本节我们来使用stm32、TF卡以及VS1003芯片来制作一台简易的MP3播放器。

VS1003是一个集成的MP3解码芯片，它能自动完成MP3、WMA、WAV、MIDI等格式音频文件的解码。

我们利用stm32的SPI接口，通过必要的初始化配置后，从TF/SD卡中读取MP3文件，发送给VS1003，就能完成声音的输出。

1）硬件设计

VS1003芯片的外围需要搭配晶振、阻容等器件；供电需要2.85V和2.5V；通信接口使用SPI，其他必要的信号除了CS片选外，还需要XDCS（数据片选）、XRESET（复位）、DREQ（状态监测）。

实际上，为了减少硬件制作的工作量，我们可以购买VS1003的电路模块，已经搭配好外围器件，只要供电5V、连接通信接口相关的线即可使用，本文选用的是下图这种：

如果diy能力比较强，可以依据下图自己做板子：

STM32使用的具体型号是STM32F103C8T6。选用这款单片机，它没有SD卡接口，只能通过SPI接口去访问SD/TF卡，这样更具有学习意义。

VS1003模块挂载SPI2接口上，TF卡挂载在SPI1接口上（其实二者挂同一个SPI口上也是可以的，这里主要是因为我在实现时，用的是杜邦线连接，分到两个口上比较好插线）。

SD卡或者TF卡的SPI接口接线定义如下图所示，左边为SD卡，右边为TF卡，我们使用SPI接口，只用连接电源以及SPI的4根线即可：

STM32的引脚如下图分配，PA4用作TF卡的片选，PB3~PB6用作操作VS1003的IO口（各引脚的作用已在命名上区分），串口用于打印状态信息，具体见图：

2）cubemx中的设置

在cubemx中建立工程时，如下图所示：

在SPI1建立时，先将速率设为比较低（因为某些低速的存储卡需要初始化时速率在100k~400k，初始化完后，读取数据时，可以把速率设得比较高）：

SPI2建立时，速率设为1~2M左右，以便于操作VS1003时速率足够快：

GPIO设置如下：

打开中间件FATFS，并开启长文件名支持，其他不用改：

将堆栈空间设置得大一些：

这样就设置好了，可以生成keil工程，并在keil中编写代码。

3）keil中的代码编写（TF卡和FATFS文件系统部分）

首先了解SPI接口的TF/SD卡初始化过程。

SPI模式下的初始化操作主要过程有：上电->进入SPI模式（CMD0）->检测当前MCU电压是否符合SD卡的要求（CMD8)->开始初始化(ACMD41)->读取卡类型(CMD58)。

当电压达到SD卡的最小工作电压的后，MCU必须使CS，DI为高电平，输出最少74个时钟脉冲后，才能开始发送第一个命令。

SD卡上电后处于SD Bus模式，使CS保持为0，并且发送CMD0命令，SD卡就会进入到SPI模式。在SPI模式下，命令的CRC校验功能默认是禁止的（CMD8命令除外），但是发送第一个CMD0命令时，SD卡是处于SD Bus模式，该模式下CRC校验功能是启动的，因此第一个CMD0命令必须要有正确的CRC校验。正确的CMD0命令应为：0x40, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x95。

CMD8用于检测SD卡接口电压是否满足要求，该命令的参数包括当前MCU接口的电压范围VHS([11:8]),以及用于检测通信的Check Pattern（[7:0]）。如果SD卡能满足当前MCU的接口电压，它就会返回VHS和Check Pattern的值。需要注意的是，CMD8的CRC校验值必须正确，假如CRC校验不对，SD卡返回的R1值中的CRC错误位就会置1。正确的CMD8的命令应为：0x48,0x00,0x00,0x01,0xaa,0x87。

ACMD41命令用于开始初始化SD卡及检测其是否完成初始化。该命令的参数HCS（[30]）表示MCU是否支持SDHC和SDXC，若支持HCS置1，反之置0。如果ACDM41命令返回R1的值为0x01,说明SD卡正在初始化，MCU需要重复发送ACMD41，直到返回值R1为0。

初始化完成后，通过发送CMD58指令读取卡的类型（OCR寄存器的CCS位[30]), CCS为1表示当前卡的类型为SDXC或者SDHC，为0表示卡的类型为SDSC。

