(Đồ án hcmute) máy nghe nhạc mp3

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG MÁY NGHE NHẠC MP3 GVHD: ThS NGUYỄN TRƯỜNG DUY SVTH: LÊ VĂN SĨ MSSV: 11141172 SVTH: NGUYỄN THÀNH NAM MSSV: 11141138 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 1/2016 an TRƢỜNG ĐH SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày 05 tháng 10 năm 2015 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Hệ đào tạo: Khóa: Lê Văn Sĩ Nguyễn Thành Nam Kỹ thuật Điện - Điện tử Đại học quy 2011 MSSV: 11141172 MSSV: 11141138 Mã ngành: 01 Mã hệ: Lớp: 11141DT1B 11141DT2B I TÊN ĐỀ TÀI: MÁY NGHE NHẠC MP3 II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu: Mục đích đề tài: Tìm hiểu ứng dụng chip Vi điều khiển STM32F103VET6 vào máy nghe nhạc Đồ án tốt nghiệp đƣợc thực tại: Bộ môn Điện Tử Công Nghiệp, Khoa Điện - Điện Tử, Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Nội dung thực hiện: Thiết kế “máy nghe nhạc Mp3” sử dụng vi điều khiển ARM STM32F103VET6 giao tiếp với: - SD-Card thông qua chuẩn SPI - USB thông qua chuẩn SPI với IC CH376T - VS1003 thông qua chuẩn SPI - Màn hình TFT 320x240 Qua chuẩn truyền liệu song song(GLCD), SPI(ADS7843) III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 05/10/2015 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 22/01/2016 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: Ths Nguyễn Trƣờng Duy CÁN BỘ HƢỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP i an TRƢỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM Khoa Điện - Điện Tử Bộ Mơn Điện Tử Cơng Nghiệp CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Tp Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 10 năm 2015 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Lê Văn Sĩ Lớp:11141DT1A MSSV:11141172 Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Thành Nam Lớp:11141DT2B MSSV:11141138 Tên đề tài: MÁY NGHE NHẠC MP3 Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD GV HƢỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) ii an LỜI MỞ ĐẦU Thế giới ngày với khoa học kĩ thuật phát triển mạnh mẽ sống ngƣời ngày đƣợc phát triển tốt Khoa học kỹ thuật đem lại nhiều tiện ích thiết thực cho sống ngƣời Góp phần khơng thể thiếu để mang lại thành tựu to lớn phát triển không ngừng Vi xử lý Kỹ thuật Vi xử lý mang đến thay đổi to lớn khoa học công nghệ nhƣ nhu cầu đời sống hàng ngày ngƣời Nhờ phát triển đó, thiết bị máy móc ngày trở nên thơng minh hơn, công việc đƣợc thực hiệu hơn, nhờ kỹ thuật Vi xử lý hay Vi điều khiển Kỹ thuật Vi xử lý, Vi điều khiển kỹ thuật tƣơng lai, chìa khóa vào cơng nghệ đại Đối với sinh viên chuyên ngành điện tử, lĩnh vực đầy hứa hẹn mở nhiều triển vọng Việt Nam nƣớc phát triển giai đoạn “Cơng nghiệp hóa, đại hóa” nhƣ nhu cầu khoa học kỹ thuật để đáp ứng cho giai đoạn cao Ứng dụng cho hệ thống Vi điều khiển ngày trở nên phức tạp, đơn giản điều khiển chốt đèn giao thông định thời, đếm số ngƣời vào cửa, điều khiển động ON-OFF, hiển thị câu thông báo LCD Xu tất yếu, nhân điều khiển cần có cấu hình mạnh hơn, đáp ứng thời gian