基于STM32的录音机的仿真设计

1课程论文题目：基于STM32的录音机的仿真设计课程名称：ARM嵌入式系统学生姓名：马珂学生学号：1305010323系别：电子工程学院专业：通信工程年级：13级2班任课教师：权循忠电子工程学院制成绩2目录1、摘要...........................................................32、关键字.........................................................33、引言...........................................................34、录音机设计方案制定.............................................34.1系统总体设计方案.............................................34.2硬件设计.....................................................44.3软件设计....................................................105、系统调试与测试结果分析........................................135.1程序编译....................................................135.2波形仿真....................................................136、总结及心得体会................................................137、参考文献......................................................138、附录..........................................................133基于STM32的录音机的仿真设计学生：马珂指导教师：权循忠电子工程学院：通信工程1、摘要此次仿真设计是设计一个简单的录音机，可以实现录音功能。通过proteus设计硬件和Keil5设计软件最后完成基于STM32的录音机仿真设计。本次录音机的仿真设计难点主要是波形仿真，通过Keil5软件的多理解和程序的正确编译最后进行仿真。结果可以看到波形仿真图。2、关键字STM32/录音机/仿真设计3、引言随着生活水平的提高，人们对消费电子的需求也越来越高，录音机作为一种可以记录声音的电子产品，在生活中应用广泛，也广泛应用于其他电子设备中。录音机即是把声音记录下来以便重放的机器，他以硬磁性材料为载体，利用磁性材料的剩磁特性将声音信号记录在载体，一般都具有重放功能。STM32开发板具有一颗非常强劲的MP3解码芯片：VS1053，该芯片可以实现MP3/WAV等各种音频文件的播放，VS1053拥有一个高性能的DSP处理器核VS_DSP，通过SPI控制，芯片内部还带有一个可变采样率的立体声ADC，一个高性能立体声DAC和音频耳机放大器，因此用STM32来仿真设计录音机有大的方便。4、录音机设计方案制定4.1系统总体设计方案此次设计是通过STM32设计一个简单的录音机，可以实现录音，通过Proteus实现硬件电路和Keil5实现程序编译和仿真。首先设计硬件电路，实现外部硬件连接，然后设计软件部分，画出流程图，设计程序，最后进行编译和仿真。总体构图如下。4图1总体设计框图Proteus软件介绍:Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。Keil软件介绍：RVMDK源自德国的KEIL公司，是RealViewMDK的简称。在全球RVMDK被超过10万的嵌入式开发工程师使用，RealViewMDK集成了业内最领先的技术，包括μVision3集成开发环境与RealView编译器。支持ARM7、ARM9和最新的Cortex-M3核处理器，自动配置启动代码，集成Flash烧写模块，强大的Simulation设备模拟，性能分析等功能。与ARM之前的工具包ADS1.2相比，RealView编译器具有代更小、性能更高的优点，RealView编译器与ADS.2的比较：代码密度：比ADS1.2编译的代码尺寸小10%；代码性能：比ADS1.2编译的代码性能提高20％；目前RVMDK的最新版本是RVMDK4.6，4.0以上的版本的RVMDK对IDE界面进行了很大改变，并且支持Cortex-M0内核的处理器。4.2硬件设计1.电路设计思路设计思路硬件设计软件设计编译仿真算法流程程序设计5此次设计为录音机实验设计，所以实验所需要的硬件有指示灯LED（DS0和DS1）、按键（WK_UP/KEY0/KEY1/KEY2/TPAD）、串口、TFTLCD模块、SD卡、SPIFLASH、音频选择74HC4052、音频输出TDA1308T、音频编解码VS1053等硬件，其中TPAD是电容触摸按键，用于播放最近一次录音。因此需要示灯DS0和DS1、按键、串口、TFTLCD模块、SD卡、SPIFLASH、74HC4052、TDA1308、VS1053和STM32的连接图。外部硬件电路设计过程如下。图2硬件电路设计框图STM32F103ZET6触摸显示音频输出音频切换音频编码串口SD卡SPIFLASH电源部分指示灯耳机插口62.