4 简易声波播放器的设计与实现
4.1 软件程序设计
由“基于STM32的MP3播放器设计与实现（一）”所述内容及图1可以得到简易声音播放器的软件工作过程：通过SPI1从SD卡中读取声波文件，将所读取的部分存放在一个缓冲器中，利用TIMER2通道1定期产生的中断，从缓冲器中读取声音数据，然后根据声音数据通过TIMER4的通道3产生不同频率方波输出。这里使用了两个缓冲器，一个用于存放从SD卡读到的声音数据，另一个用于将声音数据输出到PWM，两个缓冲区的功能不断交替，形成一个由2个缓冲区构成的环形缓冲。播放声波文件由PC机通过超级终端以命令的方式选择，声音的播放状态也显示在PC机超级终端上。
该系统软件程序主要包含以下源文件，下面分别介绍其中主要的一些函数。限于篇幅这里不能给出工程的全部源代码，读者可在附件里下载所有源代码。
n main.c
该源文件包含以下几个主要函数：
l SetupClock：用于初始化并设置系统时钟，并允许GPIOA、GPIOB、TIM2、TIM4和SPI的时钟；
l Speaker_Timer_Config:用于配置定时器TIM2和TIM4，TIM4的通道3处于PWM1模式；TIM2的通道1工作于输出比较模式，定期发出中断，在每次中断修改TIM4通道3相关寄存器，使之产生不同频率的方波；
l USART_Scanf_Name和USART_Scanf_Cmd：用于从超级终端获取输入字符串；
l PrintPass：用于在超级终端上输出提示符“X:>”；
l main: 主函数，首先初始化系统时钟、串口、连接SD卡的SPI1，与SD进行通讯初始化，检测并在超级终端上打印SD卡的信息；然后根据用户在超级中输入的命令进行操作，这里有“dir”、“cd”、“read”、“free”、“play”五个简单的命令，分别是目录项列表、目录更换、以文本方式读取文件、查询SD空余空间和播放声音文件；如果输入“Play ***.wav”，则处理器开始从SD卡中读取相应的声波文件，并将其放入相应的缓冲区；
n msd.c
该文件用于提供SD卡的驱动，由ST公司所带例程提供，本系统用到以下一些函数。
l SPI_Config：配置与SD卡相连接的SPI1；
l MSD_Init：初始化SD卡通讯；
l MSD_WriteByte：向SD卡写一个字节；
l MSD_WriteByte：从SD卡读一个字节；
l MSD_GoIdleState：令SD卡处于空闲态；
l Get_Medium_Characteristics：获取SD卡的容量；
l MSD_SendCmd：向SD卡发命令；
l MSD_GetResponse：从SD卡获取响应；
l MSD_ReadBlock：从SD卡读取一块数据；
n fat16.c
该文件提供FAT16文件系统的支持，主要包含以下一些函数：
l ReadMBR：读取MBR数据结构；
l ReadBPB：读取BPB数据结构；
l ReadFAT：读取文件分配表指定项；
l ReadBlock：读取一个扇区；
l FAT_Init：获取FAT16文件系统基本信息；
l DirStartSec：获取根目录的开始扇区号；
l DataStartSec：获取数据区的开始扇区号；
l ClusConvLBA：获取一个簇的开始扇区号；
l LBAConvClus：转换扇区号与簇号之间的关系；
l LBAConvClus：计算可用空间，返回字节数；
l GetFileName：获取指定文件的首扇区号；
l List_DateAndTime：获取文件或目录项的日期时间；
l SearchFoler：在指定范围内查找子目录；
l List_AllDir_Long：列出指定范围内的目录及目录信息；
l FAT_FileOpen：打开指定文件；
l FAT_FileRead：读取文件数据；
n uart.c
该文件提供USART串口驱动函数；
n hw_config.c
该文件包含系统初始化设置函数和中断配置函数。
l Set_System：用于提供系统时钟及电源设置；
l NVIC_Config：用于设置中断向量，允许TIM2中断；
n stm32f10x_it.c
该文件仅包含一个函数TIM2_IRQHandler，即在每次TIM2中断时从缓冲器中读取音频数据送TIM4定时器，以用于产生不同频率的声音。
n UnicodeToGB2312.c
该文件仅包含一个函数UnicodeToGB2312，处理从UniCode编码到GB2312字符的转换，用于处理长文件名。
4.2 运行过程
(1) 使用MDK通过ULINK 2仿真器连接开发板，或使用两根USB电缆分别将CN1和CN5 与PC机USB端口相连（使用板上自带的UlinkMe）；
(2) 使用串口线将开发板的串口COM0与PC机连接，在PC机上运行windows自带的超级终端串口通信程序（波特率115200、1位停止位、无校验位、无硬件流控制）；或者使用其它串口通信程序；
(3) 打开所下源代码目录Player\Simple Wave Player下的Simple Wave Player.Uv2工程，将其编译链接后烧写到开发板中；
(4) 将带有测试声波文件TEST1.wav拷贝到SD卡中，并将SD插入评估板的SD连接器中；
(5) 重启动开发板，在超级终端上将看到SD卡的信息以及提示符“X:>”，键入dir命令然后回车将列出SD卡上的所有文件和目录，如图6所示；
图6 查看SD卡内容
