、相机等产品一样，正在向着功能多元化方向发展。不得不说，如今随着电子产品的不断发展，同一件电子产品所具备的功能越来越多，如拍照、听音乐等已成为了手机的基本功能。又如平

21、板电脑的诞生，更是使得许多功能在不同的电子产品上出现了功能重叠的现象。mp3 音乐播放器作为一款功能相对单一的电子产品，受到了不小的市场冲击。但是虽然如此，mp3 在音乐播放时长仍然有他的一席之地，这其中的原因之一就是电子产品的续航问题。如今很少有人用手机来播放音乐，正是由于如今的主流手机待机续航时间基本为一天左右，但这只是在正常使用的情况下，如果加上播放音乐等功能，可能半天时间就已经没电了。所以物尽其用，对于播放音乐来说，大部分人的选择还是mp3 播放器。但如今 mp3 播放器不仅受到其他的电子产品冲击， 自身竞争也同样激烈。越来越多变的造型以及工业设计新元素的添加，让mp3 能够持久地焕发

22、着生机和活力。倘若站在潮流的浪尖往回看，视频概念，拍照功能，彩屏大屏拓展，巧克力按键，双层注塑亚克力面板，双核概念炒作，镜面工艺，2.8 英寸超大屏幕，国内的主流mp3 厂家似乎总能够保持一种默契，每隔一段不太长的时间就会为当时的 mp3 加入一些新的设计元素，让mp3 在消费者面前，永远保持着新鲜的卖点和创新的活力。三维感光音乐播放器正是在这种不断需要新鲜事物刺激眼球的背景下应运而生。所谓三维感光音乐播放器，一改往常通过按键或触摸屏对播放器进行控制的方式，而选择通过感应光照强度以及位置的改变，从而进行对音乐间的切换。通过外界自然光强度控制播放音量大小。使得产品拥有更人性化的操作，同时也增强了

23、操作中的趣味性， 为用户带来更好的娱乐体验以及更完美的音乐体验。3基于体感控制的 mp3 播放器的设计1.31.3 课题研究内容课题研究内容此款产品主要由光敏电阻模块、6 轴传感器模块、主控芯片模块、音乐解码芯片模块、tf 卡模块、音频输出模块、电池模块、usb 模块这八部分组成。利用光敏电阻感知播放器所处环境的光强程度，根据光强程度来控制音乐的音量，并且利用 6轴传感器感知播放器的位置以及位置变化的加速度值，根据 6 轴传感器的信息来决定播放器播放音乐的功能（上一首、下一首、暂停、播放等） 。播放器的音乐存储在 tf 卡中，方便tf 卡中的音频文件更换。播放器采用锂电池充电，播放器内置锂电池

24、充电管理电路。系统流程如图1.1所示光敏电阻tf卡音响三轴陀螺仪（mpu6050）cpu(stm32f103)mcu(gpds250a)lm8002运放3.3v电压产生芯片（cat6219）电源管理芯片（bq2057）锂电池图 1.1 系统流程图1.41.4 章节安排章节安排本文共分为六章，第一章为概述，简单的介绍了毕业设计所做的东西，以及一些相关知识。第二章为介绍 cpu（stm310） ，包含 cpu 的参数介绍、所应用的功能介绍、以及cpu 的电路原理图等。第三章介绍了 mp3 播放器中所用到的 mcu（ds250-10）的功能参数、原理图以及周边电路。第四章主要讲述的为 mp3 播放器

25、的控制模块，其中包含了红外控制、mpu6050 三轴陀螺仪以及光敏电阻这三部分，这三部分也是mp3 的获得操作指令的主要途径，是毕业设计中的重点之一。第五4基于体感控制的 mp3 播放器的设计章介绍的是 mp3 播放器的供电、充电以及保护电路。介绍了bq2057 等芯片的一些信息及应用。第六章包含了 tf 卡、usb 模块、功放模块这剩余的三部分，涉及到了播放器数据存储、充电接口以及音频输出等内容。5基于体感控制的 mp3 播放器的设计第二章第二章 主控主控 cpucpu 芯片芯片2.1 stm32f103a2.1 stm32f103a 芯片的基本构成芯片的基本构成stm32f103a 的模块

