使用STM32微控制器系列中的DAC生成音頻和波形之應用實例

《使用DAC生成正弦波形》

1、說明

本示例分步說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音。在確定聽覺系統的各種響應時，正弦音一般用作刺激源。

2、準備數字模式的正弦波形

要準備數字模式的波形，需要進行一些數學運算。這里的目標是產生正弦波的 10 個數字模式數據(采樣)，變化范圍為 0 到 2*PI。

采樣間隔為 (2*PI)/ ns (采樣數)。

sin(x) 的結果值在 -1 到 1 之間，經過必要的重新校準后，可以生成 0 和 0xFFF 之間(對應電壓范圍為 0 V 到 3.3 V)的正向正弦波。

經過線性轉換后，數字輸入會轉換為 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以下公式確定：

因此，可通過以下公式得到模擬正弦波形 ySineAnalog

此表保存在存儲器中，并由 DMA 傳輸，傳輸過程由觸發 DAC 的相同定時器觸發

3、修正正弦波頻率

要修正正弦波信號的頻率，需要設置定時器觸發輸出的頻率。

所產生正弦波的頻率為

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

注：要獲得高質量的正弦波曲線，建議使用較高的采樣數 ns。

《使用DAC實現音頻波形播放器》

1、說明

此應用演示的目的是為 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。

該過程經過優化，需要的外部組件數量最少，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 MicroSD 存儲卡提供。

2、音頻波形文件規范

本應用假設要播放的 .WAV 文件具有如下格式：

●音頻格式：PCM(一種未經壓縮的波形數據格式，其中的每個值表示采樣時信號的振幅)。

●采樣率：8000、11025、22050 或 44100 Hz

●每次采樣的位數：8 位(音頻采樣數據值的范圍為 [0-255])。

●通道數：1(單聲道)

3、.WAV 文件格式

.WAV 文件格式是存儲多媒體文件使用的資源交換文件格式 (RIFF) 規范中的一種。RIFF 文件以一個文件頭開始，然后是一系列的數據塊。.WAV 文件通常就是一個 RIFF 文件，內含一個“WAVE”數據塊，該數據塊由以下兩個子數據塊組成：

1.指定數據格式的 fmt 子數據塊

2.包含實際采樣數據的 data 子數據塊

WAVE 文件格式的開始是 RIFF 頭：它指示文件長度。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(單聲道/立體聲)，采樣率(每秒的采樣數：例如，22050)以及采樣數據大小(例如，8 位 /16 位)。

最后，數據塊包含采樣數據。

3、實現音頻波形播放器

音頻波形播放器的應用以 SPI、DMA、TIM6 和 DAC 外設為基礎。

在啟動時，此應用首先使用 SPI 與 DOSFS 文件系統的 MicroSD 卡建立連接，解析卡中的內容，并在 USER 文件夾中查找可用的 .wav 文件。找到有效的 .wav 文件后，會通過 SPI 讀回，然后使用 CPU 將該數據傳輸到位于 RAM 內的緩沖區陣列。DMA 用于將數據從 RAM 傳輸到 DAC 外設。TIM6 用于觸發 DAC，將音頻數字數據轉換為模擬波形。

在播放音頻數據之前，會對 WAV 文件頭進行解析，以便確定數據的采樣率及其長度。

使用采樣數據(.WAV 文件中包含的數據)來更新 DAC 輸出中的值，借此完成重現音頻的任務。該數據以 8 位的形式進行編碼(值的范圍為 0 到 255)。

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

.WAV 文件從使用 DosFS 文件系統的 MicroSD 存儲器中讀取。

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() 函數來調用波形播放器演示，以下為相關流程圖。