[分享]音频编解码芯片VS1003的MP3语音合成

黄帅-深圳市源合

一般简单的语音合成就是用有限的存储单元存储基本语音单元，进而从有限的存储单元中合成出无限词汇，组成连续语句。而为了节省存储空间一般将语音单元压缩成MP3格式存储。并通过MP3解码后播放
目前市场上较多的MP3解决方案是：MP3控制器+MP3解码芯片+NAND Flash。这种方案的MP3并不适合与商业或工业场合，因为对MP3中的音频文件修改时还需要用计算机设备才能完成，这在许多场合是很难满足或成本较高的。所以商业或工业领域所需要的MP3播放器，需要支持自动从U盘或SD卡等移动存储设备中转移数据的能力。
为了满足这样的需求，我们提出了一种嵌入式语音播放的解决方案----单片机 + NAND + VS1003。
此方案用SD卡把音频文件从拷贝大NAND中去，然后再有单片机从NAND中读取文件送入VS1003进行播放。拷贝操作由单片机自动完成。用户操作简单。

方案优势
单片机技术门槛低，容易进行二次开发
主流VS1003解码芯片，能够对MP3、WAV、WMA、MIDI等多种音频格式文件进行解码
音乐存放在NAND中，稳定性好
音乐从SD卡存入模块中的NAND里，自动完成，操作简单
针对Nand Flash的坏块管理，延长Flash的使用寿命
对文件系统的的优化，最大程度减轻了文件系统的开销，从而提高了文件的读取速度
成本低，性价比高

单片机+VS1003MP3方案的系统框图。

在该方案中主芯片采用STC12LE5A系列的单片机
该芯片采用增强型8051内核，功耗低，速度比普通的8051快8-12倍。片内Flash程序存储器最大可达62KB，片内RAM高达1280B。提供1个高速SPI接口，和多达达44个GPIO接口（GPIO有4种工作模式：准双向、推挽、输入、开漏），引脚与普通8051兼容。
解码芯片采用VS1003
VS1003是来自芬兰 VLSI 半导体公司的一款音频芯片，性价比极高，并且使用非常简单。芯片支持MP3、WAV、WMA、MIDI等多种音频格式的硬件解码，音质可与中高档次的MP3播放器相媲美。
方案中设计音频文件从SD卡中拷贝到NAND里进行播放
考虑工业或某些商业场合对可靠性和稳定性要求较高，音频文件被放在播放模块的NAND Flash中，单片机从NAND中读取文件传送给VS1003。此方案中，单片机的GPIO余量较大，可以做其他功能的扩展（如按键、LED等）。此方案最高可播放320kbps的MP3文件。
稳定性高，满足工业场合应用
因为工业场合对设备的稳定性，抗震动，抗干扰等性能要求较高，因此方案中选择把音频文件存放在NAND中，电路板上没有对震动干扰敏感的器件或设备，因此该方案音频文件更新功能操作灵活，而又不失稳定性。 从系统的功能、可靠性方面考虑可以选择使用NAND flash作为存储介质。nand flash一次传输为8位，大大减轻了单片机开销。在工业控制方面使用NAND flash更加牢固。
方案的可裁剪性
方案中的片外RAM，是在使用较复杂应用程序时做的内存扩展，简单应用中不需要扩展。也可以选择只使用SD卡作为MP3音频存储介质的方案，SD卡数据传输用的是SPI模式，数据按位传输，这将导致播放高位率（>320kbps）的MP3文件时会不流畅，但对一般的需求是完全能够满足的。
串口方式固件烧写
单片机程序通过串口进行烧写，便于设备的维护和更新。产品开发投资少，零风险。

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AAA级

好消息   世界上最集成的音频编解码芯片VS1005已经量产上市。 欢迎咨询  QQ2355355260。

黄帅-深圳市源合

用MSP430F149（MCLK=SMCLK=8M,SPI高速2分频，低速8分频）和VS1003B、12864做MP3 下附代码：

1. if(CurrentOffset<(SectorsPerCluster))
   
2. {
   
3. ReadSectorFromCluster(CurrentCluster,CurrentOffset);
   
4. WriteDataToVs1003();
   
5. if(IndexFlag)
   
6. {
   
7. VS1003B_ReadBitRate();
   
8. if(BitRate>99)
   
9. LCD_DisNum(0,0,BitRate);
   
10. else
    
11. LCD_DisNum(0,1,BitRate);
    
12. IndexFlag=0;
    
13. }
    
14. CurrentOffset++;
    
15. }
    
16. else
    
17. {
    
18. CurrentOffset=0;
    
19. CurrentCluster=FindNextCluster(CurrentCluster);
    
20. if(CurrentCluster==0x0ffffff8 || CurrentCluster==0x0fffffff)
    
21. {
    
22. switch(mode)
    
23. {
    
24. case Repet_All:
    
25. if(CurrentAudioFileIndex==AudioFileNumber)
    
26. CurrentAudioFileIndex=1;
    
27. else CurrentAudioFileIndex++;
    
28. break;
    
29. case Repet_One:
    
30. CurrentCluster = GetAudioFile( CurrentAudioFileIndex);
    
31. LCD_Print(3,3,Filestyle);
    
32. CurrentOffset=0;
    
33. break;
    
34. case Shuffle :
    
35. uint rand_val = TAR;
    
36. srand(rand_val);
    
37. CurrentAudioFileIndex = rand()%AudioFileNumber + 1;
    
38. CurrentOffset=0;
    
39. break;
    
40. }
    
41. LCD_Print(2,1," ");
    
42. GetShortAudioFileName(CurrentAudioFileIndex);
    
43. LCD_Print(2,1,ShortFileName);
    
44. }
    
45. }
    
46. }
    
47. .读取比特率和解码时间.spi的速率，变成8分频，也就是1M下附代码：
    
48. uchar ReceiveByte0() //read one byte from spi port
    
49. {
    
50. unsigned char temp=0;
    
51. while ((IFG1 & UTXIFG0)==0); // USCI_A0 TX buffer ready?
    