26、框图，如图2.1所示。图2.1 stm32f103a 的模块框图stm32f103a 是以 arm cortex-m3 为内核的 32 位高性能微处理器，其工作的频率为 7hz。片上含有 51flsh、6sram 等高速存储设备。由于具有 apb 总线，以及丰富的 i/0 接口，使其可多种增强型外设。具备 i c 接口两个，spi 接口三个以及 usart 接口五个，几乎为所有的设备都提供了便准通信的接口。片内集成了两个位数为12 的 adc 转换器、一个位数为12 的 dac（双通道）转换器、而 16 位得计时器更是多达11 个。6基于体感控制的 mp3 播放器的设计2.1.12.1.1 芯

27、片特点芯片特点1、内核：arm 32 位 cortex-m3 cpu 最高工作频率 7hz（外部晶振为 hz，内部 pll 倍频设置为 9 倍频） ， 1.2mips/mhz。 单周期乘法和硬件除法。 而一般使用的 51 单片机则没有倍频的能力，常使用 11.059hz 的晶振，处理能力比 stm32 系列单片机差很多。2、 复位和电源管理， 2.0到3.的电源供电和i/o接口的驱动电压。 相比于51单片机， stm32f103a单片机片内集成了可编程的电压探测器（pvd） ，可实时检测单片机的供电电压，在电压过低时，自动复位。3、最多高达 112 个的快速 i/o 端口根据型号的不同，有 2

28、6，37，51，80 和 112 的 i/o 端口，所有的都可以映像到 16 个外部中断向量。除了模拟输入，所有的都可以接受以内的输入。4、可提供两种调试模式，串行调试（swd）和 jtag接口调试。这里选用的是swd 接口进行调试。5、多达 13 个通信接口：2 个 ic 接口（smbus/pmbus） ；5 个 usart接口（iso 7816 接口，lin，irda 兼容，调制控制） ；3 个 spi 接口（1bit/s） ，2 个与 i 复用；can 接口(2.)；usb 2.0 全速接口；sdio 接口。这里主要是使用uart接口。由于一般的51 单片机只有一个 uart接口，但是本

29、设计中要使用多达三个uart接口， 普通的 51 单片机不能满足要求。 拥有大量的接口也是选择sem3103 单片机的重要原因。2.1.22.1.2 芯片应用芯片应用1、dma：12 通道的通用 dma（dma1 有 7 个通道，dma2 由 5 个通道）可用于存储器到存储器，外设到存储器和存储器到外设的传输。 dma 控制器支持循环缓冲管理， 从而避免了在到达缓冲区末端的时候产生中断。每个通道都连接到专用的硬件 dma 请求，同时支持软件触发。由软件进行配置，源到目标的传输大小是独立的。dma 可以和一些主要外设一起使用， 包括 spi,iic,iis,usart，通用定时器 timx，基本

30、定时器，dac 和 adc。2、独立看门狗：独立看门狗基于 12 位的倒计数器和 8 位的预比较器。由一个独立的4hz 的内部 rc 提供时钟。由于和主时钟独立工作， 所以它可以工作在停止和待机模式。 可以用作在系统出问题时来复位设备，也可以作为一个空转的定时器来用于应用程序的定时管理。硬件或者软件都可以通过选项字节来配置，计数器在调时模式下可以冻结。3、systick定时器：该定时器是 os 专用，但也可以用作标准的倒计数器。特性：一个24 位的倒计数器；自动重载能力；当计数器为 0 时产生的系统中断是可屏蔽的；可编程的时钟源。4、通用定时器（timx） ：stm310 x 设备最多自带 4

31、 个同步标准定时器。这些定时器基于一个 16 位自动重载顺序/倒序计数器和一个 16 位的预比较器。每个定时器特有分别用于输入捕获，输出比较，pwm 或者单脉冲模式输出的 4 个独立通道。在最大的封装下可以提供多达 12 输入捕获/输出比较/pwm。通过同步连7基于体感控制的 mp3 播放器的设计接特性或事件链，定时器可以一起工作。定时器在调时模式下可以冻结。任何一个标准的定时器都可以用于产生 pwm 输出。每一个定时器可以产生独立的dma 请求。5、adc（模数转换器） ：2 个 12 位的模数转换器，每个多达 16 个外部通道，可以以单次或扫描模式进行转换。在扫描模式下，自动转换在一组选定

32、的模拟输入上进行。 adc 接口嵌入的附加逻辑功能支持：同时采样并保持；交叉采样并保持；单并联。adc 支持 dma。如果转换电压在设置的限制之外会产生一个中断，特有的模拟看门狗可以对每个通道的转换电压进行精准监控。标准定时器 timx 和高级控制定时器 tim1 产生的事件可以内部连接到adc 开始触发器，插入触发器和dma 触发器，从而应用可以同步 a/d 转换和定时器。6、串行线 jtag调试端口（swj-dp） ：芯片嵌入了 arm swj-dp 接口，并且组合了 jtag和串行线调试端口。jtag tms 和 tck 引脚分别和 swdio 和 swclk 复用。如果要在 jtag-

