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1、摘要本设计在理解STM32F030F4P6芯片的技术特点和明确音乐播放器的主要功能的基础上，提出了一种基于单片机的音乐播放器软硬件设计的具体实现方法，并运用手势识别的方式对音乐播放器进行简单的操作，最后通过实际电路的调试以及相关程序的编写实现了音乐播放器的制作。设计中采用了STM32F030F4P6单片机作为音乐播放器的中央控制器，并通过QJ008-16s音频芯片对外置TF卡上的MP3、WMV格式的音频文件进行读取操作，然后进行音频解码，实现歌曲播放功能。用户可以通过手势或者物理按键进行歌曲的选择以及音量的调节，还可以通过OLED屏幕上的显示以调节闹钟、时钟、休眠的相关设置。在最后的系统测试中
2、表明，该音乐播放器在保留了播放音乐的基本功能的前提下，成功实现了手势识别操作，其他功能也能正常运行，达到了既定的设计要求。关键词：单片机 音乐播放器 手势识别 音频解码Abstract This project analyzes the technical characteristics of STM32F030F4P6 microcontroller and the main functions of audio player, putting forward a method of hardware and software design of audio player based on
3、single chip microcomputer, and the use of gesture recognition to the audio player simple operation. Finally, through the actual circuit debugging and related programming to achieve the audio player production. In the project, STM32F030F4P6 microcontroller is used as the central controller of the aud
4、io player, and Qj008-16s audio chip is used to read MP3 and WMV audio files on the external TF card, and then conduct audio decoding to realize the music playback function. Users can choose songs and adjust the volume through gestures or physical buttons. They can also adjust the alarm clock, time c
5、lock, sleep setting and other relevant settings through the display on the OLED screen. It was shown in the final system test, on the premise of keeping the basic function of playing music, the audio player successfully realizes gesture recognition operation, and other functions can also operate nor
6、mally, meeting the established design requirements.Key words： Singel Chip Audio Plyer Gesture Recongnition Audio Decoding 目 录第一章 绪论 11.1 课题研究背景11.2 论文研究内容11.3 论文结构安排2第二章 硬件电路设计 32.1 硬件系统设计32.2 硬件选择32.2.1 硬件选择思路32.2.2 手势识别模块的选择42.2.3 音频解码芯片的选择52.2.4 音频功放芯片的选择52.2.5 嵌入式微控制器的选择62.3 各硬件电路设计7 2.3.1 嵌入式微控
7、制器电路设计7 2.3.2 音频播放电路设计10 2.3.3 供电电路设计14 2.3.4 传感器电路设计17 2.3.5 其它电路设计182.4 本章小结20第三章 软件系统设计 213.1 软件开发环境213.2 系统程序设计213.3 各子程序模块设计223.3.1 音频播放控制程序设计223.3.2 手势识别程序设计24 3.3.3 按键程序设计27 3.3.4 显示程序设计293.4 本章小结30第四章 系统测试 314.1 系统测试的内容314.2 系统测试过程314.2.1 电池电压测试314.2.2 显示及播放测试324.2.3 手势识别测试334.2.4 系统设置测试354.
