使用STM32微控制器系列中的DAC生成音頻和波形之應(yīng)用實(shí)例

《使用DAC生成正弦波形》

1、說(shuō)明

本示例分步說(shuō)明如何生成正弦波形。

正弦波形也稱作單頻正弦波音，它是一種純音或絕對(duì)音。在確定聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)的各種響應(yīng)時(shí)，正弦音一般用作刺激源。

2、準(zhǔn)備數(shù)字模式的正弦波形

要準(zhǔn)備數(shù)字模式的波形，需要進(jìn)行一些數(shù)學(xué)運(yùn)算。這里的目標(biāo)是產(chǎn)生正弦波的 10 個(gè)數(shù)字模式數(shù)據(jù)(采樣)，變化范圍為 0 到 2*PI。

采樣間隔為 (2*PI)/ ns (采樣數(shù))。

sin(x) 的結(jié)果值在 -1 到 1 之間，經(jīng)過(guò)必要的重新校準(zhǔn)后，可以生成 0 和 0xFFF 之間(對(duì)應(yīng)電壓范圍為 0 V 到 3.3 V)的正向正弦波。

經(jīng)過(guò)線性轉(zhuǎn)換后，數(shù)字輸入會(huì)轉(zhuǎn)換為 0 到 VREF+ 之間的輸出電壓。

各 DAC 通道引腳的模擬輸出電壓通過(guò)以下公式確定：

因此，可通過(guò)以下公式得到模擬正弦波形 ySineAnalog

此表保存在存儲(chǔ)器中，并由 DMA 傳輸，傳輸過(guò)程由觸發(fā) DAC 的相同定時(shí)器觸發(fā)

3、修正正弦波頻率

要修正正弦波信號(hào)的頻率，需要設(shè)置定時(shí)器觸發(fā)輸出的頻率。

所產(chǎn)生正弦波的頻率為

因此，如果 TIMx_TRGO 為 1 MHz，則 DAC 正弦波的頻率為 10 kHz。

注：要獲得高質(zhì)量的正弦波曲線，建議使用較高的采樣數(shù) ns。

《使用DAC實(shí)現(xiàn)音頻波形播放器》

1、說(shuō)明

此應(yīng)用演示的目的是為 STM32 微控制器提供一種音頻播放器解決方案，用于播放 .WAV 文件。

該過(guò)程經(jīng)過(guò)優(yōu)化，需要的外部組件數(shù)量最少，最終用戶可以靈活選擇自己的 .WAV 文件。STM32 中的音頻文件通過(guò) MicroSD 存儲(chǔ)卡提供。

2、音頻波形文件規(guī)范

本應(yīng)用假設(shè)要播放的 .WAV 文件具有如下格式：

●音頻格式：PCM(一種未經(jīng)壓縮的波形數(shù)據(jù)格式，其中的每個(gè)值表示采樣時(shí)信號(hào)的振幅)。

●采樣率：8000、11025、22050 或 44100 Hz

●每次采樣的位數(shù)：8 位(音頻采樣數(shù)據(jù)值的范圍為 [0-255])。

●通道數(shù)：1(單聲道)

3、.WAV 文件格式

.WAV 文件格式是存儲(chǔ)多媒體文件使用的資源交換文件格式 (RIFF) 規(guī)范中的一種。RIFF 文件以一個(gè)文件頭開(kāi)始，然后是一系列的數(shù)據(jù)塊。.WAV 文件通常就是一個(gè) RIFF 文件，內(nèi)含一個(gè)“WAVE”數(shù)據(jù)塊，該數(shù)據(jù)塊由以下兩個(gè)子數(shù)據(jù)塊組成：

1.指定數(shù)據(jù)格式的 fmt 子數(shù)據(jù)塊

2.包含實(shí)際采樣數(shù)據(jù)的 data 子數(shù)據(jù)塊

WAVE 文件格式的開(kāi)始是 RIFF 頭：它指示文件長(zhǎng)度。然后，fmt 塊描述采樣格式，其中包含如下信息：波形音頻的格式：(PCM/...)，通道數(shù)(單聲道/立體聲)，采樣率(每秒的采樣數(shù)：例如，22050)以及采樣數(shù)據(jù)大小(例如，8 位 /16 位)。

最后，數(shù)據(jù)塊包含采樣數(shù)據(jù)。

3、實(shí)現(xiàn)音頻波形播放器

音頻波形播放器的應(yīng)用以 SPI、DMA、TIM6 和 DAC 外設(shè)為基礎(chǔ)。

在啟動(dòng)時(shí)，此應(yīng)用首先使用 SPI 與 DOSFS 文件系統(tǒng)的 MicroSD 卡建立連接，解析卡中的內(nèi)容，并在 USER 文件夾中查找可用的 .wav 文件。找到有效的 .wav 文件后，會(huì)通過(guò) SPI 讀回，然后使用 CPU 將該數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿挥?RAM 內(nèi)的緩沖區(qū)陣列。DMA 用于將數(shù)據(jù)從 RAM 傳輸?shù)?DAC 外設(shè)。TIM6 用于觸發(fā) DAC，將音頻數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬波形。

在播放音頻數(shù)據(jù)之前，會(huì)對(duì) WAV 文件頭進(jìn)行解析，以便確定數(shù)據(jù)的采樣率及其長(zhǎng)度。

使用采樣數(shù)據(jù)(.WAV 文件中包含的數(shù)據(jù))來(lái)更新 DAC 輸出中的值，借此完成重現(xiàn)音頻的任務(wù)。該數(shù)據(jù)以 8 位的形式進(jìn)行編碼(值的范圍為 0 到 255)。

DAC 通道 1 由 TIM6 定期觸發(fā)，觸發(fā)間隔由 .WAV 文件頭的采樣率指定。

.WAV 文件從使用 DosFS 文件系統(tǒng)的 MicroSD 存儲(chǔ)器中讀取。

在演示代碼中，處理波形播放器演示的編碼文件為：

waveplayer.c

waveplayer.h

使用 WavePlayerMenu_Start() 函數(shù)來(lái)調(diào)用波形播放器演示，以下為相關(guān)流程圖。