还有一些其他的指令，可以参见SD卡的操作说明。

初始化过程的代码较长，这里限于篇幅就不贴了，有兴趣可以在文某关注公众号，留言获取所有的源代码。源码中这部分有详细的注释，在SDdriver.c这个文件中：

接着，看文件系统的使用。

这部分我们使用了cubemx自带的中间件——FATFS，只要移植几个函数即可。

在keil工程中，打开user_diskio.c文件，

先改写初始化和获取状态的两个函数，直接修改为返回OK，如下：

用户读函数，主要是依据参数，将它引导到调用SD_ReadDisk()这个函数：

由于我们制作MP3只用到了读存储卡，所以可以不用实现用户写函数（实际上，FATFS中的很多功能，如果不使用也都可以裁剪掉，如USER_write、USER_ioctl函数都可以不用实现）。

SD_ReadDisk()这个函数，主要实现了按扇区读的操作：

读取单个扇区时，调用SD_sendcmd函数发出读取单个数据块命令CMD17，若存储卡返回响应无错误（返回0），则调用SD_ReceiveData函数等待数据块起始标识符0xFE，然后开始读取数据块和CRC校验。

读取多个扇区时，操作和读取单个数据块的相似，先发送命令CMD18，然后开始等待数据块的起始标识符。需要停止读取操作时，发送CMD12命令，返回响应为0表示存储卡处于忙碌状态，只有返回任何不为0的值后，MCU才能发送下一条命令。

SD_sendcmd和SD_ReceiveData函数主要的代码如下：

这里注意一下crc和校验虽然读取了，但并没有使用它。

以上就是读SD卡数据的实现，也就是与FATFS使用必须的函数都已经实现了。

3）keil中的代码编写（VS1003部分）

VS1003中的代码相对简单一些。

初始化时，只需要完成复位、寄存器配置等操作。

复位即是将复位线拉低一段时间，再恢复。

寄存器的配置，最主要的是进入播放模式、设置时钟、设置音量。VS1003要求SPI时钟在主时钟SCLK/6以下，所以，如果想要使用较高速率的SPI接口，就要设置时钟3倍频；音量这里，高8位和低8位分别表示左右声道的衰减dB数，要设置得合适一些，实测衰减设置得较小时，播放的声音会很不正常。

VS1003初始化的代码如下：

实际上，采样率这里不设置也是可以的，因为mp3文件里已经包含了采样率的数据，这里的设置如果不对，vs1003也能按正确的码率解码出声音。

至于播放MP3的过程，就是从存储卡中读取MP3文件内容，再将其发送给VS1003就可以了。不用关心mp3文件的码率、采样率等参数，因为这些在音频文件中都会记录，发送给VS1003后它能自动识别。

操作的主要过程如下：

包括挂载存储卡、读取磁盘目录、循环查找后缀为“mp3、mid、wma、wav”格式的文件，然后读取文件内容，发送给VS1003。

上图中最后if内部执行的是，找到有后缀符号的文件后，打开文件，每次读取512个字节放在buffer中。

当DREQ为高时（允许发送，表示vs1003至少能接收32个字节数据），发送32个字节给VS1003。

到文件末尾时，再发送2048个0给VS1003，停止发送，关闭文件，具体的代码如下：

执行完后，还需要卸载存储卡：

4)代码测试

把tf卡格式化为FAT32格式，存入MP3文件（最好文件名用英文和数字，文件名短一点），然后就可以上电测试了。

测试结果如下：

由打印信息可见，VS1003的寄存器成功写入，存储卡也初始化成功，并且打开mp3文件成功。

同时，接上耳机，可以听到音乐播放。

在实现过程中遇到的一些不理解的问题，也记录在这里：

a)左右声道设置为一样的衰减时，声音很不正常；而且两个声道的音量大小只受小衰减倍数的一边控制，比如设为0xf030，则两个声道的音量实际是衰减为0x30dB，高位的f0完全没起作用，不知道哪里有问题，有明白的大佬可以指点一下;

b)偶尔会发生音量突变成很大声音，现象和音量衰减为全0一样，而且此时播放速度变慢了，打印寄存器发现除了SPI_MODE正常，其他都被清零了，感觉是硬件哪里有问题。

好了，本节使用stm32的SPI接口，挂载TF卡、VS1003制作MP3的内容就讲到这了。

由于本节内容比较多，代码量比较大，本人的技术水平也有限，有些地方讲的很粗略，算抛砖引玉，有兴趣的可以就某些细节深入研究一下，欢迎留言讨论。

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