33、dp 和 sw-dp 之间切换，只需要在 tms 输入一个特定的序列。8基于体感控制的 mp3 播放器的设计2.22.2 主控主控 cpucpu 电路电路主控电路图如 2.1.2 所示图 2.2 主控 cpu 电路cpu 各管脚在系统中的应用，如表2.1 所示。表 2.1 cpu 各管脚在系统中的应用网络标号ir_int1作用红外控制使用功能输出模拟的红外波形控制 gpds25 音乐芯片实现功能swdio,swdckx3,x3cpu 晶振连接 cpu 晶振osc_in,osc_outboot1,boot0nrst3pwm复位端模拟晶振cpu 启动端boot1，boot0 的电平组合决定 cpu

34、 从那部分开始启动输出模拟的 pwm 波形当作 gpds25 音乐解码芯片的晶振adcscl,sdaad 采集信号ic 通讯获取采集的光强数据与 mpu6050 芯片进行通讯9pa5pb10,pb11nrstpb6pb2，boot0cpu 所用 swd 下载端jlink 下载器所用端pa13,pa14管脚pa2基于体感控制的 mp3 播放器的设计第三章第三章 音频解码芯片音频解码芯片3.1 gpds253.1 gpds25 芯片的基本构成芯片的基本构成3.1.13.1.1 产品特点产品特点1、直接接受锂电池输入。2、内建 dc/dc-供电给外接 u 盘。3、直推 7-seg 不需要外挂三极管。

35、4、支持更多收音规格模块。5、主控外围简单,成本更低,功能更强,整 bom 成本更具优势。6、支持 u 盘、mmc、sd 卡的播放。7、内置 3. ldo。8、无需升压 ic。9、内置外部音源通道。10、可调节外部音源声量。11、支持 mp3 音乐格式支持 usb host 2.ull speed 协议。12、支持 10 多个按键功能。13、支持单曲循环、全部循环等多种播放模式。14、支持 normal、 pop 、jazz 、class 、bass 、rock 等音效模式。15、支持红外摇控器控制功能。3.1.23.1.2 规格参数规格参数1、支持的音频格式mp3。2、波特率:2400 us

36、b。3、接口规格usb2.0 full speed。4、支持 mmc、sd 卡协议。5、支持u 盘文件系统 fat16 /fat32。6、信噪比8b 以上。7、输出功率:0.25-0.,可接耳机。8、提供工作电源电压，工作电流20-6a，频率响应 202hzgpds250 系列 相对 gpds208 系列 优势:1.芯片内部集成 ldo,省去原来老主控要用电源稳压管外围成本更低。2.芯片内部集成 4052,直接支持 line_in.省去原来老主控要用的 4052 切换 fm/usb/sd。3.支持更多收音规格模块。支持目前市面上绝大部分收音ic。4.直接推 led 数码管,省去原来老主控要增

37、5 个三极管。5.内置支持更多规格型号的lcd,直接推 lcd。6.内置升压电路,外围简单。10基于体感控制的 mp3 播放器的设计3.2 ds250-103.2 ds250-10 芯片电路芯片电路ds250-10 芯片电路如下图所示图 3.1 ds250-10 芯片电路为了节约资源，并且减小成本。ds250-10 的晶振由 stm32f103a 模拟输出。同时在pcb 板上留有晶振的位置，用两个0 欧姆电阻隔离开。以防当stm32f103a 模拟的 pwm 波形不可用时，可以安装 ds250-10 所需的晶振。dacol、dacor 分别为左声道与右声道输出端， 与功放电路相连。ir_int

38、1 为红外控制引脚，本播放器采用 cpu（stm32f103a）直接模拟红外输出， 从而完成对音乐芯片的控制。 iob2、iob1、iob0本别为sd0、 sdclk、 sdcmd与tf卡相连， 从tf中读取mp3音频格式的文件， 经由ds250-10芯片解码为模拟信号由功放单元输出音频。11基于体感控制的 mp3 播放器的设计第四章第四章 控制模块控制模块4.14.1 三轴陀螺仪三轴陀螺仪4.1.1 mpu60504.1.1 mpu6050 芯片简介芯片简介mpu-60 是全球首例 9 轴运动处理传感器。 它集成了 3 轴 mems 陀螺仪， 3 轴 mems 加速度计，以及一个可扩展的数字

