摘 要

音乐播放器已经广泛应用于人们的生活中，随着技术的进步，音乐播放器的性能也得到全面提升，现在已经趋于单片集成电路解决方案，音频解码模块，音频信号处理模块，甚至是耳机放大器模块全部集成在一片芯片中，如果用户想自己设计一款音乐播放器，根本没有加入其它设计的余地。这就导致设计者在使用中无法优化，只能按照芯片厂家的方案来，不能做出比芯片更好的效果，且无法理解整个系统的工作原理，难以掌握音乐播放器真正的技术。本文尝试着剖解开这些集成IC的内部，用普通的嵌入式处理器和模拟电路实现集成芯片的内部模块功能，进而设计出一个完全分立的音乐播放器，同时对声音质量进行优化，打造HIFI音质。

本设计应用STM32嵌入式微处理器完成音频文件的读写操作和音频数据解码工作，音频信号处理和功率放大部分采用经典的模拟电子技术完成。不论是软件部分和硬件部分，均可以获得较大的设计自由度，可以更好地从底层理解音乐播放器的原理。

关键词：STM32；HIFI；音频解码

Abstract

Music player has been widely used in people's lives, as technology advances, the music player also enhance the performance, has now become a monolithic integrated circuit solutions, audio decoding module, an audio signal processing module, and even headphone amplifier modules all integrated in a chip, if you want to design their own a music player, there is no room to join other designs. This leads to the designer can not be optimized in use only in accordance with the manufacturer's chip schemes, we can not make a better effect than the chip, and can not understand how the whole system, it is difficult to grasp the real music player technology. This paper attempts to unravel the internal cross-sectional these integrated IC, to achieve internal module functions integrated chips using conventional embedded processors and analog circuitry, and then design a completely separate music player, but the sound quality is optimized, build HIFI sound quality.

The STM32 embedded microprocessor design applications read and write operations to complete the audio files and audio data decoding, audio signal processing and power amplification section classic analog electronic techniques. Whether it is part of the software and hardware, can achieve greater design freedom can be better understood from the underlying principle of the music player.

Key Words:STM32; HIFI; Audio data decoding

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究目的与意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 论文内容安排 3

第2章 系统总体设计方案 4

2.1 音乐格式选型 4

2.2 音频解码选型 5

2.3 系统框架 5

第3章 系统的硬件设计 6

3.1 音频DAC 6

3.2 IV转换电路 9

3.3 差分放大电路 10

3.4 功率放大器原理 12

3.4.1 A类放大器 12

3.4.2 B类放大器 13

3.4.3 AB类放大器 14

3.4.4 D类放大器 16

3.5 功率放大器选型 18

3.5.1 耳机功率放大器 18

3.5.2 喇叭功率放大器 19

3.6 USB声卡 20

3.7 电源设计 22

3.7.1 反相电源设计 22

3.7.2 D类功放电源设计 22

第4章 系统的软件设计 26

4.1 Helix MP3软解码 26

4.2 音频文件读取 27

4.2.1 存储介质 27

4.2.2 FATFS文件系统 27

4.3 人机交互 28

4.4 IIS总线 29

4.5 软件流程图 30

第5章 总结与展望 31

5.1 总结 31

5.2 展望 32

参考文献 33

附录A 34

附录B 35

致谢 39

第1章 绪论

本章主要介绍音乐播放器系统原理，以及软件硬件实现方法。详细介绍了每个模块的设计方法和原理。

1.1 研究目的与意义

随着科学技术的不断发展，以及人们生活水平的不断提升，多媒体音乐播放器已走入寻常百姓家，在日常生活中使用非常广泛。从最开始的磁带播放器到CD播放机，再到今天的小型MP3播放器和音乐手机，音乐播放器的技术在不断进步。到如今，已经逐步发展成了单片集成电路解决方案，集成度非常高，一片芯片集成了所有需要的模块。通常加上电池和喇叭，一个音乐播放器就可以直接使用了，设计者如今只能使用芯片厂商的集成电路，在设计电路时无法有任何的改进，且核心技术全掌握在芯片厂家的手中，设计者想要进行任何一个方面的改进都显得有些束手无策。

为了打破上述弊端，本文尝试着去打开集成芯片内部，用比较通用的技术设计出内部的模块，最后拼接成一个完整的音乐播放器。

现如今较为流行也是使用最广泛的音频压缩格式为MP3。市面上有售卖单独的MP3格式硬件解码集成电路芯片，用户使用这种芯片可以将MP3压缩文件解压成标准的IIS音频数据流。本文找到了一种较为通用的方法去替代这块芯片的功能，就是用普通的STM32嵌入式处理器，使用Helix 开源的MP3软件解码库对压缩音频文件进行软件解码，同时使用STM32的音频IIS接口生成IIS数据流，无论在设计自由度上还是在设计成本上这种方法都有明显的优势。

我们知道音频信号对电源的要求是非常高的，但是市面上售卖的音乐播放器单片集成电路将音频解码的数字逻辑电路和音频模拟信号处理电路集成在了一起，这就导致了音频模拟部分的性能受到限制。本设计在获取IIS数据流后运用模拟电子技术，对音频信号进行数模转换，滤波处理，和功率放大。每一级都有较高的设计自由度。提升声音质量，打造HIFI效果。

1.2 国内外研究现状

1877年，爱迪生发明了留声机，从此诞生了世界上第一台录音装置，使声音可以以数字的方式被记录下来。随着技术的进步，逐渐出现了磁带记录音频数据，那时的播放设备体积非常大，且存储容量非常小，一版磁带仅仅能存储10首歌曲左右。随后又出现了CD光盘，存储容量开始有了提升，一个光盘已经能存储1000首歌曲，即使是到目前为止，这种技术还有人在使用，但是播放设备的体积仍然没有减小，不便于携带。发展到今天，已经出现了闪存技术，非常小的体积就可以拥有很大的存储容量，且播放设备趋于数字化。