Minecraft我的世界唱片机

前言

一边咕咕一边做的项目（从idea到完成制作有几个月了），做完指南针后就想着能不能再做一个我的世界玩具，就选择了音乐盒。到oshwhub搜索后只看到了这个项目，基本的RFID唱片交互我想的一样，但是实现方案和样式和我的设想有较大出入，所以就自己做了一个。

一，介绍

本项目是一款基于STM32F103RCT6实现的我的世界唱片机，通过插入不同的NFC游戏唱片即可自动播放对应歌曲，支持音量调节、暂停继续与随机播放，兼具趣味性与实用性。

外壳多使用拼接结构，无需胶水和多色打印。

硬件方面，主控通过SPI连接RC522模块读取唱片上的M1标签获取歌名；音乐文件存放于SD卡，通过SDIO接口读取，音频数据经I2S发送至HT513功放驱动扬声器；用户交互采用拨轮开关。供电部分由TPS2121电源复用器（集成限流欠压保护与电源轨无缝切换）、TP4056锂电池充放电管理及RT9013 LDO组成，实现边冲边放功能。

软件上采用裸机状态机框架，利用中断机制保证实时性，管理音频数据流和处理用户输入；通过循环发送wake命令检测唱片插入状态；按键处理基于开源multi_button库，文件管理则基于HAL库的FatFs与SD卡驱动，整体结构清晰（吗？），易于维护和二次开发。（虽然我认为二次开发是伪命题）。

核心特点

首先，是使用了TPS2121这个芯片，这个电源多路复用器集成度十分高，主要功能有：

• 2.8～22V宽电压支持；导通内阻56mΩ；输出限流1～4.5A；超低静态功耗：使能 200μA、关断仅 10μA
• 无缝无掉电切换，典型切换 5μs；支持自动优先级选源 + 手动切换两种模式
• 可独立配置输入建立时间、输出软启动，抑制上电冲击电流
• 集成过流限制、过压监控、过热关断（OTP）

十分甚至九分的好用啊!

使用TPS2121同TP4056一起实现电池边充边放无缝切换。当然，要实现边充边放有更简单低成本的实现电路，这里主要是为了使用TPS2121（手头有几片）。

然后就是NFC读写，读写器驱动我是直接从Arduino复制的，这里核心是实现了NDEF格式的读写实现，也就是手机读写NFC时的标签Tag实现。这样，就可以通过手机修改唱片的内容了。

另外，本项目的功放使用了国产的HT513，这个功放支持I2S输入，并且支持BD 模式和SPW 扩频模式，外围可以选择是否需要LC滤波电路，可以减少外围元件使用。（这片子还能烧一半的，我测试时不小心把片子烧了，导致一个模式不能出声另外一个模式可以）

展示如下：

二，工程结构

• JukeBox：MCU的固件以及工程文件
• Script：项目中使用的工具脚本
• 3Dobj：外壳工程和STL文件
• Reference：相关参考资料
• source：游戏材质和素材

三，主要材料与选型

• 注意：这里提供的链接仅供参考，请购买时多加核对

名称	型号	数量	链接
2828腔体喇叭	XHXDZ-2828-4R2W-2P1.25	1	淘宝
1.25-2P接口	1.25-2P WT	1	淘宝/立创C668614
功放	HT513	1
SD卡连接器	短型TF-123-ARP9H15	1	淘宝/立创C2982547
NFC读卡器模块	RC522模块-蓝色	1	淘宝
拨轮开关		1	淘宝/立创C145915
充电芯片	TP4056	1	立创C7473158
3.3V LDO	RT9013-33GB	1	立创C47773
电源切换	TPS2121	1	立创C485916
电源开关	MSK12C02	1	淘宝/立创C431540
主控	STM32F103RCT6	1
晶振	3225-8M贴片	1
4档拨动开关	SK-1500-L1	1	淘宝/立创C319025
M2x6螺丝	M2x6 螺丝-固定喇叭	2
M2x4螺丝	M2x4螺丝-固定PCB	4
3.7V锂电池	603450 1200mAh	1
功放电解电容	贴片电解电容100UF 体积5*5.4 mm	1	立创C2982547
RST按钮	Key_SMD_3x4x2	1	立创C49234124
电池充电	TP4056	1	立创C725790
SD卡	512M 及以上