thực tốt nhân điều khiển 8bit dùng Chính mà Vi xử lý mang tên ARM đời Cấu trúc ARM (viết tắt từ tên gốc Acorn RISC Machine) loại cấu trúc Vi xử lý đƣợc sử dụng rộng rãi thiết kế nhúng Do có đặc điểm tiết kiệm lƣợng, tốc độ xử lý nhanh, độ xác mềm dẻo cao Để góp phần tạo nên tảng ban đầu vững cho việc học tập, tìm hiểu kỹ thuật vi xử lý, vi điều khiển quen với lập trình ngôn ngữ cấp cao, ngƣời thực đề tài tập trung nghiên cứu đề tài: “MÁY NGHE NHẠC MP3” để ứng dụng Vi xử lý ARM vào thực tế Những kiến thức, lực đạt đƣợc trình học tập trƣờng đƣợc đánh giá qua đợt bảo vệ đồ án cuối khóa Vì ngƣời thực đề tài cố iii an gắng tận dụng kiến thức học trƣờng với tìm tịi, nghiên cứu với hƣớng dẫn tận tình Giáo viên hƣớng dẫn Thầy/Cơ thuộc Khoa Điện-Điện Tử để hồn thành tốt đồ án Mặc dù ngƣời thực đề tài cố gắng hoàn thành nhiệm vụ đề tài đặt thời hạn nhƣng chắn không tránh khỏi thiếu sót, mong q Thầy/Cơ bạn sinh viên thông cảm Ngƣời thực đề tài mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp q Thầy/Cơ bạn sinh viên Xin chân thành cảm ơn! Ngƣời thực đề tài Lê Văn Sĩ Nguyễn Thành Nam iv an LỜI CAM ĐOAN Chúng – Lê Văn Sĩ Nguyễn Thành Nam cam đoan ĐATN cơng trình nghiên cứu thân chúng tơi dƣới hƣớng dẫn Ths.Nguyễn Trƣờng Duy Các kết công bố ĐATN trung thực không chép từ cơng trình khác Ngƣời thực đề tài Lê Văn Sĩ Nguyễn Thành Nam v an LỜI CẢM ƠN Ngƣời thực đề tài xin đƣợc gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy Cô khoa Điện – Điện Tử, quý Thầy Cô thuộc môn Điện Tử Công Nghiệp giảng dạy truyền đạt kiến thức chuyên ngành cho ngƣời thực đồ án thời gian vừa qua Đặc biệt ngƣời thực xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy ThS Nguyễn Trƣờng Duy tận tình hƣớng dẫn nhƣ tạo điều kiện thuận lợi cho ngƣời thực đồ án để có thể thực hoàn thành tốt đề tài Ngƣời thực đồ án cũng không quên cảm ơn bạn lớp trao đổi, góp ý để ngƣời thực hồn thành đề tài cách tốt đẹp thời gian Mặc dù có nhiều cố gắng nỗ lực thực hiện, nhƣng kiến thức nhƣ khả thân nhiều hạn chế nên q trình thực đề tài khơng thể tránh khỏi sai phạm, thiếu sót… Nhóm thực đề tài kính mong nhận đƣợc thơng cảm tận tình đóng góp ý kiến q thầy bạn Một lần nhóm xin cảm ơn tất ngƣời! Ngƣời thực đề tài Lê Văn Sĩ Nguyễn Thành Nam vi an MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii LỜI MỞ ĐẦU iii LỜI CAM ĐOAN v LỜI CẢM ƠN vi MỤC LỤC vii DANH MỤC HÌNH x DANH MỤC BẢNG xii Chƣơng DẪN NHẬP 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.3 ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU 1.4 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 1.5 BỐ CỤC CỦA ĐỀ TÀI 1.6 Ý NGHĨA THỰC TIỄN Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 ĐỊNH DẠNG MP3 2.1.1 Giới thiệu 2.1.2 Cấu trúc liệu mp3 2.2 GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN ARM 2.2.1 Tổng quan vi điều khiển ARM 2.2.1.1 Lịch sử phát triển 2.2.1.3 ARM Cortex 2.2.1.4 ARM Cortex-M3 10 2.2.1.4 Truy xuất liệu không xếp hàng (unaligned data accesses) 11 2.2.1.5 Tập lệnh Thumb-2 12 2.2.1.6 Cấu trúc đƣờng ống tầng 13 2.2.2 