ĐẶT VẤN ĐỀ Với chất lƣợng cuộc sống ngày càng đƣợc nâng cao nhƣ hiện nay, vấn đề về hƣởng thụ ngày càng đƣợc quan tâm sâu sắc, trong đó âm nhạc là một phần không thể thiếu đối với mỗi ngƣời. Với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, các thiết bị phục vụ cho nhu cầu giải trí của con ngƣời đƣợc chế tạo ngày càng tinh vi, nhỏ gọn. Sự ra đời của những máy nghe nhạc nhƣ ipod, ipod nano đã tạo bƣớc đột phá mới trong lĩnh vực sản xuất máy nghe nhạc. Mặc dù vi xử lý, vi điều khiển đã ra đời vài thập kỷ, nhƣng nó vẫn không ngừng phát triển và luôn đƣợc cải tiến nhiều tính năng mới vô cùng tiện ích và phong phú.
Trong quá trình học tập tại trƣờng, ngƣời học đƣợc trang bị những kiến thức cơ bản về vi điều khiển, vi xứ lý. Tuy nhiên, để có thể áp dụng những kiến thức đó vào thực tế, ngƣời học cần phải tìm tòi, nghiên cứu. Việc áp dụng những kiến thức đã học để tạo nên một sản phẩm gần gũi và gắn liền với cuộc sống của mỗi ngƣời nhƣ một chiếc máy nghe nhạc luôn là mong muốn của tất cả các sinh viên chuyên ngành điện tử.2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Đối với mỗi sinh viên chúng ta, việc làm đƣợc một sản phẩm đơn giản phục vụ cho chính nhu cầu của mình luôn là một mong muốn và nó mang lại một ý nghĩa nhất định. Sau những giờ học tập và làm việc căng thẳng, mỗi ngƣời cần có những giây phút thƣ giãn cân bắng lại cuộc sống.
Âm nhạc luôn là sự lựa chọn không thể thiếu. Bên cạnh đó,ARM, một dòng vi điều khiển mới , có nhiều tính năng với giá thành tƣơng đối rẽ, hứa hẹn sẽ đƣợc ứng dụng nhiều trong tƣơng lai.Việc thực hiện một sản phẩm sử dụng chíp ARM cũng có thể đƣợc xem là bắt kịp theo xu hƣớng phát triển của lĩnh vực điện tử hiện nay. 1 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÁY NGHE NHẠC MP3 Bằng những kiến thức đã đƣợc trang bị trong quá trình học tập tại trƣờng về vi điều khiển ARM cùng quá trình tìm tòi, nghiên cứu, nhóm thực hiện đồ án quyết định thực hiện đề tài “MÁY NGHE NHẠC MP3” .3 ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU Trong giới hạn của đề tài, nhóm thực hiện chỉ tập trung vào nghiên cứu các nội dung cơ bản : Đặc điểm họ vi điều khiển STM32F103xxx Cấu trúc thẻ nhớ,USB và việc truyền dữ liệu giữa vi điều khiển với thẻ nhớ,USB thông qua giao tiếp SPI Giao tiếp với IC giải mã VS1013B. Module công suất ampli 2.1 Các phần mềm hỗ trợ:Altium Designed, KeilC 5.4 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Thiết kế máy nghe nhạc mp3 dùng vi điều khiển ARM STM32F103VET6.
Giao diện điều khiển hiển thị trên màn hình cảm ứng TFT 3. Xử lí các flie nhạc định dạng mp3 đọc từ SD Card và USB. Âm thanh đƣợc xử lí qua mạch khuếch đại công suất ampli 2.1 phát ra loa.5 BỐ CỤC CỦA ĐỀ TÀI Đồ án thực hiện bao gồm những nội dung chính nhƣ sau: Giới thiệu ban đầu: Đƣa ra vấn đề cần giải quyết, xây dựng ý tƣởng giải quyết đề tài, giới thiệu tổng quan về tình hình nghiên cứu hiện nay và đƣa ra ý nghĩa thực tiễn của nó. Tìm hiểu và phân tích: Các khái niệm, cơ sở lý thuyết ban đầu về các vấn đề liên quan đến vi điều khiển ARM, chuẩn giao tiếp SPI ,phân tích cấu trúc module 2 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÁY NGHE NHẠC MP3 giải mã VS1003B, ngôn ngữ KeilC và các kiến thức liên quan đến thực hiện đề tài đƣợc trình bày trong phần cơ sở lý thuyết.
