内容介绍

这是一款基于Adafruit CircuitPython和RP2350B开发板的音乐播放器。它可以播放存储在SD卡上或者flash的music目录下的MP3和WAV音频文件,并通过OLED显示屏显示当前播放的曲目信息。

1、项目功能介绍

1.支持MP3和WAV格式的音频文件播放。

2.自动扫描SD卡或者Flash的music目录,生成播放列表。

3.通过按键控制播放、暂停、下一曲等功能。

4.在OLED显示屏上显示当前播放的曲目信息。

5.支持播放音乐音阶。

2、设计思路

这个项目采用了模块化、可扩展的设计思路,充分利用了 CircuitPython 的优势实现。

存储介质的选择:

支持两种存储介质:SD卡和Flash。用户可以根据实际需求选择合适的存储方式。通过抽象出 MusicPlayer 类,将存储方式的差异封装起来,使得上层代码不需要关心具体的存储位置。

音频文件的播放:

使用 Adafruit CircuitPython 提供的 audiocore 和 audiopwmio 模块,实现了对 WAV 和 MP3 音频文件的播放。通过 play_wav_music 和 play_mp3_music 函数,将不同格式音频文件的播放逻辑抽象出来,方便后续扩展。

用户交互:

通过按键输入检测,实现了播放控制功能,如启动/暂停播放、播放下一曲等。使用 OLED 显示屏显示当前播放的曲目信息,并实现了文本滚动效果,增强了用户体验。

模块化设计:

将不同功能模块拆分成单独的文件,如按键输入检测、SD卡挂载、音乐播放器逻辑等,提高了代码的可读性和可维护性。通过组合使用这些模块,实现了音乐播放器的整体功能。

扩展性:

设计时考虑了扩展性,如新增歌词显示等。通过抽象出 MusicPlayer 类,可以方便地添加新的存储介质支持,或者增加新的播放功能。

3、硬件要求&方案框图

1. RP2350B核心板+综合训练扩展板

2. SD卡模块（非必须）

4、软件流程图

5、软件依赖

1. Adafruit CircuitPython库

2. Adafruit SSD1306 OLED驱动库

3. Adafruit audiocore和audiopwmio音频播放库

6、使用说明

SD卡存储模式:

确保SD卡已插入开发板,并且SD卡上有MP3或WAV格式的音乐文件。

运行main()函数,将player = MusicPlayer(music_dir="/sd/")取消注释。

Flash存储模式:

确保MP3或WAV格式的音乐文件存放在设备的Flash文件系统的/music/目录下。

运行main()函数,将player = MusicPlayer()取消注释。

在两种模式下,播放器的基本功能都是一样的:

按键1:停止播放

按键2:开始/继续播放

按键3:播放下一曲

按键4:播放音乐音阶

OLED显示屏会显示当前播放的曲目信息,并在播放过程中滚动显示

7、主要代码片段及说明

1.按键输入检测(`get_key_info.py`)

该文件实现了按键输入的检测功能。它使用`analogio`模块读取模拟引脚的电压值,根据不同电压范围判断按键ID。

 KEY_PRVENT_COUNT = 5

def get_key_value():
    count = 0
    sum_value = 0
    while (count < KEY_PRVENT_COUNT):
        sum_value += g_detect_pin.value
        count += 1
        time.sleep(0.005)

    avg_value =  sum_value /count
    return avg_value

2. SD卡挂载(`mount_sd.py`)

该文件实现了SD卡的挂载功能,使用`storage`和`adafruit_sdcard`库完成。

 def my_mount_sd():
    sd_spi = bitbangio.SPI(board.GP9, MOSI=board.GP8, MISO=board.GP10)
    sd_cs = DigitalInOut(board.GP7)    # any pin!

    sdcard = adafruit_sdcard.SDCard(sd_spi, sd_cs)

    vfs = storage.VfsFat(sdcard)
    storage.mount(vfs, "/sd")

3.音乐播放器主逻辑(`my_music_play.py`)

该文件实现了音乐播放器的主要逻辑,包括播放列表的生成、音乐播放、OLED显示等功能。

 def play_loop(self):
        # 显示歌曲名
        if self.old_index != self.current_index:
            self.display_string = self.get_curr_mane()
            oled_display_ufont.my_display_text(self.display_string, 0, 8, 1)
            self.display_string = oled_display_ufont.rotate_string(self.display_string, -1)
            time.sleep(1)
        elif self.is_playing:
            pass
            oled_display_ufont.my_display_text(self.display_string, 0, 8, 1)
            self.display_string = oled_display_ufont.rotate_string(self.display_string, -1)

