低成本無線WiFi音樂播放系統(tǒng)設計

 以STM32F103作為微處理器，設計了一個低成本的無線WiFi音樂播放系統(tǒng)，結合接收WiFi數(shù)據(jù)的WM-G-MR-08(wm631)模塊和VS1003B音頻解碼器實現(xiàn)了MP3音樂播放?；贏ndroid系統(tǒng)開發(fā)的客戶端軟件采用手機控制，完成了手機端與控制端之間的數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)了手機遠程對音樂播放器的控制。結果表明，該系統(tǒng)設備簡單方便、成本較低、系統(tǒng)可靠、易于擴展。

本設計基于已經(jīng)發(fā)展成熟的WiFi無線網(wǎng)絡，充分利用WiFi覆蓋范圍廣、傳輸速度快、抗干擾能力強等優(yōu)點。Android具有開源性、封裝性、性價比高等優(yōu)點，基于Android系統(tǒng)開發(fā)的客戶端軟件移植性強，通用性高。采用手機作為控制終端，便于操作。手機通過無線網(wǎng)絡(WiFi)對音樂播放系統(tǒng)進行控制，可以實現(xiàn)方便、快捷、智能化的要求。

1 系統(tǒng)設計

采用STM32F103作為微控制器有很多優(yōu)勢，STM32F系列屬于中等容量增強型，是32位基于ARM核心的帶64或者128KB閃存的微控制器，在市場上是性價比很高的產(chǎn)品。本設計主要有控制模塊、WiFi無線模塊、音頻解碼模塊VS1003B、SD卡，其系統(tǒng)結構框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結構框圖

工作流程:點擊智能手機客戶端軟件上的播放按鈕，通過WiFi模塊接收到命令后，STM32F103讀取SD卡中的MP3音樂文件，然后將讀取的數(shù)據(jù)通過SPI傳輸?shù)揭纛l解碼芯片VS1003B，經(jīng)過解碼轉換后發(fā)送到耳機聽筒，實現(xiàn)播放音樂功能;點擊暫停按鈕，STM32F103停止讀取SD卡里的MP3音樂文件數(shù)據(jù)，這樣就能實現(xiàn)停止播放音樂功能;點擊其他按鈕，也能實現(xiàn)相應的功能。

本設計主要特點如下:

① 在開放的Android系統(tǒng)控制終端設計的基礎上，使用支持組件的重用和替換應用程序框架。使用交互式圖形界面清晰美觀，操作控制簡單，設計出來的產(chǎn)品經(jīng)過用戶體驗反映非常好。

② 本設計摒除了傳統(tǒng)音樂播放系統(tǒng)對專用控制按鍵的依賴，通過用戶的手機就能實現(xiàn)對音樂播放器播放、暫停等的控制，大大方便了用戶的操作。這樣設計出來的音樂播放系統(tǒng)不僅具有一般音樂播放器的功能，而且具有將控制端和硬件部分分離的優(yōu)勢，實現(xiàn)了對音樂播放系統(tǒng)的遠距離控制。

2 硬件電路設計

2.1 音頻解碼模塊

VS1003B是一個單片MP3/WMA/MIDI音頻解碼器和ADPCM 解碼器。它包含一個高性能、自主產(chǎn)權的低功耗的DSP處理器核VS_DSP4，工作數(shù)據(jù)存儲器為用戶應用提供5KB的指令ROM 和0.5KB的數(shù)據(jù)RAM。其還具有串行的控制和數(shù)據(jù)接口、1個高品質(zhì)可變采樣率的ADC和立體聲DAC、4 個常規(guī)用途的I/O 口、1 個UART，以及1個地線緩沖器和耳機放大器。

STM32F103將從SD卡里讀取的MP3音頻數(shù)據(jù)流傳給音頻解碼模塊，音頻解碼模塊將該數(shù)據(jù)流解析并轉換成模擬信號后再進行輸出。VS1003B與STM32F103的數(shù)據(jù)通信是通過J2排針上的SPI總線方式進行的。音頻解碼模塊電路的原理圖如圖2所示。