Thiết kế và thi công hệ thống: Trình bày về sơ đồ khối hệ thống, thiết kế khối nguồn cung cấp cho mạch hoạt động, khối xử lý dữ liệu và khối hiển thị….Đồng thời tính toán, phân tích những khó khăn và cách khắc phục chi tiết cho từng khối thiết kế. Thiết kế phần mềm: Giới thiệu cơ sở lý thuyết về lập trình: Ngôn ngữ lập trình C cho ARM STM32F103VET6. Kết quả nghiên cứu thực hiện: Trình bày những kết quả của đồ án đã thực hiện đƣợc, đánh giá và so sánh kết quả với thực nghiệm. Kết luận và hƣớng phát triển đề tài: nêu bật những ƣu, khuyết điểm của đề tài, những kiến thức và kinh nghiệm đã thu đƣợc trong quá trình thực hiện đề tài.6 Ý NGHĨA THỰC TIỄN Mặc dù máy nghe nhạc MP3 ngày nay đã rất phổ biến và giá thành không quá đắt nhƣng việc thực hiện thành công đề tài mang nhiều ý nghĩa thực tiễn.
Đó là việc tạo ra một thiết bị điện tử phục vụ cho nhu cầu thực tế của con ngƣời mà cụ thể là thƣởng thức âm nhạc. Ngoài ra việc giao tiếp thành công giữa vi điều khiển và thẻ nhớ,USB đã mở ra nhiều ứng dụng mà đòi hỏi sử dụng bộ nhớ ngoài để lƣu dữ liệu. 3 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÁY NGHE NHẠC MP3 Chƣơng 2CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 ĐỊNH DẠNG MP3 2.1 Giới thiệu Tín hiệu âm thanh số chất lƣợng CD có dung lƣợng số liệu rất lớn, nên rất khó khăn cho lƣu trữ cũng nhƣ truyền dẫn. Do đó cần làm sao giảm lƣợng số liệu này xuống mà chất lƣợng ít bị suy giảm so với tín hiệu gốc.
Vào những năm 80, một nhóm MPEG (Moving picture expert Group) thuộc tổ chức ISO (International Organization for Standardization) đã đƣa ra tiêu chuẩn về kỹ thuật nén Âm thanh và hình ảnh. Cũng giống nhƣ các phƣơng pháp nén khác (ADPCM), thì phƣơng pháp MPEG là phƣơng pháp nén có suy hao, tuy nhiên phƣơng pháp MPEG có chất lƣợng khá tốt. MP3 là cách gọi ngắn của nén MPEG-1 lớp III. MP3 hỗ trợ các tần số lấy mẫu khác nhau nhƣ 32kHz, 44.1kHz và 48kHz; tốc độ bit có thể thay đổi từ 32 đến 448 kbps; mode mã hóa có thể thay đổi, bao gồm: mono, dual mono, stereo và joint stereo.2 Cấu trúc dữ liệu mp3 Lớp thứ 3 nén file âm thanh PCM gốc với tỉ lệ 12:1 mà không có suy hao chất lƣợng đáng kể.
Nén MPEG-1 lớp III chuẩn có tốc độ bit từ 8 kbit/s tới 320 kbit/s (tốc độ mặc định 128 kbit/s ). Tốc độ bit thay đổi VBR (Variable Bit Rate). Tốc độ bit trung bình ABR (Average Bit Rate). Khi mã hóa dùng CBR (thƣờng là mặc định), thì mỗi phần của bài hát đƣợc mã hóa với cùng một số lƣợng bit.
Nhƣng phần lớn những bài hát thay đổi rất phức tạp (một số phần dùng các nhạc cụ và hiệu ứng âm thanh khác nhau, trong khi có một số phần khá đơn giản). 4 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÁY NGHE NHẠC MP3 Phƣơng pháp VBR (có hiệu quả hơn) cho phép tốc độ thay đổi phụ thuộc vào dải động của tín hiệu. Dòng dữ liệu đã mã hóa đƣợc chia thành một số khung, nên phƣơng pháp VBR có thể mã hóa các khung với tốc độ bit khác nhau. Nhƣng nó có nhƣợc điểm là gây ra sai lệch thời gian của bộ mã hóa.