8、3 本章小结36结论 37参考文献 38致谢 39附录 40附录一 音乐播放器PCB图 40附录二 音乐播放器实物图 4141广东东软学院本科毕业设计（论文）第一章 绪论1.1课题研究背景近年来，嵌入多种微型传感器的可穿戴电子设备发展迅速，相关产品层出不穷，比如Apple Watch，蓝牙耳机和智能手机等电子设备。可穿戴设备的流行预示着人们对高科技产品的渴求以及其中具有巨大的发展前景。其中，手势识别技术是可穿戴领域中一个重要的组成部分。它最初是通过机器设备检测手臂的运动姿态，比如关节的角度变化和空间坐标的改变，从而计算出运动姿态的数据，并赋予这些数据变化的意义，最后根据其意义执行不同的功能。这
9、类设备虽可提供良好的检测效果，但将其应用在常用领域不仅价格昂贵，而且检测设备过于复杂，不利于往后的修理和维护。其后，光学标记方法取代了上述方法，通过红外线检测人手位置和手指的变化，与上述方法相比数据更加准确，但缺点是仍需要操作复杂的仪器设备。本设计所使用的基于视觉的手势识别方式是通过视频采集设备采集手势动作的信息，并运用计算机视觉技术对采集的图像序列进行处理，进而对手势事件加以识别1 武霞,张崎,许艳旭.手势识别研究发展现状综述J.电子科技,2013,(06):177-180。这种基于视觉的手势识别技术避免了环境因素的干扰，成为了一种简单的交互方式，具有广泛的运用场景和廉价的训练成本。因此，手
10、势识别作为一种简单而又方便的识别模式必将在未来的电子设备的使用中占有一席之地。在此背景下，开发出一种加入该手势识别技术的音乐播放器是有巨大的市场前景的。首先，手势识别技术顺应了可穿戴电子设备的市场潮流，为用户带来不一样的使用体验。其次，该技术还能减少播放器上按键的数量，进一步提高音乐播放器的封装度并减小设备的尺寸，使用户在有限的区域内实现不同的功能。而且，音乐播放器减少了按键的使用就可以相对应地把思考设备上按键的布局转移到提升播放器外观或者播放器音质上面，进一步提升产品的竞争力，为用户提供更好的使用体验。1.2 论文研究内容本论文的设计项目包括了硬件和软件部分。硬件部分包括了PCB的焊接、电源
11、电路的设计、播放电路的设计、传感器模块的设计、STM32核心部分的设计等。软件部分包括播放控制程序的设计、显示程序的设计、手势识别程序的设计、主程序的设计等。最后，实现了硬件和软件部分后，还要进行整体模块的测试，Bug修改的过程。用户通过Micro-USB数据接口将电脑上的WMV、MP3格式的音频文件复制到播放器上的TF卡上进行储存，然后QJ008-16s音频解码芯片对音频文件进行读取以及解码操作，并将处理好的数据用CSC8002功放驱动喇叭进行音频的播放，0.96寸的OLED屏幕进行信息的显示。其中，由STM32F03芯片作为中央控制芯片对整个操作过程进行监控和控制，为各个模块进行计算功能，
12、保证各个模块有条不紊地运行。根据设计的目标，须达到以下的要求：第一，播放内存卡中的歌曲（上一曲、下一曲、音量增加、音量减小、音频播放、音频暂停），若插入音频线，则停止当前的播放状态，自动切换到外部的音源，如手机、电脑等；第二，通过四个触动按键和手势识别模块控制音频的播放；第三，Micro-USB接口不仅可以对电池充电，还可以对TF卡进行操作（相当于读卡器），如存入/删除歌曲等；第四，播放器无操作两分钟，屏幕自动休眠，按下触动按键进行唤醒；第五，屏幕上显示播放器当前的电量；第六，屏幕上显示当前环境的温度；第七，屏幕上显示实时时钟，并使用独立的纽扣电池供电，掉电仍可正常计时；第八，闹钟设置、休眠设
13、置、时钟设置。1.3 论文结构安排本论文结构安排如下：第一章为绪论，主要描述了可穿戴电子设备的背景，使用手势识别对于音乐播放器的作用和意义，以及论文的主要研究内容；第二章为硬件电路设计，该部分讲述了硬件的选择，电子电路系统的连接和工作原理；第三章为系统软件设计，主要概述了系统的程序设计，以及各主要模块的软件设计方案；第四章为系统软硬件测试，对特定模块进行功能测试，观察实际的效果，验证数据的精准度，并对音乐播放器进行实际的运行测试；最后是将论文整体进行总结和归纳，讲述了在研发音乐播放器过程中的感受和收获，以及项目未来改进的方向。第二章 硬件电路设计2.1 硬件系统设计硬件系统由嵌入式微控制器、音
