STM32 PWM 语音播放(原帖点赞顺丰包邮送Nucleo开发板)

Immortality · 发表于 2016-6-13 23:24:20

本帖最后由 Immortality 于 2016-6-14 13:02 编辑

先来看看音频是什么样子，这是一段音频数据的波形

下面是放大的局部图：

以一定的速度采样（ADC）这些波形进行存储，就是音频数据了，所以播放就是按原来采样的速率再用DAC输出对应的数据即可。
这里的音频有两个主要的参数，采样速率和采样位数：
采样速率：指1s中采样多少个数据点，比如1s种采集16000个点，那么采样率就是16KHz。采样速率越高，越能抓到频率较高的声音，比如CD的采样率就是44.1KHz，确保人耳能听到的声音都会被抓到。

采样位数：是指音频幅度最大值与最小值分为了多少阶，比如满幅度是3.3V，如果是8Bit位数，那么每一阶就是3.3V/256 = 12.89mv，采样位数越高，声音细节越好，所以采样速率和位数越高，声音还原越逼真，但存储的数据量也越大，一首三四分钟的歌曲，如果不采用编码按原始波形数据存储，数据量有好几十兆大小，这涉及到音频编码的问题，这里不展开讲了，有兴趣的同学可以找相关资料。

接下来看怎么播放，最简单的当然是把采样（ADC）的数据按原样输出（DAC）了。但我们有些芯片本身不带有DAC，所以只能用PWM代替DAC，PWM即脉冲宽度调制。这里只需要把DAC的幅度值转换成PWM的占空比即可，例如16KHz 8Bit的声音转换成16Khz 256阶占空比的PWM。但有一个问题，如果用16KHz的PWM播放语音，声音是可以播放，但有一个16Khz的谐波存在，这个声音会被人耳听到，所以需要更高频率的PWM，数据还是按照16Khz更新。
我这里使用32KHz的PWM，用16KHz 8Bit PCM格式的音频数据，8Bit的数据对应一个Byte，16KHz采样，1秒种占用存储空间就是16K Byte，因为F429有2M Byte的Flash存储空间，理论上可以存储2048K/16K = 128秒的音频。下面是用NucleoF429实现音频播放的具体过程：

一、配置PWM
1、用STM32CubeMx建立工程，配置两个定时器TIM1和TIM2，TIM用于PWM产生，TIM2用于16KHz数据更新，

TIM1选择PWM互补输出（单通道也可以），将PE8和PE9复用为PWMN和PWMP。
TIM1在APB2总线上，TIM2在APB1总线上

所以TIM1和TIM2的时钟频率分别为180M和90M，系统时钟用HSE输入的8MHz。

将TIM1设置为32KHz，即31.25us。8Bit占空比，一个LSB为31.25us / 256 = 0.1220703125us = 8.192MHz，TIM1 180M / 8.192M = 21.97265625，这里取整数22。所以实际的PWM频率为1/（180 / 22） *256 = 31.289us = 31.96KHz

TIM2 为90MHz，45分频后为2MHz即0.5us，周期125即62.5us = 16KHz。

NVIC开启TIM2中断。生成工程名和目录后生成Keil工程。

二、播放语音
1、先编译后，编写TIM中断服务程序。

完成后，开启TIM2中断和PWM，（PWM是互补输出，需要单独开启各个通道）

用逻辑分析仪测量输出波形。

如图所示，TIM1 PWM为31.96KHz，TIM2为62.5us即16KHz，结果正确。
接下来处理音频：
这里使用的音频是PCM格式，是未进行压缩编码的原始数据，可以直接给PWM输出。
音频处理的软件有许多，只要能把格式转为PCM即可，下面是我用Cool Edit这款软件做的音频格式转换。

选择菜单文件-->批量转换

选择新的采样率和采样位数。

选择PCM格式。设置输出目录后运行批处理完成转换。

完成后的音频文件用WinHeX这个软件打开。

图中红框中的44个Byte为PCM格式的文件头信息，后面的的数据为音频数据，数据全选后利用WinHex的可选格式复制

将数据以C数组的形式导出，在工程目录下新建.h文件，将复制的文件粘帖到.H文件并在工程中Include进来，定义起始和结束地址，数组的大小即为文件结束地址，数组用const修饰，可以将数据存储到Flash中。

在TIM2中，以16KHz的速度更新PWM数据即可实现音频播放。

编译工程，下载到NucleoF429板子上，在PE8或PE9上接一个喇叭即可听到声音。

以上用的音频采样是16K 8Bit，要想提高音质，提高采样和Bit数即可，音量可以用外接三极管或功放放大，音频数据也可以用ADC采集后存储到SPI Flash后播放，实现录音回放。
附件是Source Code

以上文字来自于 ARM中文社区，因为之前收到赠送的NucleoF429，目前我也在送出一块NucleoL053R开发板，有兴趣的可以到这个帖子看看：
NucleoF429基础应用：PWM语音播放（+点赞拿Nucleo开发板）

myxiaonia · 发表于 2016-6-14 07:30:26

恩不错，见过这种方式播放音频，楼主板子打算送我吗

sunplus · 发表于 2016-6-14 07:39:33

我也点赞露珠有两块板子是吧

YS126 · 发表于 2016-6-14 07:56:41

楼主肯定有第三块板子！

TANG2016 · 发表于 2016-6-14 08:38:28

自己有STM32的工程板都可以按照楼主的例子实现，16K8bit音源好的话，很好听没有杂音。

大米饭 · 发表于 2016-6-14 08:42:53

点个赞吧，第五第六块板子也有吧

bsz84 · 发表于 2016-6-14 08:46:06

不知道后继的板子有不？

Immortality · 发表于 2016-6-14 08:50:17

myxiaonia 发表于 2016-6-14 07:30
恩不错，见过这种方式播放音频，楼主板子打算送我吗

要去原贴看看帖子后面的说明，点个赞就有机会！人少，中的几率大

Immortality · 发表于 2016-6-14 08:52:58

sunplus 发表于 2016-6-14 07:39
我也点赞露珠有两块板子是吧

我有5块不同不同型号的nucleo板子，拿出来送一块，按原贴的要求点个赞就行

wt3333 · 发表于 2016-6-14 08:57:54

长见识了收块开发板去

Immortality · 发表于 2016-6-14 09:04:35

TANG2016 发表于 2016-6-14 08:38
自己有STM32的工程板都可以按照楼主的例子实现，16K8bit音源好的话，很好听没有杂音。 ...

16K 8bit语音基本算正常，资源够的话可以提高位数，要是在PWM中断中更新数据，使用一个中断就够了。

Immortality · 发表于 2016-6-14 09:09:52

YS126 发表于 2016-6-14 07:56
楼主肯定有第三块板子！

我写这个demo的NucleoF429板子就是ARM中文社区送的，已经送过我两块了，有兴趣的童鞋可以注册一个账号(现在给我点赞，15中午我也送NucleoL053的板子)，后面还会有东西送的。

Immortality · 发表于 2016-6-14 09:12:31

wt3333 发表于 2016-6-14 08:57
长见识了收块开发板去

哈哈哈，感谢！机会很多，已经送过我两块了…

Immortality · 发表于 2016-6-14 09:14:48

大米饭发表于 2016-6-14 08:42
点个赞吧，第五第六块板子也有吧

现在是我个人送，点个赞就行…

ywlzh · 发表于 2016-6-14 09:23:28

我也来点赞送我一个吧，很期待呀

Immortality · 发表于 2016-6-14 09:32:02

ywlzh 发表于 2016-6-14 09:23
我也来点赞送我一个吧，很期待呀

要到原帖下面看看说明点赞才有机会哒。。可能需要注册一个ARM中文社区的账号。这是原帖：https://community.arm.com/commun ... 0%E5%8F%91%E6%9D%BF

billtian · 发表于 2016-6-14 09:38:10

STM32 PWM 语音播放

yuzr · 发表于 2016-6-14 09:40:12

标记一下，回头照着做一下试试

Immortality · 发表于 2016-6-14 09:57:45

billtian 发表于 2016-6-14 09:38
STM32 PWM 语音播放

重要的是我在送开发板啊。。。

Immortality · 发表于 2016-6-14 10:28:38

事实上只要有定时器，能做到32KHz 8Bit的PWM，即使使用IO也能播放语音，比这两个参数还要小也能播放，只是声音会比较差。。

Immortality · 发表于 2016-6-14 11:28:26

还有一个就是语音数据的存储，一般都有ADPCM压缩，解码相对简单一些，不压缩的话，数据量比较大，一般MCU放不了多少东西，除非是语音IC，内部有大容量的存储空间，否则只能外接存储器了，比如SPI Flash。。

myxiaonia · 发表于 2016-6-14 12:35:38

arm官网的帐号在这个网站不能用啊赶紧注册一个

Immortality · 发表于 2016-6-14 12:44:37

myxiaonia 发表于 2016-6-14 12:35
arm官网的帐号在这个网站不能用啊赶紧注册一个

这个是ARM社区账号，应该不通用，不过这个社区的服务器在国外，访问有点慢，可以注册一个，只需要邮箱就行了。除了我送的这个开发板，平时社区都有东西送的。。

nanfang2000 · 发表于 2016-6-14 16:03:07

请问直接驱动喇叭声音有多大？

dswkl11 · 发表于 2016-6-14 16:11:17

音质如何啊？

Immortality · 发表于 2016-6-14 16:50:39

nanfang2000 发表于 2016-6-14 16:03
请问直接驱动喇叭声音有多大？

不怎么大，但能听到，一是IO的驱动能力，二是音频要经过处理去掉直流分量，要不动态范围小声音大不了。。

Immortality · 发表于 2016-6-14 16:53:01

dswkl11 发表于 2016-6-14 16:11
音质如何啊？

16KHz 8Bit应该算普通，播一些语音提示啊儿童歌曲之类的还行，音乐就不能用这个了。。

huangqi412 · 发表于 2016-6-14 17:04:45

这个音质如何

Immortality · 发表于 2016-6-14 17:32:11

huangqi412 发表于 2016-6-14 17:04
这个音质如何

你楼上有回复。。

LK9286 · 发表于 2016-6-14 17:46:08

本帖最后由 LK9286 于 2016-6-14 17:48 编辑

要送板子？

w282529350 · 发表于 2016-6-14 18:25:53

楼主肯定有很多板子

appleboy · 发表于 2016-6-14 21:09:53

赞，排队等板子

leijiayou · 发表于 2016-6-14 21:16:13

赞能做到44.1k 16bi就不错了

liaihua1997 · 发表于 2016-6-14 21:36:21

讲得不错，楼主利害

Immortality · 发表于 2016-6-14 22:04:02

LK9286 发表于 2016-6-14 17:46
要送板子？

帖子后面有一个链接，你看看那个帖子最后的说明，注册一个账号点个赞就有机会，人不多，几率很大，顺丰包邮哒

Immortality · 发表于 2016-6-14 22:05:15

appleboy 发表于 2016-6-14 21:09
赞，排队等板子

你要到原贴按要求点个赞就有抽奖资格了…

Immortality · 发表于 2016-6-14 22:07:46

leijiayou 发表于 2016-6-14 21:16
赞能做到44.1k 16bi就不错了

只要你的MCU速度够快就行…

farmerzhangdl · 发表于 2016-6-14 22:55:53

很新鲜，这样就不用语音芯片了

Immortality · 发表于 2016-6-14 23:01:36

farmerzhangdl 发表于 2016-6-14 22:55
很新鲜，这样就不用语音芯片了

用PWM播放语音的IC确实占了不少。。另外原帖有开发板送哦。。

myxiaonia · 发表于 2016-6-15 14:06:51

好了楼主现在获奖了，你的板子打算送给谁呢

Immortality · 发表于 2016-6-15 16:42:54

myxiaonia 发表于 2016-6-15 14:06
好了楼主现在获奖了，你的板子打算送给谁呢

哈哈哈，谢谢！愿望达成，现在在写GPIO做触摸按键的Demo，写完一起发。

Immortality · 发表于 2016-6-22 15:13:29

myxiaonia 发表于 2016-6-15 14:06
好了楼主现在获奖了，你的板子打算送给谁呢

GPIO 做Touch Key
好了，帖子发了，明天抽奖。。我的四轴明天到。。感谢！

cjc2010 · 发表于 2016-6-22 17:18:36

guet@11308 · 发表于 2016-6-22 17:22:05

必须点赞，拿板子。

myxiaonia · 发表于 2016-6-22 22:11:27

Immortality 发表于 2016-6-22 15:13
GPIO 做Touch Key
好了，帖子发了，明天抽奖。。我的四轴明天到。。感谢！
...

你的抽奖有意思，，，
不过你的帖子也挺有意思啊

yick · 发表于 2016-6-22 22:31:13

好东西，mark

xranger · 发表于 2016-11-1 22:29:42

请教个问题，最近也是在做PWM用喇叭推声音，直接推22khz左右的PCM数据，后面加一个截止频率8khz的低通来处理谐波问题。
但是在使用中发现8bit数据声音还不错，16bit情况下基本上全是噪声，只能隐约感觉有人声，很奇怪。因为原理上都是一样的，都是换算成PWM占空比，
只不过一个 /256,一个 /65536，不明白为什么会有这么大区别，不知道lz有没有碰到过？

qq335702318 · 发表于 2016-11-2 08:39:22

点个赞
不知道录音时间和数组大小的关系是怎么样呢？采样率对录音质量和数组大小的关系又是怎么样呢？
不过这个确实有实用价值！！

a_y_ang · 发表于 2016-11-3 19:05:55

赞，留名。。

hefen-cai · 发表于 2016-11-4 12:53:51

这样就可以省掉语音芯片了

bolizhicheng204 · 发表于 2016-11-4 12:58:40

这个厉害，学习了。多谢楼主

xk100 · 发表于 2016-11-5 23:49:07

谢谢分享。

chenweihx · 发表于 2016-11-6 12:40:36

解释很详细，学习

myhonour · 发表于 2016-11-7 08:56:35

必须点赞，拿板子

wgfnyk · 发表于 2016-11-7 09:37:06

有点意思。

jiki119 · 发表于 2016-11-7 09:42:08

我在自主的1788主板上，以da模式播放过类似的音频；
是将mp3数据转换为PCM数据，存储在fat32文件中，实现后台播放，8bit数据音质一般，不过还算清晰。

雨醉江南 · 发表于 2016-11-7 12:25:39

果断收藏，资料很有用。

chengying · 发表于 2017-2-16 18:33:27

不错，刚好用到

armstrong · 发表于 2017-2-17 10:23:15

16K的中断太耗费CPU资源了吧！设置占空比完全可以用DMA实现，不要用中断了。

beihai326 · 发表于 2017-7-10 12:29:04

STM32 pwm 语音播放，谢谢分享~

dswkl11 · 发表于 2017-8-15 14:35:55

楼主，你好，你的Cool Edit是哪个版本的啊，我网上下载的 CoolEditPro2.1 没有批量转换这个菜单啊，可以上传一份吗

dswkl11 · 发表于 2017-8-15 14:44:35

找到“批量处理”了，谢谢

gorgeousword · 发表于 2018-4-24 18:18:09

cool，学习了。

tear604922959 · 发表于 2018-4-24 18:42:05

PWM 语音播放

techh · 发表于 2018-4-24 18:45:05

必须点赞PWM语音播放。

阿峰 · 发表于 2019-3-17 22:08:02

楼主介绍的真详细，最近打算做语音方面的项目，收下了，谢谢。

sddzycnq · 发表于 2021-3-15 14:27:13

谢谢楼主。这里定时器用一个，然后再用上DMA应该也可以吧。

STM32 PWM 语音播放(原帖点赞顺丰包邮送Nucleo开发板)

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