基於STM32的DAC音頻輸出實驗

2021-01-18 Embeded小飛哥

新年新跡象，辭舊迎新，小飛哥先跟大家拜個年！經過了2020年的各種不順，迎來了2021年，首先祝大家否極泰來，新的一年事事順心，工作順意，都能健健康康的！

      小飛哥2020年大概是10月份開始做技術方面的公眾號分享，非常感謝小夥伴們的支持，在未來的日子裡，小飛哥會繼續陪伴大家，和大家一起變得更加優秀，同時也更加努力地分享有價值、有意義的文章，也希望能夠得到更多志同道合的朋友的支持！

    寒暄過後，來，幹！

-

硬體資源：

STM32f103ZET6最小系統板

TDA2030音頻功放模塊

小音箱或者小喇叭

按鍵

軟體資源：

定時器模塊

DAC模塊

音頻文件生成軟體：

朗讀女：生成簡短的WAV文件

WavToC：把WAV文件轉化為二進位文件

實現目標：

通過按鍵控制，DAC輸出短提示語音頻

硬體連接：

核心板
TDA2030模塊

TDA2030模塊喇叭（不分）
VCC5V
VCC

GND
接線1
GND
GND

OUT
接線2
PA4(DAC)
IN




一、音頻二進位文件生成
1、朗讀女的使用
    這裡只做簡要的使用說明，更多的我也沒有使用太多，夥伴們可以百度哈。大家可以網上下載或者在後面我留的地址裡面下載，直接點擊安裝即可，安裝完成後打開軟體，界面如下圖所示。

    默認是有兩種發音聲音，大家可以在網上下載自己喜歡的聲音，http://www.443w.com/tts/?post=2，打開此網址或者直接點擊紅框中的下載發音人，只需要在輸入框輸入我們想要的語音就可以了。

    點擊生成聲音文件，選擇我們要保存的路徑，可以隨意選，自己要記住哈。

    選擇WAV文件格式，點擊開始生成，等待提示完成之後，我們的語音就生成啦，軟體默認生成的是16bit、16K採樣率的語音

2、WavToC的使用

    打開WavToC軟體，導進來我們剛才生成的WAV文件，有幾個音頻的關鍵參數需要注意，採樣速率、輸出採樣率、輸出壓縮級別，採樣率、採樣位寬是從WAV生成軟體設置而來的，輸出採樣率跟採樣速率有關係，一般滿足奈奎斯特採樣定律

    奈奎斯特採樣定理：奈奎斯特採樣定理解釋了採樣率和所測信號頻率之間的關係，闡述了採樣率fs必須大於被測信號感興趣最高頻率分量的兩倍。該頻率通常被稱為奈奎斯特頻率fN。

fs>2*fN

    WAV文件的採樣頻率為16K理論上，輸出採樣頻率應該<8000，所以可以選擇6400或者8000，大家可以試試不同的採樣率下聲音的還原效果，我選擇的是6400的輸出採樣率，還原度還是挺高的。

    接下來點擊生成代碼，右邊轉換輸出框裡面已經出現我們需要的代碼，只需要把代碼拷貝過去到我們已經有的工程文件，或者保存為.h文件，直接包含進我們的工程。

    下面對生成的代碼進行一點簡要的分析：下面幾點也是我們程序設計需要關注的幾點，採樣率6400，那麼如何來實現呢，軟體代碼生成的時候也給我們進行了說明，只需要配置我們的定時器周期為156us，開啟定時器中斷，156us中斷一次。f = 1/156us = 6410HZ,大約是6400，還給出了函數原型，我們只需要按照這個說明編寫函數就可以啦。

二、軟體實現

       明白了原理之後，軟體實現就比較簡單了，我們只需要配置DAC和定時器就可以啦。

1、我這裡使用的是定時器3，關於定時器的配置如下，分頻係數，周期有參數傳入確定，向上計數模式。

2、STM32 DAC輸出配置

STM32F103ZET6 的 DAC 通道 1 在 PA4 上，所以，我們先要使能 PORTA 的時鐘， 然後設置 PA4 為模擬輸入。DAC 本身是輸出，但是為什麼埠要設置為模擬輸入模式呢？因為一但使能 DACx 通道之後，相應的 GPIO 引腳（PA4 或者 PA5）會自動與 DAC 的模擬輸出相連，設置為輸入，是為了避免額外的幹擾。
       STM32 的 DAC 模塊(數字/模擬轉換模塊)是 12 位數字輸入，電壓輸出型的 DAC。DAC 可以配置為 8 位或 12 位模式，也可以與 DMA 控制器配合使用。DAC 工作在 12 位模式時，數據可以設置成左對齊或右對齊。DAC 模塊有 2 個輸出通道，每個通道都有單獨的轉換器。在雙DAC 模式下， 2 個通道可以獨立地進行轉換，也可以同時進行轉換並同步地更新 2 個通道的輸出。DAC 可以通過引腳輸入參考電壓 VREF+以獲得更精確的轉換結果。STM32 的 DAC 模塊主要特點有：
① 2 個 DAC 轉換器：每個轉換器對應 1 個輸出通道
② 8 位或者 12 位單調輸出
③ 12 位模式下數據左對齊或者右對齊
④ 同步更新功能
⑤ 噪聲波形生成
⑥ 三角波形生成
⑦ 雙 DAC 通道同時或者分別轉換
⑧ 每個通道都有 DMA 功能
 代碼配置如下：

為什麼是選擇8bit對齊模式，而不是12位呢，這就和我們生成的語音文件數據格式有關係啦，生成的是8bit模式的文件，所以這裡選擇8bit對齊模式。

3、定時器，DAC輸出已經配置完成了，接下來編寫我們的語音播放功能函數，只需要在定時器中斷中調用即可，功能函數如下，只需要將函數放到中斷裡面調用，功能函數中，我們只需要把語音文件數組輸出到DAC中，就可以了，播放完成之後關閉中斷，關閉DAC輸出，避免幹擾雜音出現。

三、音頻功率放大器TDA2030介紹

僅僅依靠DAC輸出的電壓驅動能力是很弱的，需要功放來對信號進行功率放大，才能夠驅動喇叭，要是手頭沒有功放模塊的話，耳朵湊近喇叭，要很近很近哦，說不定能夠聽到微弱的聲音，哈哈，小飛哥第一次就是沒有功放，開始怎麼調都沒輸出聲音，最後恍然大悟般想到了驅動能力問題。。。。。。

1、模塊圖片：

模塊參數：

1）、單聲道18W功放電路設計

2）、板載喇叭接線座

3）、板載10K可調電阻，可以調節放大的音量

4）、板載電源指示燈

5）、晶片主要的引腳已經引出，可以直接輸入音頻信號

6）、工作電壓：6～12V

2、TDA2030音頻功放晶片介紹

資料連結：https://www.chip37.com/scp/TDA2030#catalog10

      TDA2030A音頻功放電路，常採用V型5腳單列直插式塑料封裝結構。如圖所示，按引腳的形狀引可分為H型和V型。該集成電路廣泛應用於汽車立體聲收錄音機、中功率音響設備，具有體積小、輸出功率大、失真小等特點。並具有內部保護電路。義大利SGS公司、美國RCA公司、日本日立公司、NEC公司等均有同類產品生產，雖然其內部電路略有差異，但引出腳位置及功能均相同，可以互換。

引腳說明：

典型應用電路（單電源）：

      通過調節滑動變阻器分壓實現輸入電壓幅值調整，進而調整輸出聲音的大小，放大倍數為Au=R1/R2。

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演示視頻：

資料連結地址：
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