52. U0TXBUF =0xff; //8 clocks
    
53. temp=U0RXBUF;
    
54. return temp;
    
55. }
    
56. 
    
57. uint VS1003B_ReadCMD(unsigned char addr)
    
58. {
    
59. uint temp;
    
60. while(VS1003B_NeedData()==0);
    
61. SPI0_Low();
    
62. VS1003B_XDCS_H();
    
63. VS1003B_XCS_L();
    
64. SendByte0(0x03);
    
65. SendByte0(addr);
    
66. temp = ReceiveByte0();
    
67. temp <<= 8;
    
68. temp += ReceiveByte0();
    
69. VS1003B_XCS_H();
    
70. SPI0_High();
    
71. return temp;
    
72. }
    
73. 
    
74. uint VS1003B_ReadDecodeTime()
    
75. {
    
76. return VS1003B_ReadCMD(0x04);
    
77. }
    
78. 
    
79. uint VS1003B_ReadBitRate(void)
    
80. {
    
81. uint HDAT0,HDAT1;
    
82. HDAT0=VS1003B_ReadCMD(0x08);
    
83. HDAT1=VS1003B_ReadCMD(0x09);
    
84. switch(HDAT1)
    
85. {
    
86. case 0x7665:return 0;//WAV格式
    
87. case 0X4D54:return 1;//MIDI格式
    
88. case 0X574D://WMA格式
    
89. {
    
90. HDAT1=HDAT0*2/25;
    
91. if((HDAT1%10)>5)return HDAT1/10+1;
    
92. else return HDAT1/10;
    
93. }
    
94. default://MP3格式
    
95. {
    
96. HDAT1>>=3;
    
97. HDAT1=HDAT1&0x03;
    
98. if(HDAT1==3)HDAT1=1;
    
99. else HDAT1=0;
    
100. return BitRate_Table[HDAT1][HDAT0>>12];
     
101. }
     
102. }
     
103. }
     

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竹空闻樱

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黄帅-深圳市源合

stm32 与VS1003的接口设置
第一点，STM32的端口设置，设置为SCK和MOSI复用推挽，而片选设为推挽输出即可，MISO设为input floating即可。
第二点，因为VS1003控制寄存器是八位数据读写的，所以STM32需要设置发送和接收数据也是八位的。
第三点，根据VS1003的时序关系，需要设置STM32的时钟信号的相位和极性为CPOL为0，CPHA为0。
第四点，NSS模式需要设置软件模式，这样就可以利用另作他用了，可以用GPIO口控制作为片选了。
这里贴一下源码

1. void  SPI1_Init(void)
   
2. {   
   
3.      SPI_InitTypeDef SPIStruct_Init;
   
4.      SPIStruct_Init.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;    //配置SPI为全双工模式
   
5.      SPIStruct_Init.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;        //配置SPI为主模式
   
6.      SPIStruct_Init.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;    //配置SPI为8位数据传送
   
7.      SPIStruct_Init.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;           //配置CPOL为低
   
8.      SPIStruct_Init.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;         //配置CPHA为第一个上升沿
   
9.      SPIStruct_Init.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;            //配置NSS为软件控制
   
10.      SPIStruct_Init.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_4;   //配置SPI时钟预分频
    
11.      SPIStruct_Init.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;   //配置传输字节高位在前
    
12.      SPIStruct_Init.SPI_CRCPolynomial = 7;             //配置CRC，可不用理
    
13.      SPI_Init(SPI1,&SPIStruct_Init);                   //SPI初始化函数   
    
14.      SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);                            //使能SPI
    
15. }
    
16. void Mp3WriteRegister(uint8_t addressbyte,uint8_t high,uint8_t low)
    
17. {         
    
18. Mp3DeselectData();   //释放数据端口
    
19. Mp3SelectControl();  //选择控制端口
    
20.       
    
21.         while(!SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1,SPI_I2S_FLAG_TXE)); //判断发送缓冲器是否为空   
    
22.         SPI_I2S_SendData(SPI1,VS_WRITE_COMMAND);    //发送写寄存器命令
    
23.             
    
24.         while(!SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1,SPI_I2S_FLAG_TXE));
    
25.         SPI_I2S_SendData(SPI1, addressbyte);        //发送寄存器的地址
    
26.            
    
27.         while(!SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1,SPI_I2S_FLAG_TXE));
    
28.         SPI_I2S_SendData(SPI1, high);              //发送参数的高八位
    
29.       
    
30.         while(!SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE));
    
31.         SPI_I2S_SendData(SPI1, low);              //发送参数的低八位      
    
32. Mp3DeselectControl();
    
33. }
    
34. 
    
35. 
    
36. 
    
37. /*************************************************************/
    
38. /*  函数名称 :  CheckVS1003B_DRQ(void)                             */
    
39. /*  函数功能 ： 判断DREQ引脚状态                             */
    
40. /*-----------------------------------------------------------*/
    
41. bool CheckVS1003B_DRQ(void)
    
42. {
    
43. bool bResult;
    
44. bResult =GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC,GPIO_Pin_4);
    
45. return(bResult);
    
46. }
    

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