14、频解码模块、功放模块、液晶显示模块、手势识别模块、电池模块，以及按键、时钟、温度检测、输入输出检测模块组成。在该硬件系统设计中，采用了ST公司生产的STM32F030F4P6作为主控微型芯片。单片机通过控制QJ008-16s音频芯片实现对TF卡的音频、文档等数据信息进行解码，实现音频的播放；在手势的控制下，实现对音频音量调节，音频选择播放的功能。硬件系统框架如下图2-1所示。手势识别，按键IC+ADC液晶显示单片机其它模块IC4IOUART+USB+3IO音频读取、解码、播放图2-1 硬件系统框架图2.2 硬件选择2.2.1 硬件选择思路设计一个嵌入式产品，我们首先要明确产品的需求以及使用场景
15、，然后根据产品的要求去设计出所需要的功能，接着确定产品功能的框架和流程图，并根据产品的定位、资金的多少、功耗的约束、开发的难度等问题去筛选合适的电子元器件，最后知道了硬件的接口数量后，选择一个架构熟悉、内存足够的嵌入式微控制器。本项目名称是音乐播放器，实现的功能是手势识别和音频播放，需要用到的器件有嵌入式微控制器、手势识别模块、音频解码芯片、音频功放芯片。需要注意的是，本项目需要实现便宜和便携两个要求，所以电子元器件尽量选择低功耗，体积小巧的贴片元件，从而提高产品的续航能力，缩小产品的实际面积。开始确定产品的需求和使用场景播放音频手势操作闹钟功能温度显示休眠功能明确产品的功能音频解码芯片手势识
16、别模块温度检测模块电源管理（充电，稳压/降压）单片机其它元器件功能器件分析选择合适的器件结束图2-2 硬件选择流程图2.2.2 手势识别模块的选择 目前市面上所使用的手势识别模块大多使用ADPS-9960传感器进行手势的判断，该传感器具有广泛的使用场景，并且被设计成各种手势模块，以方便开发者和用户的使用。在本次设计中，我们就根据市面上流行的各种手势识别模块来挑选符合设计要求的电路板。目前在市面上找到的手势模块有四种，下面分别从供电电源、通信方式、模块尺寸、识别范围、是否支持手势识别以及价格这六个方面进行筛选。表2.1 手势模块选型表方案名称供电电源通信方式模块尺寸识别范围手势识别价格（元）1A
17、PDS-99603.3VIC20*15.3mm10-20cm25.612ATK-PAJ76203.3/5VIC16*16mm5-15cm59.23VL6180X3-5VIC16*16mm0-100mm27.394PAJ7620U22.83.3VIC14*14mm5-15cm29从表中我们可以知道支持手势识别的有方案1、2、4，手势识别距离合适（2-10cm左右）的有方案2、4，价格比较便宜的是方案4，所以方案4，即PAJ7620U2选择作为本次设计的手势识别模块。2.2.3 音频解码芯片的选择选择音频解码芯片作为本次设计的电子元器件主要有以下几条要求。第一，芯片的封装尺寸要小，尽量使用贴片封装
18、；第二，芯片支持读取储存卡内的音频文件；第三，芯片的成本控制在10元以内；第四，芯片得到主流市场的认可，性能稳定可靠。由于市场上音频解码芯片种类繁多，功能复杂，本论主要挑选三个方案作为比较。方案一：WM8731S音频解码芯片。集成耳机驱动；支持8KHz-96KHz的采样频率；音频分辨率为24位；采用28脚SSOP封装；芯片尺寸为5*5mm；工作电压为2.7-3.6V；价格9元。方案二：VS1003B音频解码芯片。支持MP3和WAV音频格式的读取和解码；采用3.3V供电；16位片内模数转换器；片内RAM的容量为5.5KB；芯片尺寸为6*6mm；价格10元。方案三：QJ008音频解码芯片。芯片支持
19、24位DAC输出；支持AD按键控制；支持单片机异步串口采用UART控制；支持使用FAT16、FAT32文件系统格式；芯片尺寸为10.30*3.95mm；价格3元。综合所述，在项目的实际应用当中选择尺寸更加小巧，功能更加符合项目，价格更加便宜的QJ008芯片作为音频解码芯片更为合适。2.2.4 音频功放芯片的选择为了符合硬件选型标准，音频功放芯片选择的要求有以下几条。第一，芯片采用单声道D类功放；第二，工作电压范围在3-5V左右；第三，芯片应选择贴片封装；第四，价格控制在10元以内。根据这些条件，在网上找到了CSC8002D功放芯片作为本项目的功放芯片，其芯片较于其它功放芯片有价格便宜，引脚少，
