基于STM32的MP3设计说明

摘要

本篇论文主要介绍的一款基于Crotex3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MP3市场更有竞争力。

关键词：MP3播放器，加速度，环境光感应，STM32，DS205-A103

Abstract

This paper describes the design of a kernel-based Crotex3of the MP3player. Using STM32F103A Series microprocessor as the player of the CPU, using the Ling Tong produced DS250-10chip as the music decoding chip. Use MPU6050motion processing module collects acceleration MP3player, sports such as spatial location information, to control the MP3player, play / pause, previous / next track functions such implementation. By BQ2057power management chip for lithium battery charge management. V olume is a photoresistor light collected information control environment. No buttons, the user only needs by changing the spatial position of the player, the player can control the realization of the function. Increases operational interest, improving the user's operating experience. Making fresh tricks emerging in today's MP3market more competitive.

Keywords:MP3player, accelerometer, ambient light sensor, STM32, DS205-A103

摘要 ...................................................................................................................................... I Abstract .............................................................................................................................. I I 第一章概述 . (1)

1.1 MP3（Moving Picture Experts Group Audio Layer III） (1)

1.2 MP3以及MP3播放器的发展趋势 (3)

1.3 课题研究容 (4)

1.4 章节安排 (4)

第二章主控CPU芯片 (6)

2.1 STM32F103A芯片的基本构成 (6)

2.1.1 芯片特点 (7)

2.1.2 芯片应用 (7)

2.2 主控CPU电路 (9)

第三章音频解码芯片 (10)

3.1 GPDS25芯片的基本构成 (10)

3.1.1产品特点 (10)

3.1.2规格参数 (10)

3.2 DS250-10芯片电路 (11)

第四章控制模块 (12)

4.1 三轴陀螺仪 (12)

4.1.1 MPU6050芯片简介 (12)

4.1.2 MPU6050芯片原理图 (13)

4.2 红外控制 (16)

4.2.1 红外遥控器面板代码对应图 (16)

4.2.2 有关红外波形的测试 (17)

4.3 光敏电阻 (22)

4.3.1 光敏电阻简介 (22)

4.3.2 光敏电阻原理图 (24)

第五章电源管理 (25)

5.1 锂电池 (25)

5.1.1 锂电池简介 (25)

5.1.2 锂电池发展前景 (25)

5.2 锂电池原理图 (26)

5.2.1 BQ2057 (26)

5.2.2理电池充电电路 (26)

第六章其它模块 (27)

6.1 TF卡 (27)

6.1.1 TF卡简介 (27)

6.1.2 TF与SD卡对应关系 (28)

6.1.3 TF卡电路原理图 (28)

6.2 USB模块 (29)

6.2.1 USB简介 (29)

6.2.2 USB模块原理图电路及外围电路 (29)

6.3功放模块 (30)

6.3.1 HXJ8002芯片简介 (30)

6.3.2 功放模块电路原理图 (31)

总结 (32)

参考文献 (34)

第一章概述

1.1MP3（Moving Picture Experts Group Audio Layer III）

1、MP3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（Moving Picture Experts Group Audio 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1∶10甚至更高的1∶12。

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 Layer3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

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围的频段，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上未经压缩的音频位速是1411.2kbit/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）在他们的官方上公布了下面的MPEG-1Layer1.2和3的压缩率和数据速率用于比较：

⊙Layer1: 384kbit/s，压缩率4:1

⊙Layer2: 192...256kbit/s，压缩率8:1...6:1

⊙Layer3: 112...128kbit/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；Layer1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Layer2和Layer3记录的偏爱而出现了严重扭曲。他们争辩说实际的速率如下所列：

* Layer1: 384kbit/s优秀。

* Layer2: 256...384kbit/s优秀，224...256kbit/s很好，192...224kbit/s好。

* Layer3: 224...320kbit/s优秀，192...224kbit/s很好，128...192kbit/s好。