基於STM32的帶觸控螢幕的無線解說器

2020-12-06 電子產品世界

本實例是以STM32F103系列單片機作為核心處理器，利用VS1003晶片進行音頻解碼的一種無線解說器。通過對觸摸顯示屏的操作，實現手持部分和終端部分二者的無線通訊。系統採用大容量的SD卡作為存儲部分,通過SPI將VS1003B與SD卡的數據與STM32進行交互通信。本解說器在播放時沒有出現理論上的斷續情況,音質較好,佔用的軟硬體資源也較少,為後續的擴展留下了很大空間。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201610/309232.htm

無線講解器通常用於工廠、博物館、景區等室外空曠場所供參觀介紹用，通過事先在場所安放無線發射模塊，並控制發射模塊的工作範圍。聽眾到達景點後，手上的講解器將自動接收各個地點的無線編碼信號，經解碼後即可將存儲在SD卡中的語音播放，以便清晰地全程收聽全部介紹內容。

1 系統總體構成

系統主要器件包括TFT觸控螢幕、STM32F103RCT6微控制器、SD卡、語音解碼晶片VS1003、揚聲器。STM32F103RCT6微控制器為系統終端的控制核心，通過它與手持式設備之間進行無線串口通訊，讀取SD卡中的音頻文件，控制VS1003解碼讀取的數據，實現聲音的播放與控制，該系統主體結構如圖1所示。

圖1 系統設計框圖

2 硬體電路控制

2.1 TFT觸控螢幕控制電路

單片機晶片STM32F103RCT6工作在8MHz時鐘下，RTC工作在32.768kHz時鐘下。單片機PA3、PA5、PA6、PA7、與SD卡SD_CS、SPI1_SCK、SPI1_MISO、SPI1_MOSI相連，採用SPI通訊。顯示屏接口採用並行總線方式(數據總線D[7：0]、地址總線A[1：0]、片選/CS、讀/RD、寫/WR)，直接與單片機引腳相連，如圖2所示。

圖2 TFT觸控螢幕與單片機連接控制原理圖

2.2 VS1003音頻解碼控制電路

語音解碼晶片VS1003可解碼MP3(MPEG 12音頻層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，對話筒輸入或線路輸入的音頻信號進行IMA ADPCM編碼，內含高性能片上立體聲數模轉換器，兩聲道間無相位差。

圖3 音頻解碼電路原理圖

VS1003通過7根引腳(VS RST、VS DREQ、VS_MISO、VS_MOSI、VS_SCK、VS_XDCS、VS_XCS)與主控晶片相連，如圖3所示。需要播放音頻文件時，首先應復位VS1003(包括硬復位和軟復位)，讓其回到原始狀態，準備解碼下一個音頻文件。接著需配置VS1003相關寄存器，包括VS1003的模式寄存器(MODE)、時鐘寄存器(CLOCKF)等。最後向VS1003裡寫入數據。VS1003會自動識別它所支持的音頻格式並進行播放。

3 軟體控制設計

3.1 手持設備控制流程

對手持式設備進行軟體控制編程時，第一步使用需要對系統時鐘進行初始化，需要對外部高速時鐘使能，中斷向量表配置，鎖相環配置等過程。這樣系統才能正確執行相關程序。接下來對串口進行初始化，本設計使用的串口一，需要對GPIOA進行初始化，並配置其復用功能，將TXD引腳設置成復用延遲輸出，RXD配置成浮空輸入。下面設置USAT的波特率、傳輸字長、有無奇偶校驗、數據流控制、收發模式、中斷優先級、中斷服務函數等。

圖4 手持設備控制程序流程圖

手持設備上的TFT初始化以後，就可顯示初始化界面，接著等待終端設備發送數據顯示，手持設備在完成各種初始化工作後與終端設備進行握手連接，握手成功之後便能顯示終端設備上發送過來的信息，握手失敗後就不停嘗試著與終端設備進行握手，直到握手成功。觸控螢幕點擊後進行軟體判斷得到點擊的坐標值，並將坐標值傳送至終端設備。

3.2 終端設備程序流程圖

終端設備開機後需要設置無線單片機的初始值，初始值為包括解說區域的坐標代碼，因此在遊覽幹道旁需每隔約25m設置一個終端，當遊人在遊覽幹道上行進，身上的手持設備就可隨時和道路旁放置的無線終端相互交換信息，播放需要的解說詞。

因此終端流程最開始對所需要的外設進行初始化，確認初始化無誤以後進入正弦波測試，如有初始化不成功的程序將不能進入下一個流程。在正弦波測試完之後確定終端設備上的外設運行良好，將SD卡中的音頻文件信息解碼出來，並發送出去，此時進入串口監控狀態，時刻監控串口信息，當收到播放指令時即在SD卡中尋找對應的信息，並從SD卡中將數據讀取出來，發送至VS1003進行解碼，在播放過程中如接收到新的串口數據，再進行判斷，是停止還是暫停或者其他命令，然後執行相應的命令。

圖5 終端設備程序流程圖

4 結論

本文所設計的無線解說器以STM32F103系列單片機作為核心處理器，處理速度快且性價比高。利用VS1003解碼晶片控制音頻解碼文件，選用合適的通訊方式，嚴格把控時序，確保播放聲音的清晰與真實。通過對觸摸顯示屏的操作，實現手持部分和終端部分二者的無線通訊，確保遊人在指定地點接收到相應解說詞，本系統經過實際使用，通信效果良好，播放的解說詞流暢，音質較好。在後期設備升級中，可考慮採用高速DSP作為中央控制晶片，即可無需解碼晶片，且更好地將系統嵌入到DSP為核心的產品中，從而更加人性化。

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