基于STM32的多功能MP3设计 毕业设计（论文）开题报告

 

 

中国计量学院

毕业设计（论文）开题报告

 

 

学生姓名：    卢杰    学 号：  XXXXXXXXX   

专    业：         电子科学与技术           

班    级：            10电子1              

设计（论文）题目：

          基于STM32的多功能MP3设计       

指导教师：         叶有祥  讲师             

二级学院：       光学与电子科技学院         

 

 

 

 

 

 

 

 

2014年  03 月  18 日

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

1.1 本课题国内外研究动态

MP3播放器起源于韩国，Saehan公司于1998年推出了世界上第一台的MP3播放器，取名为MPMan F10，可惜Saehan公司采用的是当时极为昂贵的闪存存储，并且没有足够的实力进行大范围的推广，很快便在与MD的较量中败下阵来，但是这却启动了MP3市场。后来美国的Diamond公司挑头，再一次进行MP3播放器开发，MP3播放器开始进入人们的视野，但是当时的MP3播放器的存储介质是以MB为单位的闪存，这样的容量不再能满足人们的需求。2000年1月，音频硬件领域的老大哥创新性的采用了富士通6.4GB的硬盘作为存储介质，存储容量大大提高，MP3播放器开始以惊人的速度风靡全球，在那个时候可以说Diamond公司的MP3是权威代表。在这之前，因为国内条件比较有限，太多东西不能与国际接轨，国内MP3播放器完全没有什么概念，在2001年以后大批量的MP3播放器开始进入国内市场，在市场驱动下，国内开始有大批公司开始致力于MP3播放器的研究和开发，在2005年左右MP3在国内达到了辉煌时期。在电子产品更新迅速的时代，特别是音乐手机、PAD等的出现，他们都集成了音乐播放功能，市场激烈竞争下使MP3开始走下坡路，国际和国内MP3品牌都开始意识到MP3产业发生的变化，无论是国内还是国外对MP3的研制，各国开发人员开始创新的开发出便携式、低功耗、多功能的MP3，以挽留MP3市场。
1.2 选题的依据和意义 

随着科技的发展，生活水平的提高，人们对消费电子的需求也越来越高。多功能的MP3播放器也受到越来越多人的青睐。电子技术快速发展和消费者的爱好需求，MP3的功能也越来越多，它与PDA、手机一样，都向多功能方面发展，尽可能吸收其它产品的功能，以便增加产品卖点。本文设计了一款基于STM32的多功能MP3，系统采用ARM Cortex-M3内核的STM32F103ZET6作为微控制器，并有外扩1M字节的SRAM和8M字节的SPI FLASH，结合VS1053B高性能音频编解码芯片、SD卡存储器、重力加速度传感器、摄像头模块、FM立体声收发芯片、USB串口、TFT液晶触摸屏和游戏手柄等外围设备，以及使用内存管理、FAT文件操作、图片解码、NES 模拟器、汉字输入、GUI界面和UCOSii实时操作系统等知识，设计并实现了集音乐播放﹑电子图书、时钟、计算器、红外遥控、数码相框、照相机、系统设置、FC游戏机、收音机、记事本、3D显示、手写画笔、录音机、USB连接、TOM猫等为一体的多功能MP3播放器。

自1998年韩国Saehan公司第一款MP3面世来，MP3它能够将CD品质的数字录音压缩成极小的文件，并将其存储在电脑之中，因为其极高的压缩比而音质几乎不失真的优势占领了数码市场，一时风靡全球。MP3播放器是数字革命的先锋。而从2005年后，随着消费者转向音乐手机、PAD等其他数码产品，MP3的销量迅速下跌，如今已风光不再。特别是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，可以说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是数码相框，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。USB连接功能在当今也越来越重要，现在的笔记本电脑的外扩接口差不多都是USB接口，在本次MP3播放器设计的时候增加一个USB连接功能，可以直接从电脑中拷贝MP3音乐到MP3播放器里，这样对于MP3的使用更加的方便。还有其他很多功能可以扩展来丰富MP3播放器。

通过以上分析，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，同样对于MP3播放器，我们也要增加多功能。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。

 

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题

2.1研究的基本内容

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STM32的多功能MP3播放器，既然是多功能MP3播放器，当然是实现MP3播放的基本功能的同时，尽量增加丰富并实用的外扩功能，整个系统的功能包括：可以阅读.c/.h/.txt/.lrc格式文件的电子书，可以浏览.bmp/.jpeg/.jpb/.gif格式的数码相框，能播放.mp3/.wma/.wav/.flac/.ogg/.mid等常见音频文件的音乐播放器，支持各种运算，达到12位精度并支持科学计数法表示的科学计算器，支持温度、时间、日期、星期显示的时钟，还有拍照功能、红外遥控、FC 游戏机、记事本、手写画笔、TOM猫、录音机和3D显示等功能，更重要的是还有USB连接功能，可以实现该硬件平台与电脑之间的通讯，无需拆下SD卡即可拷贝文件到该硬件平台的SD卡上，方便实用。