4. OLED显示(`oled_display_ufont.py`)

该文件实现了OLED显示屏的驱动和文本显示功能,使用了`adafruit_ssd1306`库和自定义的bitmap字体。

 def my_display_text(string: str = "", x: int = 0, y: int = 0, color: int = 0xFFFF,
                    font = font, display = oled, 
                    half_char: bool = True, auto_wrap: bool = False, line_spacing: int = 0):
    display.fill(0)
    font_size = font.font_size
    initial_x = x
    for char in range(len(string)):
        if auto_wrap and ((x + font_size // 2 > display.width and ord(string[char]) < 128 and half_char) or
                                  (x + font_size > display.width and (not half_char or ord(string[char]) > 128))):
            y += font_size + line_spacing
            x = initial_x

        # 对控制字符的处理
        if string[char] == '\n':
            y += font_size + line_spacing
            x = initial_x
            continue
        elif string[char] == '\t':
            x = ((x // font_size) + 1) * font_size + initial_x % font_size
            continue
        elif ord(string[char]) < 16:
            continue
        
        # 超过范围的字符不会显示*
        if x > display.width or y > display.height:
            continue
        str_bit = font.get_bitmap(string[char])
        my_draw_char_2(oled, str_bit, x, y, color)
        x += font_size 

    display.show()

def rotate_string(s, n):
    """
    将字符串 s 循环向右移动 n 个字符
    """
    n = n % len(s)  # 确保 n 在字符串长度范围内
    return s[-n:] + s[:-n]

5.音频播放(`play_wav_mp3.py`和`play_musical_scale.py`)

这两个文件实现了WAV、MP3音频文件的播放,以及音乐音阶的播放。

 def play_wav_music(path, wait=True):
    global g_muisc_file
    while g_audio_handle.playing:
        g_audio_handle.stop()
        time.sleep(1)
        
    g_muisc_file = open(path, "rb")
    wav = audiocore.WaveFile(g_muisc_file)
    
    print("playing: ", path)
    g_audio_handle.play(wav)
    
    if (wait == True):
        while g_audio_handle.playing:
          pass
        print("stopped")

def play_mp3_music(path, wait=True): 
    global g_muisc_file       
    while g_audio_handle.playing:
        g_audio_handle.stop()
        time.sleep(1)
        
    try:
        g_muisc_file = open(path, "rb")
        mp3 = audiomp3.MP3Decoder(g_muisc_file)
    except OSError:
        print("错误: 文件格式不支持或文件损坏")
        return
    
    print("playing: ", path)
    g_audio_handle.play(mp3)
    
    if (wait == True):
        while g_audio_handle.playing:
          pass
        print("stopped")

def play_do_to_si(pwm):
    # Play double-buffered
    sample = audiocore.RawSample(sine_wave, single_buffer=False)
    pwm.play(sample, loop=True)
    time.sleep(play_duration)

    # changing the wave takes effect almost immediately
    musical_scale = [261.63, 293.66, 329.63, 349.23, 392.00, 440.00, 493.88]
    for m in musical_scale:
        for i in range(length):
            sine_wave[i] = int(math.sin(math.pi * 2 * i / (length * m/440.0)) * (2 ** 15))
        time.sleep(play_duration)
    pwm.stop()

6.文件说明

- `get_key_info.py`:实现按键输入检测的功能。

- `mount_sd.py`:实现SD卡挂载的功能。

- `my_music_pla.py`:音乐播放器的主要逻辑实现。

- `oled_display_ufont.py`: OLED显示屏的驱动和文本显示功能。

- `play_musical_scale.py`:播放音乐音阶的功能实现。

- `play_wav_mp3.py`:音频文件播放的功能实现。

- `code.py`:程序入口文件,运行该文件可启动音乐播放器。

8、注意事项

1.确保SD卡上或者flash中的MP3和WAV文件格式正确,否则可能无法正常播放。

2.按键输入检测是基于模拟量输入的,可能需要根据实际硬件进行调整。

3. OLED显示屏的驱动和字体文件需要事先准备好。

4.音乐音阶的播放是使用合成的方式实现的,可能与真实音乐有所不同。

5、基于“adafruit-circuitpython-solderparty_rp2350_stamp_xl-en_US-10.0.0-alpha.4.uf2”运行。

6、播放的MP3文件最好是恒定比特率CBR（Constant Bit-Rate）的。

9、心得体会

模拟按键的精准识别:通过电压范围判断按键ID的方案，需特别注意;添加多次采样取平均，有效抑制信号抖动;
SD卡挂载时：设计目录扫描缓存机制减少IO操作;
MP3播放时增加文件异常处理机制，保证播放流畅。
SD和显示屏都使用了软SPI实现，在播放SD卡上文件时，程序执行效率较差，有待改进。

10、未来优化方向

支持歌词同步显示（LRC格式解析）；
添加EQ音效处理模块；
增加播放状态图标（▶/❚❚）提供明确操作反馈；