(6) 可在超级终端中输入“dir”、“cd”、“free”、“read”等命令（注：read 命令后跟文件名；读出并输出文件的文本内容，可以正确显示文本文件如以txt,c,h,s为后缀的文件），观察运行结果；注意，由于程序中没有进行大小写转换，因此命令只能使用小写；
(7) 在超级终端中输入“play TEST1.wav，如果程序运行正常，通过开发板的扬声器或者耳机将能听到音乐声，超级终端显示如图7所示。
图7播放声波文件
5 简易MP3 Player的设计与实现
第4小节所介绍的声音播放器，是通过定时器TIM4产生不同频率方波来产生声音的，因此只适合播放wav声波文件，其音质也非常粗糙。如果希望播放MP3文件，并产生高品质的声音，则需要使用专用声音解码芯片，这将得到一个简易MP3 Player原型设计。
5.1 硬件设计
如图8所示，STM32F103x使用SPI2端口与VS1003芯片的SI、SO、SCLK连接；VS1003芯片的控制引脚xCS、xRESET、xDCS分别与STM32F103的PA1、PA0和PA2连接，低电平有效；VS1003的状态引脚DREQ与STM32F103处理器的PA3连接，低电平表示需要送数据，高电平表示正在处理数据。
读者如果没有条件制作硬件，可以使用一块VS1003的评估板和STM103V100评估板配置，只需要使用电缆实现上述连接及供电即可，实验成本也非常低。
图8 简易MP3 Player硬件原理图
5.2 软件程序设计
由上面所述内容及图2、图8可以得到简易MP3 Player的软件工作过程：通过SPI1从SD卡中读取MP3文件，将所读取的内容通过SPI2发送到VS1003解码器中播放；PC机可通过USB总线读写SD卡的内容，传送MP3文件；PC机的超级终端用于发送MP3播放命令、显示MP3 播放状态。
由于SPI1读取SD卡的速度远超过VS1003播放声音的速度，因此在VS1003播放SPI2送给其的声音数据期间，SPI1能从SD卡中读取下次播放所须的数据，不会产生声音不连续的情况。
读者也可以尝试采用更有效的中断方式，在内存中设置一个环形的缓冲区，SPI1从SD卡读取的MP3文件数据存放在其中，当VS1003需要数据时其DREQ引脚将产生低电平，利用其产生中断，在中断服务程序中从缓冲区读取数据送VS1003，直至DREQ引脚恢复为高电平时退出中断。
该系统软件程序主要包含以下源文件，下面分别介绍其中主要的一些函数。限于篇幅这里不能给出工程的源代码，读者可在附件里下载所有源代码。
n main.c
该源文件包含以下几个主要函数：
l USART_Scanf_Name和USART_Scanf_Cmd：用于从超级终端获取输入字符串；
l PrintPass：用于在超级终端上输出提示符“X:>”；
l main: 主函数，首先初始化系统时钟、串口、USB接口、SPI1、SPI2，通过命令启动VS1003芯片，检测并在超级终端上打印SD卡的信息；然后根据用户在超级中输入的命令进行操作，这里有“dir”、“cd”、“read”、“free”、“usb”、“vstest”、“play”七个简单的命令，分别是目录项列表、目录更换、以文本方式读取文件、查询SD空余空间、启动读卡器功能、VS1003正弦测试、和播放MP3声音文件；如果输入“Play ***.mp3”，则处理器开始从SD卡中读取相应的MP3文件，并将其送VS1003芯片播放；
n VS1003.c
该文件主要提供VS1003芯片的驱动，包含以下几个主要函数：
l VS1003_Config：配置STM32处理器与VS1003芯片连接的相关引脚，包括SPI2、PA1、PA0、PA2、PA3；
l SPIGetChar：通过SPI从VS1003读取一个数据；
l SPIPutChar：通过SPI向VS1003写一个数据，如果是MP3声音数据，则VS1003将解码并播放；
l Mp3ReadRegister：读取VS1003寄存器的值；
l Mp3WriteRegister：写VS1003寄存器
l Mp3Reset：VS1003硬件复位；
l Mp3SoftReset：VS1003软件复位，设置时钟、采样率、重音、音量、立体声等参数；
l VsSineTest：播放正弦声波，用于测试；
n msd.c
该文件用于提供SD卡的驱动，与小节4.1中的msd.c文件相同。
n fat16.c
该文件提供FAT16文件系统的支持，与小节4.1中的fat16.c文件相同。
n UnicodeToGB2312.c
该文件处理从UniCode编码到GB2312字符的转换，与小节4.1中的UnicodeToGB2312.c文件相同。
n memory.c
该源文件提供通过USB接口进行SD存储管理的功能。其主要函数有：
l Address_Management_Test：测试接收到的存储地址；
l Read_Memory：通过USB读取SD卡；
l Write_Memory：通过USB写SD卡；
n hw_config.c
该文件包含系统初始化设置函数和中断配置函数。
l Set_System：用于提供系统时钟及电源设置；
l Set_USBClock：配置USB端口所使用引脚及时钟。
5.3 运行过程
(1) 使用MDK通过ULINK 2仿真器连接STM103V100开发板，或使用两根USB电缆分别将CN1和CN5 与PC机USB端口相连（使用板上自带的UlinkMe）；
(2) 使用USB电缆连接CN1与PC机USB端口；将VS1003评估板与STM103V100评估板相关引脚连接，具体连接参考5.1小节；
(3) 使用串口线将开发板的串口COM0与PC机连接，在PC机上运行windows自带的超级终端