Dòng vi điều khiển ARM STM32F103xx 14 vii an 2.2.2.1 Kiến trúc ARM STM32F103xx 15 2.2.2.3 Giao tiếp ngoại vi nối tiếp (SPI) 16 2.3 IC GIẢI MÃ ÂM THANH VS1003B 17 2.3.1 Tổng quan 17 2.3.1.1 Miêu tả 17 2.3.1.2 Đặc trƣng 18 2.3.2 Sơ đồ khối chức khối chip VS1003 19 2.3.3 Khối xử lý trung tâm VSDSP 21 2.4 SD CARD 23 2.4.1 Sơ lƣợt SD Card 23 2.4.2 Cấu trúc SD Card 25 2.4.3 Cấu trúc lƣu trữ file SD Card 27 2.4.3.1 Cấu trúc file chung SD Card 27 2.4.3.2 Cấu trúc file phân vùng 28 2.5 UFD – USB Flash Disk 33 2.5.1 Giới thiệu UFD 33 2.5.2 Cấu tạo 34 2.5.2.1 Đầu Cắm USB 35 2.5.2.2 Ic giao tiếp 36 2.5.2.3 Chip nhớ ( Dạng EPPROM) 36 2.5.2.4 Thạch anh 12 MHz 36 2.5.3 Sơ lƣợc chuẩn giao tiếp USB 37 2.6 Giao tiếp ngoại vi nối tiếp (SPI) 39 Chƣơng THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 42 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 42 3.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CÁC KHỐI 44 3.2.1 Nguyên lý toàn hệ thống 45 3.2.1 Nguyên lý khối nguồn 46 3.2.2 Nguyên lý khối lọc nguồn 47 3.2.3 Nguyên lý khối trung tâm 48 3.2.4 Nguyên lý khối hiển thị 50 3.2.5 Nguyên lý khối SD CARD 52 3.2.5Nguyên lý khối USB 53 viii an 3.2.6 Nguyên lý khối giải mã âm 56 3.2.7 Nguyên lý khối khuếch đại công suất 60 3.2.8 Sơ đồ mạch in 62 3.3 THIẾT KẾ PHẦN PHỀM 64 3.3.1 Giới thiệu ngôn ngữ C phần mềm KeilC cho ARM 64 3.3.2 Thiết kế giao diện hiển thị điều khiển 67 3.3.3 Lƣu đồ giải thuật 68 Chƣơng KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC 73 4.1 KẾT QUẢ THI CÔNG PHẦN CỨNG 73 4.2 KẾT QUẢ THI CÔNG PHẦN MỀM 75 Chƣơng KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 77 5.1 ƢU ĐIỂM VÀ KHUYẾT ĐIỂM 77 5.1.1 Ƣu điểm 77 5.1.2 Khuyết điểm 77 5.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN 77 PHỤ LỤC 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 ix an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÁY NGHE NHẠC MP3 Hình 19Giao diện trình biên dịch KeilC 3.3.2 Thiết kế giao diện hiển thị điều khiển Giao diện hiển thị điều khiển máy nghe nhạc gồm có:  Giao diện Welcom Giao diện xuất vừa cấp nguồn cho máy nghe nhạc, cung cấp thơng tin ngƣời thực đề tài, GV hƣớng dẫn đề tài, tên đề tài nút START để đến với giao diện chơi nhạc điều khiển  Giao diện chơi nhạc điều khiển Đây giao diện với ngƣời dùng mà nhóm chúng tơi tạo ra, để ngƣời sử dụng dễ dàng chơi nhạc điều khiển trình sử dụng máy nghe nhạc Giao diện chơi nhạc điều khiển theo ý tƣởng thiết kế nhóm gồm phần sau: 67 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÁY NGHE NHẠC MP3 Phần nằm phía hình, phần hiển thị tên đề tài nút tùy chọn: – Nút USB: chọn phát nhạc mp3 từ USB – Nút SD: chọn phát nhạc mp3 từ thẻ nhớ – Nút Playlist: hiển thị danh sách hát thẻ nhớ USB – Nút Close: đóng giao diện trở lại giao diện Welcom Phần thứ hai phần hiển thị tên hát chạy, Vol điều khiển âm lƣợng, ; phần nằm trung tâm hình Phần cuối nằm phía dƣới hình gồm nút điều khiển trình chơi nhạc: – Nút Play: phát nhạc – Nút Pause: tạm ngừng nhạc phát – Nút Stop: ngừng nhạc phát quay lại đầu hát – Nút Next: qua hát