• 选择STM32F103RCT6主控主要是因为我手头上有板子，但是最近ST一直在涨价，性价比低

使用免费PCB和免费面板打印，总体成本约为60元。仅供参考，由于部分元件不包邮或者不单卖，实际做一个价格可能比这高（我做定制PVC的20个唱片的已经上百了）。

四，制造

电路板

PCB厚度为默认的1.6mm
主电路板焊接时，注意R9 C18 C19 C23 C24不焊，L1 L2直接连锡，即无需外部LC滤波。

唱片

唱片有两种制作方式，可以使用PCB打样也可以使用现成的tag贴纸，使用PCB可以一张唱片存多首歌进行切换。

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唱片PCB厚度为1.2mm；使用黑色材料打印唱片.STL文件；开关型号SK-1500-L1（立创C319025）；IC芯片封装为COB213，F08-M1 S50兼容，我是在这家店购买的（有写入失败芯片，可能是我不小心给锁了）。

唱片电路结构参考了爱莉希雅NFC卡工程的设计，使用一个4档波动开关实现切换，但是IC芯片我使用了更小的封装。注意焊接时开关的焊接方式，可能需要减去两个固定柱。


当然，也可以直接使用淘宝M1兼容的Tag贴纸，只不过每个唱片只能写入一首歌。

使用复旦M1湿柔性贴纸，使用黑色材料打印唱片-one.STL文件，我是在这家店购买的（有些NFC Tools Pro写入标签失败，但是用MCT好像又能可读可写，感觉NFC Tools Pro可能有些小问题）。

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唱片最外面的上色，可以选择两种方案：JLC面板打印或者淘宝贴纸定制。

jlc面板打印最近有免费卷可以使用，只需要付8元邮费，不过需要自己设计图纸。在工程中我画了一个自绘的唱片，需要的可以自己改色变成其他唱片。不过要打完全部的唱片，不知道得多少钱。

• 面板下单选择：PET,底面,3M胶,磨砂,无鼓包,70.5*47mm,常规遮光(白底),0.125mm

• JLC的面板色差更小，颜色更丰富，表面也更细腻，尺寸也很精准，但是价格贵，尤其是样式种类很多时

淘宝上也有定制PVC塑片或不干胶贴纸的服务，为了唱片更有质感可以选择PVC打印。不过淘宝店打印质量参差不齐还有起打价格，如果只做一种唱片的话还是JLC吧。我打印了20种，每种四张，花了100（没有打11唱片，因为形状不规则）。

淘宝定制的图片像素不能太小，原始的游戏材质不能用，需要upPixel.py脚本插值提升分辨率后的图；图打包发给商家就行。

• PVC定制要求：70.5*47mm；形状按透明层边界；磨砂pvc；18丝；如果不能出血，注意保证黑边(和唱片打印颜色相同)

• 淘宝PVC打印颜色质量参差不齐，很多色差，相近的颜色分辨不出，磨砂更粗糙，切割尺寸有点误差（所以我模型都大了0.5mm一圈），但是价格要便宜点，效果也说得过去

不干胶没试过，成本应该更低，但是效果应该会差点。
附上淘宝的和JLC的效果对比，很明显看到表面磨砂的光滑度和颜色差别（淘宝的直接一片黑，像stal这种唱片更是中间一片黑）：

外壳

外壳一共使用两种颜色材料打印，主体使用黑色，装饰件推荐使用棕色（我还使用了橘橙色，因为我手有这种，而且鲜艳点也好看）。

以下模型使用黑色打印，包括：唱片.STL，唱片-one.STL，兜.STL，零件2.STL，顶壳.STL，底壳.STL。

其他模型使用棕色打印，包括：开关.STL，侧壳-小.STL，侧壳-大.STL，顶壳-顶.STL；其中侧壳-大.STL需要打印三个。

除此之外，我还给唱片打了一个收纳唱片支架.STL，尺寸基于这个工程，可以卡进这个集装箱盒子中；收纳中的分隔墙厚度0.3-0.4，有些切片软件会打的厚一点导致放不进去。