20、便于编程的优点。2.2.5 嵌入式微控制器的选择根据设计要求以及上述芯片的选择，嵌入式微控制器的要求有：低功耗，性价比高；需要支持IC协议和UARAT串口；使用贴片封装；工作电压在3-5V范围内；芯片使用ARM架构，数据总线宽度为16位及以上。根据低功耗还有性价比的要求，本次项目选择ST公司32位的微型单片机作为嵌入式微控制器，而ST公司的芯片由下表进行选择。图2-3 STM32主频选择图因为该音乐播放器数据运算量不大，此处选择Coretex-M0系列、48MHz的单片机就足够了，这里选择STM32F0系列。 图2-4 STM32功能选择图本次项目需要使用USART、SPI和USB的功能，工作
21、电压在2.0V-5.0V左右，Flash和RAM的容量大小选择最小的16Kb和4Kb就足够了，处于成本的控制选择STM32F0x0系列。图2-5 STM32内存选择图整个单片机的功能用不了这么大的Flash，所以选择16K的就行了，针脚也是选择最少的，所以本项目选择使用的嵌入式微控制器为STM32F030F4芯片。2.3 各硬件电路设计本次设计的硬件部分主要由嵌入式微控制器电路、音频播放电路、供电电路、传感器电路以及其它电路共同组成，下面将一一介绍各部分硬件电路的设计。2.3.1 嵌入式微控制器电路设计嵌入式微控制器简称单片机，它能够在单独的芯片内实现最基本的计算机功能。单片机内部包含中央处理
22、器、只读存储器和随机存储器等主要部件，它能够控制运算符号，并且能够向系统发送运算指令。单片机由于体积小、重量轻、集成度高、价格便宜等原因为嵌入式开发者的学习、应用和研究提供了便利2 刘军.例说STM32M.北京航空航天大学出版社, 2011。本次设计中采用了意法半导体公司生产的STM32F030F4P6芯片作为音乐播放器的微控制器，在实际电路中对音乐播放器的数据进行控制与处理。芯片引脚图如下所示：图2-6 STM32F030F4P6芯片引脚图（1）嵌入式微控制器的主要特性 芯片采用ARM架构，CPU处理的数据宽度为32位，并且频率为48MHz；Flash的容量为16Kb，RAM的容量为4Kb；
23、工作电压范围在2.4V-3.6V；晶体振荡器支持最小4MHz，最大32MHz，内置40kHzRC振荡器；内部多达10个定时器；2个IC接口，2个USART接口，2个SPI接口；支持串行线性调试模式（SWD）。（2）嵌入式微控制器引脚说明表2.2 STM32F030F4P6芯片引脚定义表引脚号引脚名称类型功能描述1BOOT0端口为下拉电路，单片机从Flash内存开始启动，并采用SWD下载方式2PF0检测检测锂离子电池的状态，并控制充电提示灯的亮灭3PF1O接NPN型三极管的基极，用于控制音频解码芯片和音频功放的电流，实现音频暂停的操作（导通时电路为低电平，断开时电路为高电平）4NRST复位端口。
24、该端口为上拉电路，正常工作时保持高电平，单片机正常运行；遇到故障或者其他原因需要复位时，按下K5按钮，端口变成低电平，单片机复位5VDDAPOWER3.3V供电电压6PA0检测接锂离子电池的正极，检测锂离子电池的实际电流并对其数据进行模数转换，从而得到锂离子电池的的电量7PA1IOOLED屏进行IC通信的双向数据线，进行数据的传输8PA2IOOLED屏进行IC通信的时钟线，对数据的传输进行控制9PA3检测检测USB是否被插入。引脚悬空时电路为高电平，USB插入时电路为低电平10PA4没有使用11PA5IO采集DS18B20的温度数据12PA6O接NPN型三极管的基极，控制有源蜂鸣器。低电平导通
25、，高电平断开13PA7检测检测耳机接口是否被插入。耳机接口插入时电路为低电平，悬空时电路为高电平14PB1检测按键检测。由于单片机中的IO口的数量不足，所以采用AD按键的设计方案，以输入电流的大小来判断输入什么按键15VSSGND接工作地16VSDDPOWER3.3V供电电压17PA9O使用USART1串口与音频解码芯片连接，进行信号输出18PA10I使用USART1串口与音频解码芯片连接，进行信号输入19PA13IO代码烧写数据口，使用SWD下载方式20PA14IO代码烧写时钟口，使用SWD下载方式图2-7 STM32F030F4P6芯片原理图（3）嵌入式微控制器程序下载配置STM32程序的
26、下载方式有JTAG、SWD、串口。由于JTAG接口引脚有20个、占用 IO口多、串口下载的电路复杂、占用电路板较多的空间，故此本次设计采用SWD下载方式3 朱朔. 基于机器视觉的无人平台目标识别与跟踪系统设计D.南京理工大学,2018,(01)。该下载方式需要四个端口，分别是电源端口、接地端口、数据端口(SWDIO)、时钟端口(SWCLK)。下载速度最高可达4MHz，而且支持在线调试功能。在程序编写的过程中可以通过在线调试，实时查看相关寄存器和指定变量的值，或者设置断点（检查程序逻辑），能方便地检查出程序中存在的BUG。此外在进行程序调试时无须经常烧写单片机Flash程序存储空间，增加了单片机
27、Flash的寿命。图2.8 STM32F030F4P6下载接口原理图在进行程序的烧写时还需要配置BOOT0和BOOT1（F0系列不需要配置BOOT1）相应的IO口的电平高低来选择STM32的启动（boot）方式，如下表所示：表2.3 BOOT配置表由上图可知，为了STM32通过Jlink或者STlink的SWD模式烧写程序，则需将BOOT0端口接地，从而使单片机从flash启动。同时，还要在BOOT0端口和地之间还要接上一个10K的电阻，起到保护芯片的作用。2.3.2 音频播放电路设计音频播放电路主要由音频解码芯片、音频功放芯片、耳机检测电路和USB电路组成。（1）音频解码芯片音频解码芯片的功
28、能是将存放在SD卡、硬盘等介质上的音频文件解码，芯片对文件的解析能力决定着播放器音质的表现4 张志伟.基于单片机的音乐播放器的设计与实现J.电子制作,2014(05):7-8，所以挑选音频解码芯片是整个项目中重要的环节。本次设计中采用QJ008-16s音频解码芯片，该芯片支持串口功能，并具有MP3和WMV音频文件的解码功能，同时芯片支持USB/SD/TF的驱动方式。在文件系统上支持FAT16、FAT32格式，在硬件规格上采用SOP16封装方式。该芯片在使用的过程中可以通过发送简单的串口指令来完成播放指定的音频，并支持上下曲设置、音量加减、曲目循环等功能，无需繁琐的底层操作。该芯片还可以播放储存
29、卡内部的音频，通过USB数据线连接电脑下载进储存卡，产品稳定可靠，使用方便。相较于前代产品QJ004-16s音频解码芯片解决了存放音频文件容量较小的问题，能够存放较多的音频文件。图2.9 QJ008-16s芯片原理图表2.4 QJ008硬件参数表名称参数采样率支持（KHz）：8/11.025/12/16/22.05/24/32/44.1/48MP3文件格式支持播放MP3、WMV格式文件支持FAT16、FAT32文件系统，最大支持32G的存储介质（TF/SD卡，U盘）音质24位DAC输出，动态范围支持90dB，信噪比支持85dBUSB接口支持USB2.0协议UART接口标准串口协议，接口采用TT
30、L电平，波特率可自行设定输入电压供电电压在3.3-5.4V范围内，最佳为4.2V额定电流15mA（不带U盘）尺寸10.30*3.95mm工作温度-4070度相对湿度5%95%表2.5 QJ008-16s芯片引脚定义表引脚号引脚名称类型功能描述1P01IOFLASH/TF数据脚2P00IOFLASH/TF片选脚3P32IOFLASH/TF时钟脚4P02/VCOMOIAD_KEY按键值检测脚5USBDMIOUSB数据线D-6USBDPIOUSB数据线D+7VCOM检测芯片基准电压检测脚8DACVSSAGND模拟地9DACRAO芯片音频信号右声道输出10DACLAO芯片音频信号左声道输出11VDDI
31、OPOWER芯片LDO输出3.3V，TF模块供电12LDO5VPOWER芯片音源输入引脚5V13VSSIODGND数字地14P23/24IO芯片串口通信发射口TXD-对应单片机RXD15P30/P25IO芯片串口通信接受口RXD-对应单片机TXD16P46/VPPI芯片工作状态指示灯，播放时输出高电平（2）音频功放芯片音频功放芯片的功能就是放大音频设备的微弱输入信号，产生足够的电流推动扬声器的播放。本次设计使用的功放芯片型号是CSC8002D，是一款单通道桥式连接音频功率放大器，自带关断模式。芯片工作在5V的电压条件下，可为3负载提供3W的连续平均功率；在关断模式下，CSC8002D处于低功耗
32、状态，工作电流为0.6A，适合于小型嵌入便携式设备，除此之外，该芯片还具备外部控制的低功耗关断模式、以及内部热关断保护机制。CSC8002D功放芯片有较高的能量转化率，而且体积小巧，具有较强的可靠性，并且芯片外部电路无需耦合电容、旁路电容及缓冲电路，需配置的外围器件极少，其增益可以通过外部电阻进行配置，便于电路设计。芯片的引脚图如下所示：图2.10 CSC8002D芯片引脚图音频功放芯片的主要特性：无需耦合电容、旁路电容及缓冲网络；待机电流为0.6A；增益输出稳定；增益可通过外部配置；采用SOP8贴片封装。表2.6 CSC8002D芯片引脚定义引脚号引脚名称类别功能描述1SHUTDOWNI关断
33、端口（当关断端为高电平时，运放关闭，CSC8002D不工作）2BYPASSI/O电压基准端3+INI正向输入端4-INI反向输入端（接收QJ008-16s芯片的音频信息）5VO1O音频输出端1（接扬声器）6VDDPOWER电源端（输入3.7V）7GNDPOWER接地端8VO2O音频输出端2（接扬声器）（3）耳机检测电路耳机检测电路的作用是选择音源进行播放。当数据接口未插入时，检测引脚电平由上拉电阻确定，默认为高电平，播放TF卡中的音源；当数据接口插入时，检测引脚从高电平变为低电平，播放器的程序将暂停当前歌曲的播放，并播放外部设备的音源，如手机、电脑等设备。图2.11 耳机检测电路原理图（4）U
34、SB电路USB电路的作用是为锂离子电池充电和提供数据接口的功能。USB电路与QJ008音频解码芯片上具有USB功能的 IO 口相连，通过软件实现USB通信协议，可实现读取、修改、添加、查询TF卡中的相关歌曲的功能。图2.12 USB电路原理图2.3.3 供电电路设计供电电路的作用有两个。第一，为锂离子电池提供外部电源的充电功能；第二，支持锂离子电池为音乐播放器提供稳定的工作电压的功能；这两个部分分别对应电池充电电路和播放器供电电路。（1）电池充电电路a）电池充电芯片锂离子电池的充电电路由LTC4054充电芯片为核心和其它配套电路所组成，其功能是为单节锂离子电池提供恒定电流、电压的线性充电功能。
35、LTC4054充电芯片使用ThinSOT封装，并在USB电源规范的工作场景下设计使用，而且无需太多的外部器件，具有便携的特点。该芯片还具有热反馈功能，当芯片工作在大功率负载或者高温的条件下能够自动调节充电电流，从而限制芯片的温度，起到保护芯片的作用。表2.7 LTC4054充电芯片引脚定义表引脚号引脚名称类别功能描述1CHRGO漏极开路充电状态输出。当充电时，内置N沟道MOSFET将CHRG端口置于低电位；充电完成后，MOSFET将CHRG端口置于高阻态。LTC4050检测到低电锁定条件时，CHRG呈现高阻态。在BAT引脚和地之间接1F的电容还能作为电池是否接好的指示，当没有电池时，LED会快
36、速闪烁5 李健,田航.锂电池线性充电管理芯片LTC4054及其应用J.重庆教育学院学报,2004(03):20-252GNDPOWER接地端3BATPOWER外部电源输入端4VCCPOWER充电电流输出端，为电池充电5PROGI/O充电电路编程，充电电流监控和关闭端。在所有状态下，此端口的电压可以用下面的公式测算充电电流：IBAT=(VPROG/RPROG)1000图2.13 LTC4045充电芯片原理图LTC4054 充电芯片具体特点如下：可编程充电电流可达800mA；支持单节锂电池下的恒定电流、电压的线性充电功能；具备热反馈功能，自动调节充电电流；通过USB口直接给单节锂电子电池充电；预设
37、精度为1%的4.2V充电电压；当充电电流降至设定值的1/10时，终止充电过程；芯片进入待机状态时，待机电流为25A；涓流充电阈值为2.9V； 芯片采用SOT23-5封装处理；电流监视器、自动充电、欠压锁定、充电状态引脚、软启动限制浪涌电流。b）电池充电过程充电电路的作用是为单节锂电池提供稳定的充电电压和充电电流，并在保证安全充电的同时，减少电池的损耗，提高电池的使用寿命。在实际使用中，锂电池充电可以分为四个过程。第一个过程，涓流充电过程；在锂离子电池的电压低于2.9 V时采用涓流充电的模式进行充电，涓流充电的电流为恒流充电时的1/10C。当电池电压达到2.9V时，涓流充电过程停止，进入恒流充电
38、过程。第二个过程，恒流充电过程；当电池电压在涓流充电阈值以上时，芯片会提高充电电流进行恒流充电，恒流充电的电流可以通过外部电阻的设置来调节，一般在0.2C到1.0C之间。在这个过程中，电池电压从涓流充电阈值2.9V慢慢攀升，直到电压达到浮充电压4.2V时，恒流充电过程停止，进入恒压充电过程。第三个过程，恒压充电过程；在这个过程中，充电电流随着锂电子电池电芯的饱和，由恒流充电的电流值慢慢减少，当充电电流减少到1/10C时，充电电压不变，充电电流变为0，充电过程结束。第四个过程，充电终止过程。当输入电源移除，LTC4054充电芯片自动进入低电流状态，电池漏电流小于2A。LTC4054充电芯片进入待
39、机模式，充电电流减小到25A。图2.14 电池充电过程图c）电池电压检测电路电池电压检测电路由两个1%精度的电阻组成，通过电阻分压的工作原理，将电路中当前电压反馈给单片机，然后单片机通过ADC采样和计算得出当前电池电压值，若电压低于最低限制电压，则播放器强行进入低功耗模式，关闭内部电路和外设供电。图2.15 电池电压检测电路原理图d）一键开关电路一键开关电路的作用是在设备开机时为其后的负载供电，在设备关机时断开负载的供电，并通过长按按键使设备自动进入低功耗模式。该开关电路由PMOS和NPN管组成，当单片机提供低电平时，NPN不导通，则PMOS不导通，其后面的负载被断电；当单片机提供高电平时，N
40、PN导通，则PMOS导通，其后面的负载被供电。图2.16 一键开关电路原理图（2）播放器供电电路播放器的供电采用了662K稳压芯片进行电压的转换。该芯片的纹波抑制率较高、运行功耗较低、实际工作时电压差较小，而且具有过流保护和短路保护等安全保护的功能，是一款不错的CMOS降压型电压稳压芯片。其主要特点如下所示：输入稳定性好：典型值为：0.05%/V；输出的电压范围在1.5V5.0V之间，输出电压的精度为2%；极低的静态偏置电流(典型值为8.0A)和压差；带载能力强（如当输入电压为4.3V，输出电压为3.3V 时，输出电流可达300mA）；极低的输入、输出电压差：如当输出电流为160mA时，电压差
41、只有0.40V；极低的温度调整系数。下图中C1、C2为输入端的滤波电容，用于滤除输入电压中的高频和低频的噪声和纹波。同理C3、C4做为输出端的滤波电容，功能是相同的。图2.17 662K稳压芯片电路原理图2.3.4 传感器电路设计（1）手势识别模块电路IC本次设计使用的PAJ7260u2手势识别传感器将手势识别功能集成到一个芯片上，通过IC协议在外部使用两个接口进行数据的传输。该芯片可以识别9种手势，分别是从左到右，从右到左，从上到下，从下到上，顺时针方向，逆时针方向、推、拉、挥动。图2.18 PAJ7260u2电路原理图表2.8 PAJ7260u2引脚定义表引脚号引脚名称类别功能描述13.3
42、VPOWER电源端口，提供3.3V电压2RXI时钟端口，控制数据的传输3TXO数据端口，进行数据传输4GNDPOWER接地端口（2）手势识别模块工作过程PAJ7260u2手势识别模块内部由四部分组成，分别是LED驱动器、手势识别阵列、传感器感应阵列和目标提取阵列。当PAJ7260u2模块开始工作时，LED驱动器向外发射红外线信号，红外线信号在有效的距离中探测到被测物体，然后目标信息提取阵列会探测到被测物体反射过来的红外信号，随后将相关信息保存在寄存器中6 牛作东,李捍东.基于STM32的手势识别控制器的设计J.电子测试,2019(06):19-19，同时，手势识别阵列对物体的位置数据进行识别与计算，最终将计算结果保存到寄存器中，用户可以通过IC端口对原始数据和手势识别的结果进行读取。（3）温度检测电路温度传感器使用的是直插式DS18B20数字温度传感器，输出数字信号，具有体积小、接线方便、抗干扰能力强、检测精度高的特