kế sau – Nút Pre: quay lại kế trƣớc 3.3.3 Lƣu đồ giải thuật 68 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÁY NGHE NHẠC MP3  Lƣu đồ chƣơng trình chính: Begin Khởi tạo GPIO Khởi tạo SPI2 Khởi tạo TFT Khởi tạo SD Khởi tạo VS1003B Hiển thị giao diện welcom Đ iRun=0 S Báo lỗi hệ thống Đ iStatus=0 S Hiển thị giao diện Đọc dử liệu từ SD Card Các button điều khiển Hiển thị thông tin file nhạc Gủi dử liệu từ VĐK sang VS1003B END Hình 20Lưu đồ giải thuật chương trình 69 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÁY NGHE NHẠC MP3  Lƣu đồ giải thuật buton điều khiển: Nhấn Play Đ Phát chọn S Nhấn Pause Đ Ngƣng phát hát S Nhấn Stop Đ Dừng phát Quay lại đầu hát S Nhấn Next Đ Tăng thứ tự hát Đ Giảm thứ tự hát S Nhấn Pre S Nhấn Playlist Đ Hiển thị danh sách hát S Chạy âm lƣợng Đ Thay đổi volume Hình 21Lưu đồ button điều khiển 70 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÁY NGHE NHẠC MP3  Lƣu đồ giải thuật trình đọc file nhạc mp3 Mở file mp3 Datasize=0 Đọc liệu vào nhớ đệm Gửi liệu từ nhớ đệm đến VS1003B Datasize+=512 S Datasize>Dung lƣợng file Đ Tăng thứ tự file Datasize=0 Hình 22Lưu đồ giải thuật đọc file mp3 Nhờ việc lƣu tên file nhạc từ thƣ mục gốc, ta đọc file nhạc thẻ nhớ việc mở file đọc file dƣới tên file nhạc Dữ liệu đƣợc lƣu vào nhớ đệm đƣợc gửi đến VS1003 Trong đọc gửi liệu việc can thiệp button điều khiển làm thay đổi chế độ hoạt động máy nghe nhạc Các hàm hỗ trợ đƣợc thƣ viện FatFs làm nhiệm vụ đọc file nhạc bao gồm f_open(), f_read() 71 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÁY NGHE NHẠC MP3  FRESULT f_open(FIL* fp, const TCHAR* path, BYTE mode); - Là hàm sử dụng để mở file Trong fp trỏ tới kiểu cấu trúc file (file object structure), path tên file cần mở mode chế độ mở file - Mode bao gồm chế độ sau: FA_OPEN_EXISTING (mở file, hàm trả giá trị sai file không tồn tại), FA_OPEN_ALWAYS (mở file, file không tồn tạo file mới), FA_CREATE_NEW (tạo file mới, hàm trả giá trị sai file tạo bị trùng tên), FA_CREATE_ALWAYS(tạo file, file trùng tên thay thế), FA_READ(chỉ định đọc liệu từ đối tƣợng), FA_WRITE(chỉ định ghi liệu vào đối tƣợng)  FRESULT f_read(FIL* fp, void* buff, UINT btr, UINT* br); - Là hàm sử dụng đọc file Trong fp trỏ tới kiểu cấu trúc file, buff nhớ chứa liệu, btr số byte cho lần đọc, số byte đọc 72 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÁY NGHE NHẠC MP3 Chƣơng4 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC 4.1 KẾT QUẢ THI CÔNG PHẦN CỨNG  Máy nghe nhạc sau thi cơng Hình 1Hình ảnh máy nghe nhạc sau thi công 73 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÁY NGHE NHẠC MP3 Hình Mặt sau máy nghe nhạc  Mạch khuếch đại cơng suất Hình Mạch khuếch đại cơng suất 74 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÁY NGHE NHẠC MP3 4.2 KẾT QUẢ THI CƠNG PHẦN MỀM Nhóm thực thiết kế thành công máy nghe nhạc Mp3 lấy liệu từ thẻ nhớ USB Nhóm thiết kế đƣợc giao diện chơi nhạc điều khiển phát nhạc hiển thị hình TFT 3.2 inch  Kết thiết kế phần mềm:  Giao diện Welcome Hình 4Giao diện đăng nhập máy in 3D 75 