3 MP3音乐播放

3.1 功能介绍

3.1.1 设计思路

音乐播放是手机等电子产品最常见的功能，也是最具娱乐性的功能，在该模块中，我先从SD卡中读取已存放的MP3音乐文件，然后将读取的字节流依次送人VS1053中进行解码和播放，同时从VS1053相关的寄存器中读取音乐播放时间，在LCD上实时显示歌曲信息。

为了增加难度，也是让产品更具有实用性，我将通过解析LRC歌词文件使歌词与歌曲能同步显示出来。

由于开发板上按键有限，我只选择了音乐切换功能，不能使音乐暂停/播放，也不能调节音量。按键1选择上一曲，按键2选择下一曲，并且音乐播放完自动切换到下一曲，按键3结束音乐播放返回目录。

3.1.2 成果展示

演示视频连接：MP3音乐播放功能展示-CSDN直播

3.2 关键技术

3.2.1 VS1053音频解码模块

•模块使用

1）模块通过SPI接口来接受输入的音频数据流：我们通过SPI口向VS1053不停的输入音频数据，它就会自动帮我解码了，然后从输出通道输出音乐，这时我们接上耳机就能听到所播放的歌曲了。2）模块（VS1053）通过7根信号线同主控芯片连接：RST是VS1053的复位信号线，低电平有效；DREQ是一个数据请求信号，用来通知主机，VS1053可以接收数据与否；SCK、SI(MOSI)和SO(MISO)则是VS1053的SPI接口，他们在XCS和XDCS的控制下面来执行不同的数据通信。3）VS1053 的 SPI 数据传送，分为 SDI 和 SCI，SDI 用来传输数据，SCI 用于传输命令

SDI:VS1053 的数据传输都是通过 DREQ 控制到，主机必须在判断 DREQ 有效（高电平有效）后，才可以发送数据，每次可以发送 32 字节。

SCI:SCI 串行总线命令接口包含了一个指令字节、一个地址字节和一个16 位的数据字，SCI 的字节数据总是高位在前低位在后的，指令字节读指令为0X03，写指令为0X02。

SCI读时序：指令、地址都是由主机即STM32发送，接着从机就自动发送数据给STM32，这就是32读数据过程。向VS1053读取数据，通过先拉低XCS，然后发送读指令（0X03），再发送一个地址，最后，我们在SO 线（MISO）上就可以读到输出的数据了。

SCI写时序：指令、地址，数据都是由主机即STM32发送，接着从机就自动接收数据，这就是32写数据过程。在读时序和写时序中，DREQ 信号上都产生了一个短暂的低脉冲，也就是执行时间。这个不难理解，我们在写入和读出 VS1053 的数据之后，它需要一些时间来处理内部的事情，这段时间，是不允许外部打断的，所以，我们在 SCI 操作之前，最好判断下 DREQ 是否为高电平，如果不是，则等待 DREQ 变为高。

•SCI 寄存器

总共有16个SCI寄存器，如下图所示

MODE寄存器：SM_RESET可以提供一次软复位，建议在每播放一首歌曲之后，软复位一次。SM_SDINEW 为模式设置位，这里我们选择的是新模式，所以设置该位为 1（默认的设置）。BASS寄存器：该寄存器可以用于设置 VS1053 的高低音效。

CLOCKF寄存器：这个寄存器用来设置时钟频率、倍频等相关。

DECODE_TIME寄存器：用于存放解码时间，以秒钟为单位，我们通过读取该寄存器的值，就可以得到解码时间了。不过它是一个累计时间，所以我们需要在每首歌播放之前把它清空一下，以得到这首歌的准确解码时间。

HDAT0 和 HDTA1 寄存器：是两个数据流头寄存器，不同的音频文件，读出来的值意义不一样，通过这两个寄存器来获取音频文件的码率，从而可以计算音频文件的总长度。

VOL寄存器：该寄存器用于控制 VS1053 的输出音量，比如设置为 0X0000 则音量最大，而设置为 0XFEFE 则音量最小。注意：如果设置 VOL 的值为 0XFFFF，将使芯片进入掉电模式！

•硬件连接

•软件实现

1）复位VS1053

这里包括了硬复位和软复位，是为了让 VS1053 的状态回到原始状态，准备解码下一首歌曲。这里建议大家在每首歌曲播放之前都执行一次硬件复位和软件复位，以便更好的播放音乐。

