单片机内部AD实现录音wav文件
1.硬件设计声音采集采用最简单的驻极体麦克风，将信号进行放大滤波后输入到单片机内部AD端口。电路图如下，第一级运放用于放大，第二级为低通滤波。（电阻电容参数仅供参考）。
单片机采集声音数据后，将数据以WAV格式保存到SD卡中。
2.WAV文件格式说明
WAV（Waveform audio format）是微软与IBM公司所开发的一种声音编码格式，它符合RIFF(Resource Interchange File Format)文件规范，用于保存Windows平台的音频信息资源，被Windows平台及其应用程序所广泛支持。
每个WAV文件的头四个字节便是“RIFF”。WAV文件由文件头和数据体两大部分组成。其中文件头又分为RIFF区块和FORMAT区块。WAV文件各部分内容及格式见下表。
RIFF区块
其中Size是整个文件的长度减去ID和Size的长度
FORMAT区块
其中音频格式可以是线性PCM或者ADPCM等，本例中使用线性PCM（非压缩）。
DATA区块
其中Size表示音频数据的长度，单位字节。
Data音频数据。
3.软件设计
人耳朵能识别的声音范围为20-20kHz，若要采集20kHz以内频率的声音信号，则采样率至少要40kHz，数据量比较大，单片机资源受限时，可能无法完成数据的处理和存储。
一般人说话（不唱歌）频率：男声50-500Hz，女声100-1kHz。考虑到谐波以及奈奎斯特采样定理的要求，8k采样率可以满足要求。这也是很多数字电话中的采样率。实际测试8k采样率能够比较清楚的还原语音。
采样位数可以是8bits或16bits，单片机内部AD为12位，占2个字节，可以当做16位数据。为了减小数据量，舍去AD低4位，当做8位数据处理，实际测试8位数据效果可以。
系统初始化
使能单片机内部AD，通过定时器事件来触发AD采样，以保证采样率准确，同时使能DMA通道，降低CPU使用率。使能SPI接口用于驱动SD卡，并移植FatFs文件系统。具有步骤不在这里详细介绍，可参考公众化之前的文章。
程序编写
AD采样采用双缓冲的方式，当DMA完成缓冲区1后，将DMA的目标地址设置到缓冲区2继续采样，同时将缓冲区1的数据保存的文件，这样交替保存两个缓冲区数据，保证采样数据的连续性。
将音频数据之前的数据定义为一个结构体，初始化并保存在文件开头，其中数据长度部分还未确定，需要最后重新计算后写入。
//初始化WAV头.
void recoder_wav_init(WaveHeader* wavhead) //初始化WAV头
{
wavhead->riff.ChunkID=0X46464952; //"RIFF"
wavhead->riff.ChunkSize=0; //还未确定,最后需要计算
wavhead->riff.Format=0X45564157; //"WAVE"
wavhead->fmt.ChunkID=0X20746D66; //"fmt "
wavhead->fmt.ChunkSize=0x10; //大小为16个字节
wavhead->fmt.AudioFormat=0X01; //0X01,表示PCM;0X11,表示IMA ADPCM
wavhead->fmt.NumOfChannels=1; //单声道
wavhead->fmt.SampleRate=8000; //8Khz采样率 采样速率
wavhead->fmt.ByteRate=8000; //字节速率=采样率*通道数*(ADC位数/8)
wavhead->fmt.BlockAlign=1; //块大小,1个字节为一个块
wavhead->fmt.BitsPerSample=8; //8位PCM
wavhead->data.ChunkID=0X61746164; //"data"
wavhead->data.ChunkSize=0; //数据大小,还需要计算
res=f_open(&file_rec,(const TCHAR*)FileName, FA_CREATE_ALWAYS | FA_WRITE);
if(res==FR_OK)
{
res=f_write(&file_rec,(const void*)(&wavhead),sizeof(WaveHeader),&bw);//写入头数据
}
}
之后每完成一次DMA，将数据保存一次。一般建议以SD卡扇区的整数倍进行写入操作，以提高写入速度。一次性写入的数据越多，平均写入速度越快。
res=f_write(&file_rec,Databuf,512,&bw);//写入数据
录音结束后，重新计算文件长度并写入：
wavhead.riff.ChunkSize=sectorsize*512+36; //整个文件的大小-8;
wavhead.data.ChunkSize=sectorsize*512; //数据大小
res = f_lseek(&file_rec,0); //偏移到文件头.
res = f_write(&file_rec,(const void*)(&wavhead),sizeof(WaveHeader),&bw);//写入头数据
res = f_close(&file_rec);
楼主分享的资料都不错啊，感谢分享 不错，学习 我是一个大白菜 发表于 2021-1-23 16:41
楼主分享的资料都不错啊，感谢分享
都是自己一些经验的总结，可能有一些不足和错误的地方，欢迎指正。 讲的很详细，谢谢分享 谢谢分享 讲的不错，谢谢！ 发技术帖子欢迎。广告不欢迎，广告已经删除。
请以后不要再发广告，否则将封锁ID处理。 单片机内部AD实现录音wav文件记号一下 讲的不错，谢谢！
这个不错，单片机内部AD实现录音wav文件，谢谢楼主 感谢分享。{:smile:} 声音又不是单频文件，这样采集出来的声音还原的话，能达达到多少分辨率。 kokoc_power 发表于 2021-1-26 18:59
声音又不是单频文件，这样采集出来的声音还原的话，能达达到多少分辨率。 ...
8K采样，4K以内的信号基本可以有效复放。所以要加低通滤波，把4k以上的频率滤除。由于不是理想滤波器，所以模拟电路的低通滤波截止频率一般都低于所要求的4KHz。比如选取2K，3K等。 记号，有朋友需要 内部ad实现wav 标记一下，感谢分享！ LZ有完整程序吗？这里对单片机有什么要求？还有图上运放用lm358这种可以吗？ mangolu 发表于 2021-2-22 09:38
LZ有完整程序吗？这里对单片机有什么要求？还有图上运放用lm358这种可以吗？ ...
程序在其他项目里，不方便发。单片机存储速度能跟上采集速度就行，我用的F103。运放用LM358可以，但不是轨至轨输出的运放，电源电压建议大一点。 LZ位的放大电路略复杂了些，直接用1个三极管就可以了，效果也不错。 ZXF_CUG 发表于 2021-2-22 10:18
程序在其他项目里，不方便发。单片机存储速度能跟上采集速度就行，我用的F103。运放用LM358可以，但不是 ...
用1t 51速度是否可以？ mangolu 发表于 2021-2-22 11:59
用1t 51速度是否可以？
没试过，我也不清楚 这份资料不错，感谢楼主，收藏备用！ 收藏备用，感谢分享！ 将数据保存一次。一般建议以SD卡扇区的整数倍进行写入操作，以提高写入速度
最好是8K的整数倍，不然会有问题 jjj 发表于 2021-2-23 17:23
将数据保存一次。一般建议以SD卡扇区的整数倍进行写入操作，以提高写入速度
最好是8K的整数倍，不然会有问 ...
为什么是8K的整数倍？ 感谢分享，头像 佛 道很有意思 WAV信号采集。
这份资料不错，感谢楼主，收藏备用！ MARK 音频采样 不错，学习
页:
[1]