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÁY NGHE NHẠC MP3  Giao diện điều khiển phát nhạc Hình 5Giao diện nút điều khiển Hình Giao diện Playlist hát 76 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÁY NGHE NHẠC MP3 Chƣơng KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN STM32F103VET6, cấ u trúc tổ ng quan phầ n cƣ́ng và phầ n mề m , viế t nhƣ̃ng ứng dụng đơn giản board , giao tiếp với hình TFT 3.2 inch, giao tiếp với ngoại vi SD Card, USB, VS1003B Do thời gian tiến hành nghiên cứu đề tài có hạn Đề tài cịn nhiều hạn chế, số tính chƣa hồn thiện nhƣ sản phẩm có ngồi thị trƣờng Sau thời gian nghiên cứu thực đề tài: “MÁY NGHE NHẠC MP3 ”, nhóm thực hoàn thành sản phẩm đáp ứng đƣợc yêu cầu đặt ban đầu đạt đƣợc ƣu khuyết điểm 5.1 ƢU ĐIỂM VÀ KHUYẾT ĐIỂM 5.1.1 Ƣu điểm - Máy nghe nhạc sau hoàn thành đơn giản, nhỏ gọn, dễ dàng sử dụng tiện lợi việc di chuyển - Giao diện sinh động, đẹp mắt có nhiều tính - Chất lƣợng âm đƣợc nâng cao sau qua mạch công suất loa 5.1.2 Khuyết điểm - Màn hình cảm ứng điện trở nên tƣơng đối khó khăn thao tác điều khiển - Chƣa tích hợp đƣợc mạch công suất mạch nguồn để máy trở thành khối hồn chỉnh - Một số tính chƣa hồn thiện nhƣ sản phẩm có ngồi thị trƣờng 5.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN - Nâng cấp sản phẩm để đọc đƣợc nhiều định dạng file - Sử dụng giao tiếp với hình cảm ứng điện dung kích thƣớc lớn để hiển thị chi tiết thông tin cần thiết nhƣ điều khiển trình hoạt động máy nghe nhạc 77 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - MÁY NGHE NHẠC MP3 Nâng cấp sản phẩm thành máy giải trí đa phƣơng tiện (nghe nhạc, phát video, play game), xây dựng giao diện nhúng (emWin, emLinux…) 78 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÁY NGHE NHẠC MP3 PHỤ LỤC 79 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÁY NGHE NHẠC MP3 TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách tham khảo [1] Nguyễn Đình Phú,“Giáo trình thực tập vi xử lý nâng cao”,Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM, năm 2014 [2] Phạm Văn Vang, “Luận văn tốt nghiệp đề tài máy nghe nhạc ARM Cortex M3”, Đại học bách khoa TP.HCM năm 2011 Website tham khảo  www.wikipedia.org  Forum.arm.vn  www.arm.vn  www.ICviet.vn  www.AllDataSheet.com  http://elm-chan.org  www.sdcard.org  www.st.com 80 an S an K L 0 ... an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÁY NGHE NHẠC MP3 Bằng kiến thức đƣợc trang bị trình học tập trƣờng vi điều khiển ARM q trình tìm tịi, nghiên cứu, nhóm thực đồ án định thực đề tài “MÁY NGHE NHẠC MP3? ?? 1.3... Mini: 21.5×20×1.4 mm 23 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÁY NGHE NHẠC MP3  Micro: 15×11×1.0 mm Hình 12 Các loại SD Card [Nguồn:www.sdcard.org] 24 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÁY NGHE NHẠC MP3 2.4.2 Cấu trúc SD Card... 11141DT1B 11141DT2B I TÊN ĐỀ TÀI: MÁY NGHE NHẠC MP3 II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu: Mục đích đề tài: Tìm hiểu ứng dụng chip Vi điều khiển STM32F103VET6 vào máy nghe nhạc Đồ án tốt nghiệp đƣợc thực tại: