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

菜鸟
2023-11-20 09:46:29     打赏
51 开源 180MHz-PWM-播放立体声音乐@STC32G12K128, USB-CDC实时传输音频

WAV播放程序使用说明

详情可见:51开源 180MHz-PWM-仿USB声卡播放立体声音乐@STC32G12K128, USB-CDC实时传输音频 - 51 发烧友,UAC,极致音频,大国工匠,艺术人生,乐林漫步 - 国芯论坛-STC全球32位8051爱好者互助交流社区 - STC全球32位8051爱好者互助交流社区 (stcaimcu.com)


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30MHzWAV播放器使用STC32G12K128运行,MCU内部HIRC工作于30MHzPLL180MHzPWM时钟,6分频30MHzCPU-系统时钟。两路HS-PWM工作时钟为180MHzPWM周期为4097,输出PWM频率大约为44KHz(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PCMADPCMA-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)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R1R2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P1.0P1.4VCCGND连接到核心板的对应焊盘即可,最好断开板上R107R108两个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。P2.1CDC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。

P2.4MCU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。


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:


点击下载按钮,将程序下载到MCU中。


5、播放设置


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:


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-PCM6-A law17-IMA ADPCM3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”。


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。   Byte0Byte1WAV类型,0x0001-->PCM0x0006-->A Law0x0011-->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~Byte13BLOCK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32KHz44.1KHz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。


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,PCCPU占用率就高,这必须要平衡一下。


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     1ms2ms     128KB/S     16KHz     4ms5ms      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    2ms3ms        88.2KB/S     32KHz     4ms5ms         64KB/S     16KHz       10ms            32KB/S



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!

30A-HSPWMA-播放立体声音乐-CDC实时传输音频流-180MHz.rar






关键词: STC32G12K128     USB-CDC     实时传    

专家
2023-11-22 09:15:48     打赏
2楼

厉害了,功能越来越强大!


院士
2023-11-22 10:56:44     打赏
3楼

学习了,谢谢分享。


工程师
2023-11-23 06:31:22     打赏
4楼

动手能力是真的强


专家
2023-11-24 08:10:29     打赏
5楼

不错啊,看看


高工
2023-11-24 08:39:59     打赏
6楼

非常详细,跟着学习了


工程师
2023-11-25 08:54:33     打赏
7楼

感谢楼主分享,不错


菜鸟
2023-11-27 13:52:14     打赏
8楼

厉害


高工
2023-12-02 19:39:41     打赏
9楼

现在51单片机可以跑到30MHz了啊


菜鸟
2023-12-03 17:01:01     打赏
10楼

厉害


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