39、运动处理器dmp（digitalmotionprocessor） ，可用 ic 接口连接一个第三方的数字传感器，比如磁力计。扩展之后就可以通过其ic 或 spi 接口输出一个 9 轴的信号（spi 接口仅在 mpu-6000 可用） 。mpu-60 也可以通过其 ic 接口连接非惯性的数字传感器，比如压力传感器。mpu-60 对陀螺仪和加速度计分别用了三个 16 位的 adc，将其测量的模拟量转化为可输出的数字量。为了精确跟踪快速和慢速的运动，传感器的测量范围都是用户可控的，陀螺仪可测范围为250，500，1000，2000/秒（dps） ，加速度计可测范围为2，4，8，1。一个片上 1024

40、 字节的 fifo，有助于降低系统功耗。和所有设备寄存器之间的通信采用40hz的 ic 接口或hz 的 spi接口 （spi仅 mpu-6000可用） 。对于需要高速传输的应用，对寄存器的读取和中断可用 2hz 的 spi。另外，片上还内嵌了一个温度传感器和在工作环境下仅有1%变动的振荡器。芯片尺寸 440.m，采用qfn 封装（无引线方形封装） ，可承受最大1000 的冲击，并有可编程的低通滤波器。关于电源，mpu-60 可支持 vdd 范围 2.5%，3.5%，或 3.5%。另外 mpu-6050 还有一个vlogic 引脚，用来为 ic 输出提供逻辑电平。vlogic 电压可取 1.85

41、%或者 vdd。12基于体感控制的 mp3 播放器的设计4.1.24.1.2mpu6050mpu6050 芯片原理图芯片原理图1、mpu6050 芯片原理图mpu6050 芯片原理图如下图所示图 4.1 mpu6050 芯片原理图aux_oa、aux_cl 分别为 xda、xcl。组成 ic 接口，与 cpu（stm32f103a）进行通讯，将得到的位置信息以及加速度信息传递给cpu（stm32f103a） 。2、mpu6050 芯片外围电路mpu6050 芯片外围电路如下图所示图 4.2 cat6219-3.电压输出电路mpu6050 三轴陀螺仪芯片所需电压为3.， 为了保证芯片工作正常，

42、数据准确， 采用由 cat6219芯片为核心的 3.电压输出电路。cat6219直接由锂电池供电，将电压转化为稳定的3.电压。13基于体感控制的 mp3 播放器的设计3、关于 mpu6050 芯片相关实验（1）mpu6050 芯片的控制程序void track_adjustment(unsigned char *buf,short *data)/read_mpu3050(buf,data);/播放、停止if(data2 40)/下一首if(data0 60)/上一首if(data1 60)14delay(1000);read_mpu3050(buf,direction);if(data2 40

43、)if(stop_signe = 1)elsereturn;dac_chang(play);stop_signe = 1;dac_chang(stop);stop_signe = 0;/delay(1000);/read_mpu3050(buf,direction);/if(data0 60)/dac_chang(next);return;基于体感控制的 mp3 播放器的设计此段程序为控制 mp3 播放器的播放、停止、上一首、下一首等功能，利用中断的方式将控制信/delay(1000);/read_mpu3050(buf,direction);/if(data1 60)/dac_chang(p

44、re);return;/息发送给 cpu，再由cpu 控制 mcu，从而完成用户的指令。由于mp3 播放器采用体感控制，数据收集由 mpu6050 三轴陀螺仪来完成， 所以此时会面临一个检测灵敏度的问题， 只有检测到加速度到一定数值时，播放器才会采取相应的操作，经过测试得到了程序中的数值，即每个data里的数值，如果需要进行相应的修改可更改data中的数字。15基于体感控制的 mp3 播放器的设计4.24.2 红外控制红外控制4.2.14.2.1 红外遥控器面板代码对应图红外遥控器面板代码对应图红外遥控器面板代码对应如下图所示a222nana30104202a4na18384ancc290na

45、7a5a52图 4.3 红外遥控器面板代码对应图经测试，得出以下对应关系：a2：开机/关机；22：暂停/播放；02：上一首；c2：下一首；a4：音量减小；90：音量增大；30：数字 1；18：数字 2； ：数字 3；10：数字 4；38：数字 5； ：数字 6；42：数字 7； ：数字 8；52：数字9；16基于体感控制的 mp3 播放器的设计4.2.24.2.2 有关红外波形的测试有关红外波形的测试1、红外输出编码格式图 4.4 红外编码图输出编码是由引导码、16 位用户码（用户码、用户码）和 16 位数据码(数据码、数据码反码)组成。图 4.5 引导码及用户码根据实际测量， 引导码低电平为