圖2 音頻模塊解碼電路圖

2.2 SD卡接口模塊

SD卡是最為通用的數(shù)據(jù)存儲卡，具有價格低、存儲容量大、使用方便、通用性與安全性強等優(yōu)點，因此MP3、MP4、MP5、Pad和數(shù)碼相機等設備上的存儲卡均為SD卡。SD卡支持的總線模式為SD模式和SPI模式，本設計中采用SPI模式。圖3為SD卡模塊(J10排針上的SPI模式)的接口電路。

圖3 SD卡模塊圖

2.3 WiFi無線模塊

WiFi(Wireless Fidelity，無線保真技術)的最大優(yōu)點是傳輸速度較高，而且能自動調(diào)整帶寬，可以有效地保障網(wǎng)絡的穩(wěn)定性和可靠性。該設計采用的WM-G-MR-08模塊不僅具有WiFi的功能，而且能提供小尺寸和高數(shù)據(jù)速率的無線連接，可應用于無線PDA、DSC、媒體適配器、微型打印機、條碼掃描器、VOIP電話等。數(shù)據(jù)存儲裝置是該WM-G-MR-08潛在的應用，在嵌入式上的應用主要集中在移動裝置方面。在設計中，WM-G-MR-08模塊通過開發(fā)板上的J1排針的SPI引腳與主控芯片通信，ANT1SMACON為無線網(wǎng)卡，其原理圖如圖4所示。

圖4 WM-G-MR-08模塊圖

3 嵌入式軟件設計

設計采用RealView MDK開發(fā)套件作為軟件開發(fā)平臺，嵌入式軟件采用C語言編寫，操作系統(tǒng)采用μC/OS-II。μC/OS-II是用C語言和匯編語言編寫的，結構簡潔精練，可讀性很強，同時又具備實時操作系統(tǒng)的大部分功能，并且通過適當?shù)臄U展之后，可被廣泛用于多種應用場合。

系統(tǒng)啟動后，先初始化STM32F103，然后初始化SD卡、音頻解碼模塊、WiFi無線模塊，最后是μC/OS-II系統(tǒng)初始化。當WiFi指令判斷為播放指令時，由微控制器將SD卡的一些基本信息送到FAT 文件系統(tǒng)接口處進行讀取，獲取SD卡的容量、FAT 表及根目錄所在的起始扇區(qū)。通過這些信息就可以判斷出SD卡是否存儲有音頻解碼模塊可以解碼并播放的音樂文件。若有該音樂文件，控制器將通過SPI總線方式讀出該文件的音頻信息，并將音頻的數(shù)據(jù)流信息送入到音頻解碼模塊中，由VS1003B芯片解碼后，再通過內(nèi)含的高質(zhì)量的立體DAC和耳機驅動電路，就可以實現(xiàn)音樂的播放。程序流程圖如圖5所示。

圖5 程序流程圖

4 手機客戶端軟件設計

手機客戶端軟件開發(fā)用到的開發(fā)工具包括Eclipse、JDK、ADT和Android SDK。開發(fā)環(huán)境搭建過程如下:首先安裝JDK，再分別解壓Eclipse和Android SDK，接著為Eclipse安裝ADT插件，最后配置Android SDK，最終搭建好Android開發(fā)環(huán)境。

針對客戶端軟件，采用ImageView+TestView 進行UI設計，選擇合適的圖片作為背景并添加ButtonStart、Button-Stop、ButtonOff等功能按鈕，實現(xiàn)對音樂播放系統(tǒng)的播放、暫停、關閉等控制。設計好UI界面后，通過為各個按鈕添加setOnClickListener事件響應用戶操作。根據(jù)命令按鈕的不同，在響應函數(shù)中通過網(wǎng)絡向子機節(jié)點發(fā)送不同的命令實現(xiàn)相應的控制功能。

結語

本設計是在ARM7平臺上構建WiFi，成本優(yōu)勢明顯。采用當前較新的控制方式———智能手機軟件控制+無線網(wǎng)絡，不僅能充分利用WiFi的傳輸速度快、覆蓋范圍廣等優(yōu)勢，而且基于Android的平臺建設成本低、使用方便。同時，這種方式采用的手機軟件具有通用性，市場應用價值高，易于推廣，能為用戶提供優(yōu)質(zhì)、方便快捷的音樂播放服務。