2）配置VS1053的相关寄存器

这里我们配置的寄存器包括 VS1053 的模式寄存器（MODE）、时钟寄存器（CLOCKF）、音调寄存器（BASS）、音量寄存器（VOL）等。

3）发送音频数据

当经过以上两步配置以后，我们剩下来要做的事情，就是往VS1053里面扔音频数据了，只要是 VS1053 支持的音频格式，直接往里面丢就可以了，VS1053 会自动识别，并进行播放。不过发送数据要在 DREQ 信号的控制下有序的进行，不能乱发。这个规则很简单：只要 DREQ 变高，就向 VS1053 发送 32 个字节。然后继续等待 DREQ 变高，直到音频数据发送完。

3.3 我的工作

3.3.1 同步显示歌词

•LRC歌词文件

LRC是英文lyric（歌词）的缩写，被用做歌词文件的扩展名。以LRC为扩展名的歌词文件可以在各类数码播放器中同步显示。LRC 歌词是一种包含着“*:*”形式的“标签(tag)”的、基于纯文本的歌词专用格式。其标准格式是[分钟:秒.毫秒] 歌词，如下图所示

•解析LRC文件

u8 Vs1053_GetLrc_Music(const char *musiclrc)      //参数：LRC文件名存储地址
{FIL fil;FRESULT res;UINT br;FILINFO fno;char *p=NULL;char buff[10];u32 time=0,i=0,j=0,k=0,count=0;res=f_open(&fil,musiclrc,FA_READ);           //打开歌词文件if(res!=FR_OK){f_close(&fil);return 1;}memset(music_lrc,0,sizeof(music_lrc));memset(music_lrc_str,0,sizeof(music_lrc_str));res=f_stat(musiclrc, &fno);if(res!=FR_OK){f_close(&fil);       return 2;}res=f_read(&fil,music_lrc,fno.fsize,&br);if(res!=FR_OK || br!=fno.fsize){f_close(&fil);        return 3;}  p=strstr((char *)music_lrc,"[0");               //找到歌词开始的位置p++;while(p[i]!='\0')                     //逐行解析歌词{buff[j]=p[i];j++;i++;if(p[i]==']')                             {time=0;if(buff[6]>=5)time+=1;//计算该行歌词播放时间，以秒为单位，毫秒部分四舍五入        time+=((buff[0]-'0')*600+(buff[1]-'0'))*60+(buff[3]-'0')*10+(buff[4]-'0');if(time>5)                 //校正解析时间，使其同步time -= time / 10 + 1;printf("%d:%d",time/60,time%60);j=0;music_time[count]=time;i++;while(p[i]!='['){music_lrc_str[count][k++]=p[i++];if(p[i]=='\0')break;}music_lrc_str[count][k++]='\0';i++;k=0;count++;}}f_close(&fil);  return 0;
}

相关变量：

static unsigned char music_lrc_str[100][50] 存放每一行歌词

static u16 music_time[200] 存放每一行歌词开始显示的时间

•同步显示歌词

time=VS_Get_DecodeTime();          //得到解码时间
if(playtime==0)playtime=time;
else if((time!=playtime)&&(time!=0))   //1s时间到，更新歌词
{playtime=time;if(playtime>=music_time[lrc_k])//解码时间来到下一行歌词的解析时间，显示新歌词  {LCD_Fill(3,100,130,160,BLACK);LCD_String(3,100,(char *)music_lrc_str[lrc_k],16,GREEN,BLACK);lrc_k++;}
}

3.4 问题和解决思路

问题描述：解析出来的歌词与歌曲不同步

我的思路：VS1053解码工作频率较低，误差大，积累下来导致越到后面失步越严重。通过观察LRC文件的解析时间和VS1053解码时间之间的规律，对LRC文件的解析时间进行如下校正：if(time>5) time -= time / 10 + 1; 校正后歌词同步良好。

问题描述：音乐播放时有较大噪音和卡顿

我的思路：通过SPI每次向VS1053发送32字节的MP3文件后，都要调用SPI上的另一个从机LCD显示音乐基本信息和歌词，造成音乐播放时的不连续，由于LCD显示中文字符更慢一些，在播放中文歌曲时噪音和卡顿现象更严重。

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