WiFi控制的无线音乐播放系统设计

引言

目前市场上音乐播放器款式多样，能实现很丰富的功能，外观设计也更美观，更能满足用户的需要。但是，现有的音乐播放系统大多采用键盘、触摸平板等设备对音乐播放系统进行控制，使用此种控制终端只能进行本地控制，不能实现远程控制，造成控制方式不够方便、快捷。现代人对生活品质要求越来越高，要求音乐播放系统的操作越来越简单化、智能化。

本设计基于已经发展成熟的WiFi无线网络，充分利用WiFi覆盖范隔广、传输速度快、抗干扰能力强等优点。Android具有开源性、封装性、性价比高等优点，基于Android系统开发的客户端软件移植性强，通用性高。采用手机作为控制终端，便于操作。手机通过无线网络（WiFi）对音乐播放系统进行控制，可以实现方便、快捷、智能化的要求。

1系统设计

采用STM32F103作为微控制器有很多优势，STM32F系列属于中等容量增强型，是32位基于ARM核心的带64或者128 KB闪存的微控制器，在市场上是性价比很高的产品。本设计主要有控制模块、WiFi无线模块、音频解码模块VS1003B、SD卡，其系统结构框图如图1所示。


图1 系统结构框图

工作流程：点击智能手机客户端软件上的播放按钮，通过WiFi模块接收到命令后，STM32F103读取SD卡中的MP3音乐文件，然后将读取的数据通过SPI传输到音频解码芯片VS1003B，经过解码转换后发送到耳机听筒，实现播放音乐功能；点击暂停按钮，STM32F103停止读取SD卡里的MP3音乐文件数据，这样就能实现停止播放音乐功能；点击其他按钮，也能实现相应的功能。

本设计主要特点如下：

①在开放的Android系统控制终端没计的基础上，使用支持组件的重用和替换应用程序框架。使用交互式图形界面清晰美观，操作控制简单，设计出来的产品经过用户体验反映非常好。

②本设计摒除了传统音乐播放系统对专用控制按键的依赖，通过用户的手机就能实现对音乐播放器播放、暂停等的控制，大大方便了用户的操作。这样设计出来的音乐播放系统不仅具有一般音乐播放器的功能，而且具有将控制端和硬件部分分离的优势，实现了对音乐播放系统的远距离控制。

2硬件电路设计

2.1音频解码模块

VS1003B是一个单片MP3/WMA/MIDI音频解码器和ADPCM解码器。它包含一个高性能、自主产权的低功耗的DSP处理器核VS_DP4，工作数据存储器为用户应用提供5 KB的指令ROM和0.5 KB的数据RAM.其还具有串行的控制和数据接口、1个高品质可变采样率的ADC和立体声DAC、4个常规用途的I/O口、1个UART，以及1个地线缓冲器和耳机放大器。

STM32F103将从SD卡里读取的MP3音频数据流传给音频解码模块，音频解码模块将该数据流解析并转换成模拟信号后再进行输出。VS1003B与STM32F103的数据通信是通过J2排针上的SPI总线方式进行的。音频解码模块电路的原理图如图2所示。


图2 音频模块解码电路图

2.2 SD卡接口模块

SD卡是最为通用的数据存储卡，具有价格低、存储容量大、使用方便、通用性与安全性强等优点，因此MP3、MP4、MP5、Pad和数码相机等设备上的存储卡均为SD卡。SD卡支持的总线模式为SD模式和SPI模式，本设计中采用SPI模式。图3为SD卡模块（J10排针上的SPI模式）的接口电路。


图3 SD卡模块图

2.3 WiFi无线模块

WiFi（Wireless Fidelity，无线保真技术）的最大优点是传输速度较高，而且能自动调整带宽，可以有效地保障网络的稳定性和可靠性。该设计采用的WM-G-MR-08模块不仅具有WiFi的功能，而且能提供小尺寸和高数据速率的无线连接，可应用于无线PDA、DSC、媒体适配器、微型打印机、条码扫描器、VOIP电话等。数据存储装置是该WM-G-MR-08潜在的应用，在嵌入式上的应用主要集中在移动装置方面。在设计中，WM-G-MR-08模块通过开发板上的J1排针的SPI引脚与主控芯片通信，ANT1 SMACON为无线网卡，其原理图如图4所示。


图4 WM-G-MR-08模块图

3嵌入式软件设计

设计采用RealView MDK开发套件作为软件开发平台，嵌入式软件采用C语言编写，操作系统采用μC/OS-II.μC/OS-II是用C语言和汇编语言编写的，结构简洁精练，可读性很强，同时又具备实时操作系统的大部分功能，并且通过适当的扩展之后，可被广泛用于多种应用场合。

系统启动后，先初始化STM32F103，然后初始化SD卡、音频解码模块、WiFi无线模块，最后是μC/OS-II系统初始化。当WiFi指令判断为播放指令时，由微控制器将SD卡的一些基本信息送到FAT文件系统接口处进行读取，获取SD卡的容量、FAT表及根目录所在的起始扇区。通过这些信息就可以判断出SD卡是否存储有音频解码模块可以解码并播放的音乐文件。若有该音乐文件，控制器将通过SPI总线方式读出该文件的音频信息，并将音频的数据流信息送入到音频解码模块中，由VS1003B芯片解码后，再通过内含的高质量的立体DAC和耳机驱动电路，就可以实现音乐的播放。程序流程图如图5所示。