本實例是以STM32F103系列單片機作為核心處理器,利用VS1003芯片進行音頻解碼的一種無線解說器。通過對觸摸顯示屏的操作,實現手持部分和終端部分二者的無線通訊。系統采用大容量的SD卡作為存儲部分,通過SPI將VS1003B與SD卡的數據與STM32進行交互通信。本解說器在播放時沒有出現理論上的斷續情況,音質較好,占用的軟硬件資源也較少,為后續的擴展留下了很大空間。
無線講解器通常用于工廠、博物館、景區等室外空曠場所供參觀介紹用,通過事先在場所安放無線發射模塊,并控制發射模塊的工作范圍。聽眾到達景點后,手上的講解器將自動接收各個地點的無線編碼信號,經解碼后即可將存儲在SD卡中的語音播放,以便清晰地全程收聽全部介紹內容。
1 系統總體構成
系統主要器件包括TFT觸摸屏、STM32F103RCT6微控制器、SD卡、語音解碼芯片VS1003、揚聲器。STM32F103RCT6微控制器為系統終端的控制核心,通過它與手持式設備之間進行無線串口通訊,讀取SD卡中的音頻文件,控制VS1003解碼讀取的數據,實現聲音的播放與控制,該系統主體結構如圖1所示。
圖1 系統設計框圖
2 硬件電路控制
2.1 TFT觸摸屏控制電路
單片機芯片STM32F103RCT6工作在8MHz時鐘下,RTC工作在32.768kHz時鐘下。單片機PA3、PA5、PA6、PA7、與SD卡SD_CS、SPI1_SCK、SPI1_MISO、SPI1_MOSI相連,采用SPI通訊。顯示屏接口采用并行總線方式(數據總線D[7:0]、地址總線A[1:0]、片選/CS、讀/RD、寫/WR),直接與單片機引腳相連,如圖2所示。
圖2 TFT觸摸屏與單片機連接控制原理圖
2.2 VS1003音頻解碼控制電路
語音解碼芯片VS1003可解碼MP3(MPEG 1&2音頻層III)(CBR+VBR+ABR)、WMA 4.0/4.1/7/8/9的所有配置文件(5.384kbit/s的)、WAV(PCM+IMAADPCM)、MIDI/SP—MIDI文件,對話筒輸入或線路輸入的音頻信號進行IMA ADPCM編碼,內含高性能片上立體聲數模轉換器,兩聲道間無相位差。
圖3 音頻解碼電路原理圖
VS1003通過7根引腳(VS RST、VS DREQ、VS_MISO、VS_MOSI、VS_SCK、VS_XDCS、VS_XCS)與主控芯片相連,如圖3所示。需要播放音頻文件時,首先應復位VS1003(包括硬復位和軟復位),讓其回到原始狀態,準備解碼下一個音頻文件。接著需配置VS1003相關寄存器,包括VS1003的模式寄存器(MODE)、時鐘寄存器(CLOCKF)等。最后向VS1003里寫入數據。VS1003會自動識別它所支持的音頻格式并進行播放。
3 軟件控制設計
3.1 手持設備控制流程
對手持式設備進行軟件控制編程時,第一步使用需要對系統時鐘進行初始化,需要對外部高速時鐘使能,中斷向量表配置,鎖相環配置等過程。這樣系統才能正確執行相關程序。接下來對串口進行初始化,本設計使用的串口一,需要對GPIOA進行初始化,并配置其復用功能,將TXD引腳設置成復用延遲輸出,RXD配置成浮空輸入。下面設置USAT的波特率、傳輸字長、有無奇偶校驗、數據流控制、收發模式、中斷優先級、中斷服務函數等。
圖4 手持設備控制程序流程圖
手持設備上的TFT初始化以后,就可顯示初始化界面,接著等待終端設備發送數據顯示,手持設備在完成各種初始化工作后與終端設備進行握手連接,握手成功之后便能顯示終端設備上發送過來的信息,握手失敗后就不停嘗試著與終端設備進行握手,直到握手成功。觸摸屏點擊后進行軟件判斷得到點擊的坐標值,并將坐標值傳送至終端設備。
3.2 終端設備程序流程圖
終端設備開機后需要設置無線單片機的初始值,初始值為包括解說區域的坐標代碼,因此在游覽干道旁需每隔約25m設置一個終端,當游人在游覽干道上行進,身上的手持設備就可隨時和道路旁放置的無線終端相互交換信息,播放需要的解說詞。
因此終端流程最開始對所需要的外設進行初始化,確認初始化無誤以后進入正弦波測試,如有初始化不成功的程序將不能進入下一個流程。在正弦波測試完之后確定終端設備上的外設運行良好,將SD卡中的音頻文件信息解碼出來,并發送出去,此時進入串口監控狀態,時刻監控串口信息,當收到播放指令時即在SD卡中尋找對應的信息,并從SD卡中將數據讀取出來,發送至VS1003進行解碼,在播放過程中如接收到新的串口數據,再進行判斷,是停止還是暫?;蛘咂渌?,然后執行相應的命令。
圖5 終端設備程序流程圖
4 結論
本文所設計的無線解說器以STM32F103系列單片機作為核心處理器,處理速度快且性價比高。利用VS1003解碼芯片控制音頻解碼文件,選用合適的通訊方式,嚴格把控時序,確保播放聲音的清晰與真實。通過對觸摸顯示屏的操作,實現手持部分和終端部分二者的無線通訊,確保游人在指定地點接收到相應解說詞,本系統經過實際使用,通信效果良好,播放的解說詞流暢,音質較好。在后期設備升級中,可考慮采用高速DSP作為中央控制芯片,即可無需解碼芯片,且更好地將系統嵌入到DSP為核心的產品中,從而更加人性化。
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