五，装配

主结构

对于NFC模块，焊接弯排针，然后插到板子上，并剪去排针多余的长度，如图：

首先安装喇叭。将零件2如图安装到NFC模块上，然后用M2x6的螺丝将喇叭固定在支架上，不用太紧，剪去NFC模块排针多余的长度：


再连接上电池，这样功能部分就组成一个整体了。

然后是底壳，将侧壳-小.STL，侧壳-大.STL，底壳.STL拼装在一起。


之后拼装顶壳，将兜.STL，顶壳.STL，顶壳-顶.STL安装到一起，兜.STL插入顶壳的孔洞：

如果打印机精度比较高，这里可能有些松，需要点胶水或者熨烫一下（塑料焊接）：

然后安装PCB，先将开关.STL放入底壳的预留孔中，然后放入PCB，让电池卡入预留的空间，把螺丝孔对齐，拧上M2x4螺丝。



最后，盖上顶壳，同通过3D打印的误差让两者紧密贴合（可能需要用力将顶壳按进去）。

唱片

• 鉴于定制的价格，在贴之前一定要验证NFC能否正常使用

PCB唱片像这样嵌入模型中：

Tag贴纸像这样贴在模型上：

然后，直接将贴纸贴在唱片两面即可，注意正反，注意模型我设计的会比贴纸的尺寸大一点，防止白底露出影响效果。

六，使用教程

需要手机NFC Tag写入工具，如NFC Tools Pro。

向SD卡中拷贝进唱片音乐的WAV文件，需要为FAT、FAT32格式化.


给唱片NFC写入对应的文件名(不带后缀，如cat.wav文件对应NFC写入cat)，将唱片插入即可播放对应文件；可以在PCB唱片中写入random和11（破损唱片）。

特别的，如果唱片为random，会随机播放一个wav文件。

在播放状态下，按下拨轮开关是播放/暂停；左右拨动是调节音量，支持左右长按快速调节。

七，改进空间

• USB接口已经引出，理论上可以写一个上位机用于写NFC和管理SD卡文件
• 固件体积很大，主要是FatFs文件系统配置问题，实际可以根据需求减配。(我懒得搞了)
• 定时器裸机结构导致拨轮开关响应不灵敏，可以上RTOS或者精调定时器中断时间
• 在PCB前面有Debug灯，外壳上也开了孔，可以打个透明导光柱
• 如果想要提升音质，可以考虑自行设计LC滤波

参考文章

MIFARE Classic 上配置 NDEF

mc唱片机

爱莉希雅NFC卡

附录-Debug的小插曲

本来所有功能都正常了，但是再另外做一个时就出现问题，同样的板子同样的代码，一个能跑，一个开机进HardError，并且第一次烧录后是正常的，但是Reset或者断电重启后就会进HardError，非常奇怪。

经过定位发现在ScanWavFiles()的f_readdir()中跳转的。

uint8_t ScanWavFiles(void)
{
  DIR dir;
  FILINFO fno;
  FRESULT res;
  uint16_t count = 0;

  res = f_opendir(&dir, SDPath);
  if (res != FR_OK) {
      printf("[Scan]Open dir failed: %d\n", res);
      return 1;
  }

  for (;;) {
      res = f_readdir(&dir, &fno);//Here!!!
  ... 

结合AI辅助，发现是因为f_readdir用了fno的一个变量作为索引，如果fno没有初始化为0，就会越界。而栈空间是不会自动清0的，所以声明之后直接用会出问题。

如果启用了 LFN（长文件名），需要确保 FILINFO 的 lfname 和 lfsize 被正确初始化。

由于这个功能是AI写的，所以我也没清楚f_readdir的调用规范，但为什么上一个都没问题？

原来是我这次用了比较小的SD卡，导致拷贝进去的文件数量不同；这个函数只在开头调用一次，运行到这里时栈空间还比较干净，可能数据就是上电时的0；而当文件数量不同时，栈空间内存布局不一样了，导致变量不为0，然后就出错了。

需要在后面加上手动清0：

uint8_t ScanWavFiles(void)
{
  DIR dir;
  FILINFO fno;
  FRESULT res;
  uint16_t count = 0;
  memset(&fno, 0, sizeof(FILINFO)); // Add this

如果我没换SD卡，或者拷贝的文件数相同，这个BUG就可能发现不了！

AI给我写了个bug，然后帮我修了个bug。