46、 9.0s， 高电平为 4.5s。 用户码中 “0” 的低电平时间长度为 0.51s，高电平时间长度为 0.61s。 “1”的低电平时间长度为0.6s，高电平时间长度为 1.7s。在实际测量中发现，不同的触发方式会引起红外码形的变化。17基于体感控制的 mp3 播放器的设计图 4.6 红外码形 1图 4.7 红外码形 2图 4.8 红外码形 3在试验中，利用红外接收端、红外遥控器以及逻辑分析仪记录所得波形如图4.6、4.7、4.8 所示。触发规则的改变将会影响到波形最终的结果。当红外遥控器单次触发时，会出现图4.6 红外码形 1 中所示的波形。第一段为9.0s 的低电平与 4.5s 的高电平构

47、成的引导码。以及八位“0”与八位“1”构成的十六位用户码。第二部分为十六位数据码，前八位为数据码，后八位为前八位数据码的反码。图形中所示为数据码为“18” （00011000） ，即当前十六位数据码为“0001100011100111 ” 。最后部分为结束码。结束码由一个39.93s 的高电平、9.04s 的低电平、2.s 的高电平、0.59s 的低电平组成。当触发规则变更为快速连续不间断的触发时，红外码形如图4.7 红外码形 2 中所示。结束码并未出现，红外编码只是由引导码、用户码以及数据码组成。当触法规则变更为触发一起同时按住不放时，红外码形如图4.8 红外码形 3 中所示。在引导码结束之

48、后，增加了一段时间长度为96.26s 的高电平，之后又为结束码，依次不断循环。2、红外程序部分void send_start_bit(void) /tr1 的值=发送的电平ir_low;timnterruptflag=false;while(timnterruptflag=false);18tim_configuration(3599,179);/s基于体感控制的 mp3 播放器的设计ir_high;此段程序为发射引导码的程序。 “tim_configuration(x,y);”这句为发射时间长度为s 的低电平。计算公式为（x+1） （y+1）/72000000=z。z 为最后发射的时间长度，

49、单位为毫秒。公式中的timnterruptflag=false;while(timnterruptflag=false);tim_configuration(3599,89);/4.s72000000 为芯片的晶振频率 7hz。void send_bit_0(void)/0.56s 1ir_low;timnterruptflag=false;/th0=(65535-521)/256;/tl0=(65535-521)%256;tim_configuration(4607,7);/0.51swhile(timnterruptflag=false);ir_high;timnterruptflag=f

50、alse;/0.5s 0/th0=(65535-516)/256;/tl0=(65535-516)%256;tim_configuration(5516,7);/0.61swhile(timnterruptflag=false);void send_bit_1(void)ir_low;timnterruptflag=false;/th0=(65535-521)/256;/tl0=(65535-521)%256;tim_configuration(2195,19);/0.6swhile(timnterruptflag=false);ir_high;timnterruptflag=false;/1

51、.68s 0/th0=(65535-1553)/256;19基于体感控制的 mp3 播放器的设计/tl0=(65535-1553)%256;tim_configuration(1259,99);/1.7swhile(timnterruptflag=false);此段程序为发射“0” “1” 。红外代码中的用户码和数据码均由“0” “1”组成， “0” “1”的高低电平均为固定值。此程序中采用调用的方法，按照发送数据的不同，从此段程序生成的“0” “1”中调用。缩减了程序的长度，减少了计算的时间，同时也降低了cpu（stm32f103a）的计算压力。程序中时间长度的计算方法依然采用（x+1） （

52、y+1）/72000000=z，与之前算法相同。void send_over(void)/0.50s 1ir_low;此段程序为发送结束码，因为最后一个位只有遇到下降沿才能读取（发射端的上升沿） 。依照20timnterruptflag=false;/1.68s 0tim_configuration(4249,9);/0.5swhile(timnterruptflag=false);ir_high;timnterruptflag=false;/1.68s 0tim_configuration(3605,799);/40.07swhile(timnterruptflag=false);ir_lo

53、w;timnterruptflag=false;/1.68s 0tim_configuration(6407,99);/8.swhile(timnterruptflag=false);ir_high;timnterruptflag=false;/1.68s 0tim_configuration(1655,99);/2.swhile(timnterruptflag=false);ir_low;timnterruptflag=false;/1.68s 0tim_configuration(1871,19);/0.5swhile(timnterruptflag=false);ir_high;timn