Vì vậy phƣơng pháp CBR thƣờng đƣợc dùng trong phát thanh truyền hình. Tốc độ bit cao cho ta sự chính xác giá trị lấy mẫu, ngƣợc lại thì tần số lấy mẫu cao sẽ cho khả năng lƣu trữ nhiều giá trị hơn. ABR (Average Bit Rate): Gần giống VBR ngoại trừ kích thƣớc file biết trƣớc (với VBR, kích thƣớc file có khi lớn, khi nhỏ tuỳ vào độ phức tạp của âm thanh) nhờ điều chỉnh mức thay đổi quanh giá trị bitrate trung bình ấn định trƣớc. Tất cả các file MP3 chia thành nhiều thành phần nhỏ hơn gọi là khung, mỗi khung có 1.152 mẫu âm thanh và thời gian 62ms.
Điều này có nghĩa là tốc độ khoảng 38 khung/một giây. Một khung đƣợc chia tiếp thành hai thành phần nhỏ hơn gọi là khung nhỏ (Granule) chứa 576 mẫu. Do tốc độ bit lại dựa trên kích thƣớc của mỗi mẫu, nên tăng tốc độ bit cũng sẽ làm tăng kích thƣớc của một khung. Kích thƣớc này cũng phụ thuộc vào tần số lấy mẫu theo: 144*Tốc độ bit + Phần đệm / Tần số lấy mẫu Phần đệm là một bit đặc biệt đặt ở đầu khung, (trong một số khung) để đảm bảo tốc độ bit.
Sắp xếp các khung. Một khung bao gồm 5 phần gồm: Tiêu đề, mã sửa sai CRC, thông tin phụ, số liệu chính, số liệu phụ Tiêu đề khung. Tiêu đề dài 32 bit, có từ mã đồng bộ. Từ mã đồng bộ đƣợc đặt ở đầu của mỗi khung cho phép các phần (nhận MP3) đồng bộ với tín hiệu tại bất cứ vị trí nào trong dòng số liệu.
Mã sửa sai CRC. Trƣờng này chỉ tồn tại khi bit bảo vệ trong phần tiêu đề có giá trị 1 và nó có tác dụng kiểm tra các số liệu phát hiện lỗi truyền dẫn. Các số liệu này 5 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÁY NGHE NHẠC MP3 là bit 11 tới bit 31 trong phần tiêu đề và phần thông tin phụ. Nếu số liệu này là không đúng, chúng sẽ làm sai lệch toàn bộ khung trong khi một lỗi trong phần số liệu chính chỉ làm sai lệch một phần khung.
Một khung bị sai lệch sẽ bị làm câm tiếng hoặc đƣợc thay thế bằng một khung trƣớc nó. Thông tin phụ. Thông tin phụ của khung (bao gồm thông tin cần thiết cho giải mã số liệu chính), có kích thƣớc phụ thuộc vào loại mã hoá kênh. Nếu là dòng dữ liệu kênh đơn, thì kích thƣớc là 17 Byte; Nếu không phải kênh đơn, là 32 byte.
Số liệu chính. Phần số liệu chính của khung gồm các hệ số tỉ lệ, các bit mã hóa Huffman và các số liệu phụ. - Các trƣờng hệ số tỉ lệ (Scale factors): Mục đích của các hệ số tỉ lệ là làm giảm nhiễu lƣợng tử. Nếu các mẫu trong dải hệ số tỉ lệ đƣợc quét theo đúng cách, thì nhiễu lƣợng tử sẽ đƣợc phát hiện.
Quá trình chia nhỏ tần phổ trong các dải hệ số tỉ lệ (scale factor) đƣợc giữ cố định cho mỗi cửa sổ, tần số lấy mẫu và lƣu trữ trong các bảng của bộ mã hóa và giải mã. - Các bit mã Huffman: Phần này của khung chứa các bit mã Huffman. Ta có thể tìm thấy các thông tin về cách giải mã các bit này trong phần thông tin phụ. Các giá trị lớn (big-values Region) luôn đƣợc mã hóa theo từng cặp.
Vì phụ thuộc vào việc dùng các khối ngắn hay dài, trật tự số liệu Huffman sẽ khác nhau. Nếu dùng khối dài, ngƣời ta sắp xếp các số liệu Huffman theo trật tự các tần số tăng dần. Số liệu phụ. Số liệu phụ tùy ý, số bit là không cố định.