51 开源 180MHz-PWMA-播放立体声音乐@STC32G12K128, USB-CDC实时传输音频

STC新征程1

51 开源 180MHz-PWMA-播放立体声音乐@STC32G12K128, USB-CDC实时传输音频
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WAV播放程序使用说明

1、简介

建议用户直接下载"Objects"里的"audio-play.hex"测试. 下载时选择主频30MHz。

本WAV播放器使用STC32G12K128运行，mcu内部HIRC工作于30MHz，PLL到180MHz给PWM时钟，6分频30MHz给CPU-系统时钟。

两路HS-PWM工作时钟为180MHz，PWM周期为4097，输出PWM频率大约为44KHz(与CD采样率44.1KHz相近)，占空比为12位。

本播放程序支持以下WAV文件的播放，由【STC-ISP | 调试接口 |播放WAVE】界面通过 USB-CDC 虚拟串口/就是串口下传音频数据：

支持PCM、ADPCM、A-Law：

支持16位无压缩（CD音轨）WINDOWS PCM格式，单声道或双声道采样率最高支持44.1KHz。

支持IMA-ADPCM格式，单通道或双通道采样率最高支持44.1KHz。

支持A-law(A率)格式，单通道或双通道采样率最高支持44.1KHz。

语音解码算法可能看似跟网上的有差异，但算法实际是一样的，我只是将其简化操作而已。各种算法可以网搜相关知识，但不在本文讨论之列。

2、输出滤波电路

输出PWM要经过低通滤波器获得光滑的模拟信号输出，请参考下图的电路：3阶巴特沃斯低通滤波器。

PWMA1P--P1.0左声道，    PWMA3P--P1.4右声道。

左右声道完全一致，以左声道为例，PWM信号经过R1、R2分压适当衰减后与C1组成第一阶RC低通滤波，将变化陡峭的PWM的高频谐波滤除，再送到运放组成的二阶低通滤波电路滤波输出，就得到模拟信号，经过C4隔直后得到交流信号，从3.5mm的立体声插座输出。用户可以用SPWM输出一个1000Hz正弦波来评估其性能。

上图参数为对应16KHz采样的输出，转折频率为不超过采样频率的一半即可。

要改成别的采样频率，则按比例改变电容即可，电阻不变。

注意：图中零件不是随便取的，是经过精心计算的，无源一阶低通、有源二阶低通的截止频率和Q值都不同，两者串联才能得到最终的输出响应。

模拟滤波器相关的知识不在本文讨论范畴，用户可以自行复习模拟电子技术基础的相关章节。

3、使用“屠龙刀三”核心板验证

本程序使用STC公司的“屠龙刀三”核心板验证，用户可以自行修改到自己的系统上。

与“屠龙刀三”核心板的连接：

将上述的P1.0、P1.4、VCC、GND连接到核心板的对应焊盘即可，最好断开板上R107、R108两个0欧姆电阻，避免其电路影响PWM信号。

板上的P3.2按键为播放键，P3.3按键为停止键。

P2.7为每个采样解码时间指示（高电平时间），用示波器观察。

P2.0为播放指示灯，正在播放时输出低驱动LED亮。

P2.1为CDC接收数据包指示，每收到一包（64字节）就取反一次，下传数据一块为1024字节，分16个包传输。

P2.4为MCU请求PC传输数据的提示，从请求开始P2.4输出高电平，之后收到第一包数据（64字节）输出低电平，用示波器观察。

4、下载程序

下载程序和CDC通信均使用板上TYPE-C接口实现。打开STC-ISP V6.92G或更高版本。

打开程序文件，即打开"Objects"里的"audio-play.hex"文件。

用USB TYPE-C延长线将“屠龙刀三”核心板与PC连接，持续按下P3.2按键，短按OFF键释放，1秒后释放P3.2按键，STC ISP就能自动识别到设备：

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点击下载按钮，将程序下载到MCU中。

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5、播放设置

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此时STC ISP已能自动识别播放程序的CDC通信口，下图的“扫描”里显示的就是CDC串口。

点击“STC调试接口”，选择“播放Wave(P)”，见下图：

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点击“打开Wave”，选择要播放的Wave文件。

Wave文件信息里会显示文件的重要信息：

    文件格式，目前只支持：1-PCM，6-A law，17-IMA ADPCM这3种类型。

    通道数：1表示单声道，2表示立体声。

    采样率：不用解释。

    采样位数：就是一个采样点的位数，用户不用关心。

    数据大小：即声音的字节数。

设置数据发送模式里的“每个数据包的大小（字节）”为1024。

勾选“第一包数据发送WAVE文件信息”

选择“应答式发送”。

点击“发送Wave数据”。

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之后，按一下板上的P3.2键开始播放，MCU请求的第一个数据包为14字节的上述文件信息，大端模式。

   Byte0、Byte1：WAV类型，0x0001-->PCM，0x0006-->A Law，0x0011-->IMA ADPCM。

   Byte2：声道数，1（单声道）或2（立体声）。

   Byte3：采样位数，用户不用理会。

   Byte4~Byte7：采样率，Hz。

   Byte8~Byte11：数据长度（字节数）。

   Byte12~Byte13：BLOCK长度(ADPCM使用)。

后面请求发送的都是音频数据包，程序根据文件格式进行处理后送去PWM播放出声音。

输出的声音要接功放和音箱才能听到传真度不错的音乐，使用32KHz或44.1KHz的采样格式，普通音响将难以分辨其与320Kbps码率的MP3的音质有啥差别。

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6、通信查询速度适配

文件格式不同，采样率不同，就有不同的数据率，数据率越高，对通信的速度要求就越高。但是通信速度高，PC的CPU占用率就高，这必须要平衡一下。

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点击串口助手“更多设设置”，在“响应接收时间（查询周期）”的输入框中，根据数据率输入合适的值，时间短通信速度快，但电脑PC占用率会加大。

下面为参考的时间设置：

PCM  采样率    响应接收时间     数据率

    44.1KHz       0ms        176.4KB/S

     32KHz     1ms或2ms     128KB/S

     16KHz     4ms或5ms      64KB/S

ADPCM 采样率    响应接收时间     数据率

    44.1KHz       5ms           44.1KB/S

      32KHz      10ms            32KB/S

     16KHz       10ms            16KB/S

A law 采样率    响应接收时间     数据率

    44.1KHz    2ms或3ms        88.2KB/S

     32KHz     4ms或5ms         64KB/S

     16KHz       10ms            32KB/S

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最后，将HIFI功放打开，8寸迷宫式二单元书架箱安排上，将重低音开最大，听着圆润的歌声和直拍心口的重低音鼓，等待隔壁邻居来敲门！

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源代码在此链接
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