54、terruptflag=false;/1.68s 0tim_configuration(23960,119);/39.93swhile(timnterruptflag=false);基于体感控制的 mp3 播放器的设计实际测试的红外码形结果，依次发射高低电平。/发送一字节 8 位void send_char(u8codenum)unsigned char i,j1,j2,j3,j4;j1=00; /用户码固定j2=ff; /用户码固定j3=codenum; /键值j4=j3; /反码send_start_bit();for(i=0;i8;i+)if(j1&80)send_bit_1()

55、;elsesend_bit_0();j1=j11;/先发射低位for(i=0;i8;i+)if(j2&80)send_bit_1();elsesend_bit_0();j2=j21;for(i=0;i8;i+)if(j3&80)send_bit_1();elsesend_bit_0();j3=j31;/先发射低位21基于体感控制的 mp3 播放器的设计for(i=0;i8;i+)send_over();/结束符此段程序为发射八位红外码。 其中 j1=00 是用户码的前八位，为固定值。j2=ff 是用户码的后if(j4&80)send_bit_1();send_bit_0

56、();elsej4=j41;/先发射低位八位，即前八位的反码，同为固定值。j3=codenum 为数据码的前八位，具体数值根据需要的播放器实现的功能设定为与之对应的值，功能与键值的对应关系可参照 4.3 红外遥控器面板代码对应图部分。j4 为数据码的后八位，其值为j3 的反码。此段程序由四个for 循环语句组成，系统先将需要发射的数值转换成二进制“0” “1”组成的模式，再根据逻辑关系依次调用之前的已经编好的“ 0” “1”固定程序，从而形成所需要的模拟红外码。一段发射程序只能发射一组键值， 如需发射多组键值所组成的组合， 只需将新的数据重新写入codenum 进行调用便可实现。4.34.3

57、光敏电阻光敏电阻4.3.14.3.1 光敏电阻简介光敏电阻简介光敏电阻又称为“光导管” ，主要用于制造它的材料为硫化镉，还有一些其他的材料例如硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等。在一定的波长光的照射下，这些材料的组织会线性减小，即光越强，光敏电阻的组织越小。其中原因在于光照会产生载流子，而载流子会参与导电，此时如果有外加电场，在其作用下会发生漂移运动，电子会流向正极，空穴会流向负极，使得光敏电阻的组织可以随着环境光的变化而变化。1、主要参数光敏电阻的主要参数是：（1）光电流、亮电阻：光敏电阻器在一定的外加电压下，当有光照射时，流过的电流称为光电流，外加电压与光电流之比称为亮电阻，常用“10x”表示。

58、（2）暗电流、暗电阻：光敏电阻在一定的外加电压下，当没有光照射的时候，流过的电流称为暗电流。外加电压与暗电流之比称为暗电阻，常用“x”表示。（3）灵敏度：灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值（暗电阻）与受光照射时的电阻值（亮电阻）的相对变化值。22基于体感控制的 mp3 播放器的设计（4）光谱响应：光谱响应又称光谱灵敏度，是指光敏电阻在不同波长的单色光照射下的灵敏度。若将不同波长下的灵敏度画成曲线，就可以得到光谱响应的曲线。（5）光照特性：光照特性指光敏电阻输出的电信号随光照度而变化的特性。从光敏电阻的光照特性曲线可以看出，随着的光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降。若进一步增大光照强

59、度，则电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓。在大多数情况下，该特性为非线性。（6）伏安特性曲线：伏安特性曲线用来描述光敏电阻的外加电压与光电流的关系，对于光敏器件来说，其光电流随外加电压的增大而增大。（7）温度系数：光敏电阻的光电效应受温度影响较大，部分光敏电阻在低温下的光电灵敏较高，而在高温下的灵敏度则较低。（8）额定功率：额定功率是指光敏电阻用于某种线路中所允许消耗的功率，当温度升高时，其消耗的功率就降低。2、工作原理光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。 在半导体光敏材料两端装上电极引线， 将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。用于制造光敏电阻的材料主要

60、是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。入射光消失后，由光子激发产生的电子空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到一定波长的光线照射时，电流就会随光强的增大而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也加交流电压。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。23基于体感控制的 mp3 播放器的设计4.3.24.3.2 光敏电阻原理图光敏电阻原理图图 4.9 光敏电阻分压图利用光敏