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[STM32F4] STM32通过DAC来播放声音的实现方式

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 楼主 | 2021-4-8 09:21 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 wandersky 于 2021-4-8 09:24 编辑

STM32通过DAC来播放声音的实现方式:

1 DAC设置
     首先选择TIM6触发DAC转换,为什么选择TIM6, 这也是有讲究的,首先TIM6、TIM7非常简单,也是可以说是简陋;ST文档中称作基本定时器,仅仅有一个16位自动重载功能,即使系统需要使用定时器也不会用这2位。 其次,TIM6\TIM7天生就与DAC绑定在一定,甚至连中断接口也是一个,TIM6_DAC_IRQHandler();(当然本项目不需要DAC\TIM6中断)。综上所述使用TIM6是明智的明智的选择。

   设置TIM6记数周期,使TIM6向DAC申请中断的频率与WAV文件的采样频率保持一致,一般为8K或者16K,(试验证明16b量化8K采样的声音,没有8bit量化16K采样的声音音质好,虽然它们占用的存储空间一样!),使能TIM6更新请求 update event。

   设置DAC,使能DAC1 通道DMA模式,12B左对齐, 选择定时器 6 TRGO 事件,等操作。

一切设置好之后,启动TIM6记数就可以启动DAC转换了。

20210326165703124.png

2. DMA传输
    为了尽可能降低MCU的占用, 为将来增加复杂的解码方式留足CPU频率资源,所以采用DMA传输(如果采用中断方式,如果播放16K采样频率的声音时会频繁的进出中断导致效率下降);同时为了降低DAC转换时的总线占用,DMA传输时使用的RAM也经过了特殊安排,为尽可能避免总线冲突,DAC使用SRAM2空间作为DMA传输的源地址,在DMA传输期间,MCU内核照样可以访问主SRAM1,且互不干扰。  这样就实现了DMA传输即不占用CPU资源,也不占用CPU总线资源。效率提高到极致!如下图所示:(注:红线为DMA传输路径,绿线为MCU内核访问路径)(其实这种总线并行复用的思路可以应用到很多外设上)

20210324114616189.png

3. 双缓冲或者循环缓冲
    要保证音频输出的连续性,必须使用双缓冲或者循环缓冲, 试验证明这2种方法都可以满足音频输出的要求,我认为DMA循环缓冲区只是DMA双缓冲区的一个特殊形式而已。(当双缓冲区2块数据相邻且大小一样时)

比如我在MDK中定义一个双缓冲区,在xxx.map文件中可以看到编译器给这2个数组分配的空间,

PCMDA_BUF0 : 0x2001c000        PCMDA_BUF1 : 0x2001d000

4799d5882d7e004786f99a4611b3b616.png

其实我完全可以定义一个大的缓冲区,来设计为循环缓冲区,比如

uint8_t PCMDA_BUF[I2S_DMA_RAMBUF_SIZE*2] __attribute__((section("SRAM2")));

其实编译器给这个数组分配的空间还是上面的空间,0x2001c000~ 0x2001dFFF;  (8KB)

    为了实时的更新缓冲区中的音频数据,根据缓冲区形式的不同,操作也不不一样,如果是双缓冲区时,做如下操作:当缓冲区1 DMA传输完成中断时,更新缓冲区1中的数据,当缓冲区2 DMA传输完成中断时,更新缓冲区2中的数据,这样就形成了一个乒乓缓冲操作,数据永远不会中断,音频会流畅的放出来。

    如果是循环缓冲区,STM32也提供有合适的操作,STM32提供的有DMA半传输完成中断,这个就非常有用了,当DMA半传输完成时,更新缓冲区前半部分的数据,当DMA全部传输完成发生中断时,更新缓冲区后一半的数据,这样也能实现双缓冲区的效果。

    其实仔细的分析上面2种方式, 其本质是一样,都能实现 DAC-OUTPUT的连续输出

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| 2021-4-8 10:22 | 显示全部楼层
图文并茂,讲解的很详细,好好看看

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| 2021-4-8 10:55 | 显示全部楼层
如果对音质要求不是过分高,好比16BIT 24BIT 48KHZ 96KHZ, 用内部12BIT DAC 足够了

外部I2S的 DAC 一般比较好,而且是多通道的。

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wandersky 2021-4-8 11:44 回复TA
我感觉stm32f4的DAC应该也能够实现双通道,但是我还没有试,什么时候有机会再试吧, 
| 2021-4-8 12:34 | 显示全部楼层
感谢楼主的详细讲解

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| 2021-4-8 17:16 | 显示全部楼层
采样频率只是决定你能还原的频段,而采样深度决定的是你声音的动态,8bit的话动态太小了,到时候失真会很大,不过对于频段的完整来说采样率倒是优先考虑的,这个并不是绝对的衡量指标,还是看需求

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