电路连接和部分芯片简介所有的连接图都通过proteus软件画出，因为proteus并没有直接的STM32等元件，所以通过元件制作画出，首先绘制元件图形模型，然后放置元件引脚，最后编辑制作元器件。把制作出的STM32、LCD、SD卡、SPIFLASH、TDA1308、74HC4052、VS1053和按键、LED连接在一起，形成外围硬件连接图。（1）按键，LED，串口简介以及和STM32的连接图如下。KEY0.KEY1.KEY2用作普通按键输入，分别连接在PE4、PE3、PE2上，这三个按键都是低电平触发的，这里并没有使用外部上拉电阻，但是STM32的I/O作为输入的时候，可以设置上拉电阻，所以使用STM32的内部上拉电阻来为按键提供上拉。WK_UP按键连接在PA0上，除了可以作普通按键外，还可以用作STM32的唤醒输入，这个按键时高电平触发的。这些按键用来控制LED和录音的开始暂停等其他按键操作。LED0、LED1连接在PB5和PE5上，PWR为电源指示灯。按键TPAD是电容触摸按键，并没有直接连接在MCU上，而是接在多功能端口上。串口通过USART1_RX和USART1_TX连接在MCU上，具有单线通信等功能。图3STM32、LED、按键、串口硬件连接（2）TFT_LCD简介以及和STM32的连接图如下。TFT_LCD是薄膜晶体管液晶显示器，可有效的克服非选通时的串扰，使液晶显示屏的静态图像与扫描数无关，大大提高图像质量。硬件连接的TFT_LCD是一个通用的液晶模块接口，OLED是一个给OLED显示模块供电的接口，拼接在一起组和成一个组合接口，接在TFT_LCD上就可以了。而TFT_LCD模块通过STM32的I/O接口接在MCU上，显示模块的T_MISO/T_PEN/T_CS/T_SCK用来实现对液7晶触摸屏的控制，LCD_BL控制背光，液晶复位信号RESET直接连接在复位按钮上，和MCU共用一个复位电路。图4STM32、LCD硬件连接（3）SD卡简介以及和STM32的连接图如下。SD卡中文翻译是安全数码卡，是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，广泛应用于照相机等多媒体设备上。硬件连接的SD卡，P10，P11，P12构成SD卡接口方式选择接口，可以用来设置SD卡是工作在SDIO模式还是工作在SPI模式。这次的设计是用SPI模式，因此将P10的SD_DT3/SD_CMD/SD_SCK/SD_DT0分别同P12的SD_CS/SPI2_MOSI/SPI2_SCK/SPI2_MISO连接起来，实现SD卡和STM32的硬件连接。图5STM32、SD卡硬件连接8（4）SPIFLASH简介以及和STM32的连接图。SPI是串行外围设备接口，是一种高速的，全双攻，同步的通信总线。SPIFLASH芯片型号是W25Q64，该芯片的容量是64Mbit，也就是8MB。硬件连接中的SPIFLASH模块，也就是W25Q64通过SPI2和STM32连接在一起，F_CS连接在MCU的PB12上，SPI2_SCK/SPI2_MOSI/SOI2_MISO分别连接在MCU的PB13/PB14/PB15上。图6STM32、SPIFLASH模块硬件连接（5）74HC4052，TDA1308简介以及和STM32的连接图。74HC4052是一个模拟开关，实现对音频的切换，它是一个双4路模拟开关。TDA1308是AB类的数字音频专用耳机功放IC，具有低电压，低失真，高效率等优秀功能。硬件连接中的74HC4052模块，MP3_LEFT/MP3_RIGHT是连接在VS1053上的音频输出端，PADIO_L/PADIO_R是RDA5820的音频输出端，A_OUTR/A_OUTL是连接在TDA1308上的输入端，PWM_AUDIO是来自外部音源输入，ASEL_A/ASEL_B则是直接连接在MCU上的PD7和PB7上，用来控制74HC4052的通道选择。TDA1308的A_OUTR/A_OUTL则正好是来自74HC4052的音频输出信号。9图7STM32、74HC4052、TDA1308硬件连接（6）VS1053简介以及和STM32的连接图。VS1053是一颗非常强劲的MP3解码芯片，该芯片可以实现MP3/WAV等各种音频文件的播放，VS1053拥有一个高性能的DSP处理器核VS_DSP，通过SPI控制，芯片内部还带有一个可变采样率的立体声ADC，一个高性能立体声DAC和音频耳机放大器。硬件连接中的VS1053模块，MP3_LEFT/MP3_RIGHT这两个信号是连接在74HC4052上的，通过模拟开关选择是否输出MP3音源，TP1/TP2/TP3是3个测试点，用于测试，VS1053通过7根线连接到MCU上，VS1053通过STM32的SPI1访问，VS_MISO/VS_MOSI/VS_SCK/VS_SDCS/VS_DREQ/VS_RST7根线分别连接到MCU的PA6/PA7/PA5/PF7/PF6/PC13/PE6上。图8STM32、VS1053硬件连接104.3软件设计1、算法流程图9算法流程图算法流程图思想：11首先初始化VS1053及其他硬件，然后进行RAM测试和正弦测试，之后加载SD卡和FLASH，在显示屏上显示加载的信息，之后检测SD卡并更新字库，之后设置录音模式，录音开始后会在屏幕上看到录音文件和录音时间，完成录音后可以通过按键试听录音。2.部分源代码#includesys.h#includeusart.h#includedelay.h#includeled.h#includelc