分享STM32通过DAC来播放声音的实现原理

jjj

STM32通过DAC来播放声音的实现方式：

1 DAC设置
     首先选择TIM6触发DAC转换，为什么选择TIM6， 这也是有讲究的，首先TIM6、TIM7非常简单，也是可以说是简陋；ST文档中称作基本定时器，仅仅有一个16位自动重载功能，即使系统需要使用定时器也不会用这2位。 其次，TIM6\TIM7天生就与DAC绑定在一定，甚至连中断接口也是一个，TIM6_DAC_IRQHandler()；（当然本项目不需要DAC\TIM6中断）。综上所述使用TIM6是明智的明智的选择。

   设置TIM6记数周期，使TIM6向DAC申请中断的频率与WAV文件的采样频率保持一致，一般为8K或者16K，（试验证明16b量化8K采样的声音，没有8bit量化16K采样的声音音质好，虽然它们占用的存储空间一样！），使能TIM6更新请求 update event。

   设置DAC，使能DAC1 通道DMA模式，12B左对齐， 选择定时器 6 TRGO 事件，等操作。

一切设置好之后，启动TIM6记数就可以启动DAC转换了。



2. DMA传输
    为了尽可能降低MCU的占用， 为将来增加复杂的解码方式留足CPU频率资源，所以采用DMA传输（如果采用中断方式，如果播放16K采样频率的声音时会频繁的进出中断导致效率下降）；同时为了降低DAC转换时的总线占用，DMA传输时使用的RAM也经过了特殊安排，为尽可能避免总线冲突，DAC使用SRAM2空间作为DMA传输的源地址，在DMA传输期间，MCU内核照样可以访问主SRAM1，且互不干扰。  这样就实现了DMA传输即不占用CPU资源，也不占用CPU总线资源。效率提高到极致！如下图所示：(注：红线为DMA传输路径，绿线为MCU内核访问路径)(其实这种总线并行复用的思路可以应用到很多外设上)



3. 双缓冲或者循环缓冲
    要保证音频输出的连续性，必须使用双缓冲或者循环缓冲， 试验证明这2种方法都可以满足音频输出的要求，我认为DMA循环缓冲区只是DMA双缓冲区的一个特殊形式而已。（当双缓冲区2块数据相邻且大小一样时）

比如我在MDK中定义一个双缓冲区，在xxx.map文件中可以看到编译器给这2个数组分配的空间，

PCMDA_BUF0 : 0x2001c000        PCMDA_BUF1 : 0x2001d000



其实我完全可以定义一个大的缓冲区，来设计为循环缓冲区，比如

uint8_t PCMDA_BUF[I2S_DMA_RAMBUF_SIZE*2] __attribute__((section("SRAM2")));

其实编译器给这个数组分配的空间还是上面的空间，0x2001c000~ 0x2001dFFF;  (8KB)

    为了实时的更新缓冲区中的音频数据，根据缓冲区形式的不同，操作也不不一样，如果是双缓冲区时，做如下操作：当缓冲区1 DMA传输完成中断时，更新缓冲区1中的数据，当缓冲区2 DMA传输完成中断时，更新缓冲区2中的数据，这样就形成了一个乒乓缓冲操作，数据永远不会中断，音频会流畅的放出来。

    如果是循环缓冲区，STM32也提供有合适的操作，STM32提供的有DMA半传输完成中断，这个就非常有用了，当DMA半传输完成时，更新缓冲区前半部分的数据，当DMA全部传输完成发生中断时，更新缓冲区后一半的数据，这样也能实现双缓冲区的效果。

    其实仔细的分析上面2种方式， 其本质是一样，都能实现 DAC-OUTPUT的连续输出

ztrx

做MP3软解能不能行

tim

收藏了，虽然现在买不到芯片

wshtyr

ztrx 发表于 2021-4-8 12:04
做MP3软解能不能行

CM3以上内核，48KB以上内存，CPU跑30MHz以上就可以了

lb0857

何不上个工程文件  咋们马上就可以下载下来测试 评测一番

jjj

lb0857 发表于 2021-4-8 13:13
何不上个工程文件  咋们马上就可以下载下来测试 评测一番

授人以鱼不如授人以渔

fengyunyu

和音频专用da效果有差别么？

bailangcn

蜂鸣器就是这么做的- - 不过没有使用DMA

jjj

fengyunyu 发表于 2021-4-8 13:19
和音频专用da效果有差别么？

大部分工业场合都可以满足吧

网络孤客

没明白如何保证播放频率
DMA、Tim6、SRAM、DAC如何关联起来，需要中断吗？

polarbear

以前48MHZ 的ARM7 都能实现MP3 软件解码

armstrong

ztrx 发表于 2021-4-8 12:04
做MP3软解能不能行

楼主这是STM32F4XX，这个级别软解MP3轻松得很。

armstrong

网络孤客 发表于 2021-4-8 16:48
没明白如何保证播放频率
DMA、Tim6、SRAM、DAC如何关联起来，需要中断吗？

播放频率通过TIM6设定，应用代码只要在DMA半传输和完整传输中断里填充DAC数据即可吧。

安替比邻

Mark了，有时间看看怎么做