基于STM32的带触摸屏的无线解说器

        本实例是以STM32F103系列单片机作为核心处理器，利用VS1003芯片进行音频解码的一种无线解说器。通过对触摸显示屏的操作，实现手持部分和终端部分二者的无线通讯。系统采用大容量的SD卡作为存储部分,通过SPI将VS1003B与SD卡的数据与STM32进行交互通信。本解说器在播放时没有出现理论上的断续情况,音质较好,占用的软硬件资源也较少,为后续的扩展留下了很大空间。
无线讲解器通常用于工厂、博物馆、景区等室外空旷场所供参观介绍用，通过事先在场所安放无线发射模块，并控制发射模块的工作范围。听众到达景点后，手上的讲解器将自动接收各个地点的无线编码信号，经解码后即可将存储在SD卡中的语音播放，以便清晰地全程收听全部介绍内容。
1 系统总体构成
系统主要器件包括TFT触摸屏、STM32F103RCT6微控制器、SD卡、语音解码芯片VS1003、扬声器。STM32F103RCT6微控制器为系统终端的控制核心，通过它与手持式设备之间进行无线串口通讯，读取SD卡中的音频文件，控制VS1003解码读取的数据，实现声音的播放与控制，该系统主体结构如图1所示。


图1 系统设计框图


       
2 硬件电路控制
2.1 TFT触摸屏控制电路
单片机芯片STM32F103RCT6工作在8MHz时钟下，RTC工作在32.768kHz时钟下。单片机PA3、PA5、PA6、PA7、与SD卡SD_CS、SPI1_SCK、SPI1_MISO、SPI1_MOSI相连，采用SPI通讯。显示屏接口采用并行总线方式(数据总线D[7：0]、地址总线A[1：0]、片选/CS、读/RD、写/WR)，直接与单片机引脚相连，如图2所示。


图2 TFT触摸屏与单片机连接控制原理图


       
2.2 VS1003音频解码控制电路
语音解码芯片VS1003可解码MP3(MPEG 1&2音频层III)(CBR+VBR+ABR)、WMA 4.0/4.1/7/8/9的所有配置文件(5.384kbit/s的)、WAV(PCM+IMAADPCM)、MIDI/SP—MIDI文件，对话筒输入或线路输入的音频信号进行IMA ADPCM编码，内含高性能片上立体声数模转换器，两声道间无相位差。


图3 音频解码电路原理图

VS1003通过7根引脚(VS RST、VS DREQ、VS_MISO、VS_MOSI、VS_SCK、VS_XDCS、VS_XCS)与主控芯片相连，如图3所示。需要播放音频文件时，首先应复位VS1003(包括硬复位和软复位)，让其回到原始状态，准备解码下一个音频文件。接着需配置VS1003相关寄存器，包括VS1003的模式寄存器(MODE)、时钟寄存器(CLOCKF)等。最后向VS1003里写入数据。VS1003会自动识别它所支持的音频格式并进行播放。


       
3 软件控制设计
3.1 手持设备控制流程
对手持式设备进行软件控制编程时，第一步使用需要对系统时钟进行初始化，需要对外部高速时钟使能，中断向量表配置，锁相环配置等过程。这样系统才能正确执行相关程序。接下来对串口进行初始化，本设计使用的串口一，需要对GPIOA进行初始化，并配置其复用功能，将TXD引脚设置成复用延迟输出，RXD配置成浮空输入。下面设置USAT的波特率、传输字长、有无奇偶校验、数据流控制、收发模式、中断优先级、中断服务函数等。


图4 手持设备控制程序流程图

手持设备上的TFT初始化以后，就可显示初始化界面，接着等待终端设备发送数据显示，手持设备在完成各种初始化工作后与终端设备进行握手连接，握手成功之后便能显示终端设备上发送过来的信息，握手失败后就不停尝试着与终端设备进行握手，直到握手成功。触摸屏点击后进行软件判断得到点击的坐标值，并将坐标值传送至终端设备。


       
3.2 终端设备程序流程图
终端设备开机后需要设置无线单片机的初始值，初始值为包括解说区域的坐标代码，因此在游览干道旁需每隔约25m设置一个终端，当游人在游览干道上行进，身上的手持设备就可随时和道路旁放置的无线终端相互交换信息，播放需要的解说词。
因此终端流程最开始对所需要的外设进行初始化，确认初始化无误以后进入正弦波测试，如有初始化不成功的程序将不能进入下一个流程。在正弦波测试完之后确定终端设备上的外设运行良好，将SD卡中的音频文件信息解码出来，并发送出去，此时进入串口监控状态，时刻监控串口信息，当收到播放指令时即在SD卡中寻找对应的信息，并从SD卡中将数据读取出来，发送至VS1003进行解码，在播放过程中如接收到新的串口数据，再进行判断，是停止还是暂停或者其他命令，然后执行相应的命令。


图5 终端设备程序流程图

4 结论
本文所设计的无线解说器以STM32F103系列单片机作为核心处理器，处理速度快且性价比高。利用VS1003解码芯片控制音频解码文件，选用合适的通讯方式，严格把控时序，确保播放声音的清晰与真实。通过对触摸显示屏的操作，实现手持部分和终端部分二者的无线通讯，确保游人在指定地点接收到相应解说词，本系统经过实际使用，通信效果良好，播放的解说词流畅，音质较好。在后期设备升级中，可考虑采用高速DSP作为中央控制芯片，即可无需解码芯片，且更好地将系统嵌入到DSP为核心的产品中，从而更加人性化。