整个系统由一块MCU（STM32F103ZET6）控制运行，各个部分协调运作，人机交互部分采用TFTLCD触摸屏、两个LED指示灯和4个独立按键实现，输出部分采用2.8寸的240*320的彩色液晶实现，输入部分以触摸屏为主，按键为辅，使本系统更具人性化。

2.2拟解决的主要问题

本系统拟解决的主要问题是增加MP3尽量多的实用功能，比如增加了电子书、数码相框、红外遥控、科学计算器、照相机、USB连接、FC游戏、录音机和触摸控制等内容，以增加MP3的卖点，涉及到的内容有内存管理、FAT文件系统、GUI图形界面、图片解码、触摸屏控制、手写识别、汉字输入、NES模拟器等几个部分，这也是本系统的难点所在。

 

三、研究步骤、方法及措施

由于该多功能MP3设计要实现集音乐播放﹑电子图书、计算器、数码相框、照相机、FC游戏机、收音机、记事本、3D效果、手写画笔、录音机、USB连接和TOM猫等众多功能，对RAM、FLASH和处理速度的要求比较高，比如对图片的解压缩和实现图形用户界面（GUI）要用到的RAM就比较多，而存储字库和其他用户数据就需要大容量的FLASH来存储，使用摄像头采集图像实现照相机功能是需要处理速度的，还有对MP3播放的处理速度也是有要求的，尤其对320Kbp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。为了尽可能的实现MP3播放器的多功能，增加了许多比较实用和主流的功能模块，下面来研究一下整体设计思路：

目前市场上可供选择的八位机有51、MSP430、AVR和PIC等，可供选择的32位处理器有SAMSUNG、NXP、STM32、ATMEL。八位机处理速一般在16M以下，处理速度完全跟不上，32位机的处理速度普遍有所提高，但是STM32以其低功耗、低成本、易于开发和其超多外设等优势是其他32机不能媲美的，通过以上分析，本系统采用STM32作为主控制器，具体采用了STM32F103家族里面最强悍的STM32F103ZET6作为控制核心，它是ST公司最新推出的基于Cortex-M3构架的芯片。该芯片具有64KB SRAM、512KB FLASH、2个基本定时器、4个通用定时器、2个高级定时器、3个SPI、2个IIC、5个串口、1个 USB、1个CAN、3个12位ADC、1个12位DAC、1个SDIO 接口、1个FSMC接口以及112个通用IO口，对本系统来说足够了，同时以后还有很大的升级空间。虽然这款芯片包含了64KB SRAM和512KB FLASH，但是本次要用到图形用户界面（GUI）、存储字库、实现一些复杂算法和其他用户数据等，STM32内部的存储容量完全不够的，这就要我们的系统外扩RAM和FLASH芯片，来实现存储大容量数据。

其次，由于本系统要实现MP3音乐播放、数码相框和、FC游戏机等，而处理的这些文件往往比较大，所以存储媒介也就有要求了，可以继续使用FLASH芯片来存储这些文件，如SAMSUNG公司的K9F系列，但是这些文件是经常需要读写的，很容易损坏FLASH芯片，所以还是考虑SD卡或者U盘等，我们都知道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。所以本系统选择一个4G的SD卡作为存储媒介。最后，该系统需要存储一些系统设置的一些参数和触摸屏校准数据，在掉电情况下是不能丢失的，由于STM32内部没有EEPROM，这就需要外扩一个EEPROM芯片来实现掉电数据保存。同时STM32也不会一直供电，需要维持后备区域数据的存储，以及RTC的运行，这里就需要一块后备电源。本次设计的MP3是多功能的，每一个其他功能都需要相应的传感器，比如要实现照相机功能，就需要一个摄像头模块来拍照；为了实现人机交互，使用触摸输入并显示图片和查看文本等，就需要增加一个TFT-LCD触摸屏模块；有3D显示功能，就需要测量3个方向的重力加速度值，并转换为角度，这里就需要选择一块三轴加速度传感器，同样，要实现收音机功能就必须要有一个FM收发芯片等等，就这样一步步搭建系统硬件模块，然后将每个功能组合起来得到系统硬件，并编写和调试系统每个模块的软件，最后整合，实现本次设计的多功能MP3。

 

四、研究工作进度

2013年11月中旬~2013年12月下旬	了解课题, 查阅资料相关资料，比如STM32，UCOS，内存管理，FAT文件系统、GUI图形界面、图片解码、触摸屏控制、手写识别、汉字输入、NES模拟器和各种芯片等
2013年12月下旬~2014年2月中旬	设计各个小模块电路并调试
2014年2月中旬~2014年3月中旬	根据各个小模块整合系统硬件，绘制原理图并制作PCB送工厂打样，打样回来焊接硬件电路并且调试，同时撰写开题报告，准备开题答辩
2014年3月中旬~2014年4月下旬	根据系统硬件开始软件调试并整合，尽量增加MP3播放器的功能
2014年4月下旬~2014年5月中旬	准备实物制作答辩，并且开始撰写毕业论文
2014年5月中旬~2014年6月中旬	毕业论文撰写和修改，并准备毕业论文答辩

 

五、主要参考文献

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[22]Zhaozhi Wu,Design of built-in boot loader for ARM uCOS, Nanjing Xiaozhuang College