基于片内Flash的提示音播放程序

2022-10-27 13:32:39

1）实验数据准备：用Adobe audition或goldwave等音频编辑软件录制“您好欢迎光临！”的几秒钟的声音（8khz采样、8bit量化编码的单声道wav格式），确保音频数据尽量小（最大不超64KB）。然后编程将其分批次写入stm32f103c8t6芯片内部flash区域。
2）数字音频还原播放任务：编程读取此段音频，分别通过（a）stm32f103c8t6自带的DAC通道，转换为模拟音频进行播放，并用示波器观察波形，用耳机/喇叭收听，评判音乐还原效果；
提示：建议先用单音音频（比如2000Hz的正弦波）的wav数据进行实验，通过DAC或PCM音频模块能够基本还原出原始正弦波声音后，再用语音和音乐信号进行实验。

一、DAC简介

DAC简介

DAC 为数字/模拟转换模块，故名思议，它的作用就是把输入的数字编码，转换成对应的模拟电压输出，它的功能与
ADC相反。在常见的数字信号系统中，大部分传感器信号被化成电压信号，而 ADC把电压模拟信号转换成易于计算机存储、处理的数字编码，由计
算机处理完成后，再由 DAC输出电压模拟信号，该电压模拟信号常常用来驱动某些执行器
件，使人类易于感知。如音频信号的采集及还原就是这样一个过程。 STM32具有片上 DAC外设，它的分辨率可配置为 8位或
12位的数字输入信号，具有两个 DAC 输出通道，这两个通道互不影响，每个通道都可以使用 DMA 功能，都具有出错检测能力，可外部触发。

1）STM32 的 DAC简介
STM32 的 DAC 主要特点

2 个 DAC 转换器：每个转换器对应 1 个输出通道
8 位或者 12 位单调输出
12 位模式下数据左对齐或者右对齐
同步更新功能
噪声波形生成
三角波形生成
双 DAC 通道同时或者分别转换
每个通道都有 DMA 功能

DAC输出电压计算

DAC输出 = VREF x (DOR / 4096)
其中DOR是对应的数字信号，VREF为参考电压。

2）DAC数字信号格式
如图，DAC 输出是受 DORx 寄存器直接控制的，但是我们不能直接往 DORx寄存器写入数据，而是通过 DHRx 间接的传给 DORx 寄存器，实现对 DAC 输出的控制。而STM32 的 DAC 支持 8/12 位模式， 8 位模式的时候是固定的右对齐的，而 12 位模式可以设置左对齐/右对齐。即单 DAC 通道 x总共有 3 种情况：
8 位数据右对齐：用户将数据写入 DAC_DHR8Rx[7:0]位（实际是存入 DHRx[11:4]位）。

12 位数据左对齐：用户将数据写入 DAC_DHR12Lx[15:4]位（实际是存入 DHRx[11:0]位）。

12 位数据右对齐：用户将数据写入 DAC_DHR12Rx[11:0]位（实际是存入 DHRx[11:0]位）。
之后这些数据会传输到DORx 寄存器。

如果没有选中硬件触发(寄存器DAC_CR1的TENx位置’0’)，存入寄存器DAC_DHRx的数据会在一个APB1时钟周期后自动传至寄存器DAC_DORx。如果选中硬件触发(寄存器DAC_CR1的TENx位置’1’)，数据传输在触发发生以后3个APB1时钟周期后完成。一旦数据从DAC_DHRx寄存器装入DAC_DORx寄存器，在经过时间tSETTLING之后，输出即有效，这段时间的长短依电源电压和模拟输出负载的不同会有所变化。

二、Flash地址空间的数据读取

1、Flash原理

不同型号的 STM32，其 FLASH 容量也有所不同，最小的只有 16K 字节，最大的则达到了 1024K 字节。市面上 STM32F1 开发板使用的芯片是 STM32F103系列，其 FLASH 容量一般为 512K 字节，属于大容量芯片。

Flash的编程原理都是只能将1写为0，而不能将0写为1，所以在进行Flash编程前，必须将对应的块擦除，即将该块的每一位都变为1，块内所有字节变为0xFF。

STM32F1 的闪存（Flash）模块：主存储器、信息块、闪存存储器接口寄存器

①主存储器。该部分用来存放代码和数据常数（如 const 类型的数据）。对于大容量产品，其被划分为 256 页，每页 2K 字节。注意，小容量和中容量产品则每页只有 1K 字节。

②信息块。该部分分为 2 个小部分，其中启动程序代码，是用来存储 ST 自带的启动程序，用于串口下载代码，当 BOOT0 接 V3.3， BOOT1 接 GND 的时候，运行的就是这部分代码。用户选择字节，则一般用于配置写保护、读保护等功能。

③闪存存储器接口寄存器。该部分用于控制闪存读写等，是整个闪存模块的控制机构。对主存储器和信息块的写入由内嵌的闪存编程/擦除控制器(FPEC)管理；编程与擦除的高电压由内部产生。

在执行闪存写操作时，任何对闪存的读操作都会锁住总线，在写操作完成后读操作才能正确地进行；既在进行写或擦除操作时，不能进行代码或数据的读取操作。

2、使用到的硬件及软件

STM32F103C8T6、STlink
软件：Keil、STM32CubeMX

三、建立工程

按照以往步骤建立工程即可
部分配置如下图
定时器配置

管脚配置，对应外设c8t6本身设计好的PC13 LED灯

对应的GPIO设置

设置堆栈大小

时钟配置

1、Keil代码撰写

工程源码链接（主：flash.h文件需要自己重新加入到路径中）
链接：https://pan.baidu.com/s/11Tn8TocHT8qithneDyKFIQ
提取码：pmvn

将事先准备好的flash.c 及flash.h加入到工程中

在main.c文件中添加部分代码

2、STlink调试说明

接线

ST-LINK	STM32
SWCLK/TCK	SWCLK/TCK
SWDIO/TMS	SWDIO/TMS
GND	GND
VCC	VCC

下载好响应的ST-Link驱动，上电，可以看到STLink在电脑上显示出来了（我这里需要安装驱动）

可以说明ST-Link 驱动已经安装完成。接下来只需要在 mdk 工程里面配置一下 ST-Link即可。

回到Keil下，在魔法棒Option选项卡进行设置

首先是选择调试器，如果使用的是 ST-Link，在 Debug 选项卡中，请选择ST-Link Debugger,如果你使用的是 JLINK，那么需要选择J-LINK/J-Trace Cortex。

在选择完调试器之后，点击右边的 Setting 按钮

如果右侧IDCODE有显示的话就是连接成功了

JTAG 模式和 SWD 模式使用方法都是一样的，不同的是，SWD 接口调试更加节省端口，一般情况下，为了节省更多的资源，建议大家使用 SWD 模式仿真。

之后，点红框的箭头就可以将程序烧录到stm32中

注意：使用st-link和keil进行烧录会严格检查stm32型号，如果不是对应的型号烧录会报错。

3、使用DAC输出周期2khz的正弦波

建议先用单音音频（比如2000Hz的正弦波）的wav数据进行实验，通过DAC或PCM音频模块能够基本还原出原始正弦波声音后，再用语言/音乐信号进行实验。
生成单音正弦波
文件—>新建—>音频文件

效果->生成->音调

文件->导出->设置导出为wav文件（我这里已经导出成功）

用UltraEdit得到相关数据
用UltraEdit打开刚才保存的wav文件
使用16进制复制刚才的wav文件