關(guān)于畢設(shè)的一些調(diào)試感悟系列

1.硬件平臺(tái)的搭建

用的是正點(diǎn)原子的硬件平臺(tái)-阿波羅(STM32H743)，所以基本不用額外調(diào)試硬件系統(tǒng)，只是程序調(diào)試上需要多花一些時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。

設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)包括LCD屏的顯示、WM8978模塊和SD卡存儲(chǔ)模塊

暫時(shí)發(fā)現(xiàn)需要改進(jìn)的地方包括以下幾點(diǎn)：

（1）對(duì)于TFT屏的顯示

（2）對(duì)于SD卡的文件管理系統(tǒng)的調(diào)整

? 可以這樣實(shí)現(xiàn)，需要將兩個(gè)例程放在一起，用單片機(jī)的一個(gè)管腳作為輸入信號(hào)的標(biāo)志位，從而讓單片機(jī)執(zhí)行不同的程序。（模擬出音頻播放的功能來(lái)）

如果這樣，那我也可以進(jìn)行頻譜的顯示，從而來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)音頻信號(hào)的頻譜分析結(jié)果。

（3）對(duì)于麥克風(fēng)模塊的工作模式的理解

2.軟件系統(tǒng)的調(diào)試

軟件系統(tǒng)包括的任務(wù)是硬件系統(tǒng)的中的驅(qū)動(dòng)程序的編寫和使用DSP庫(kù)對(duì)采集的聲音信號(hào)進(jìn)行顯示：高級(jí)一點(diǎn)的話，需要使用低通濾波器，對(duì)于高頻噪聲進(jìn)行濾除。

1）TFTLCD屏-7寸 RGB TFTLCD

實(shí)現(xiàn)點(diǎn)陣顯示

2）麥克風(fēng)模塊-WM8978

可以找到聲音進(jìn)入主控的接口部分，進(jìn)行數(shù)據(jù)的保存，并實(shí)現(xiàn)FFT的數(shù)據(jù)輸入

3）SD卡存儲(chǔ)文件的管理

可以實(shí)現(xiàn)對(duì)存入的文件，進(jìn)行訪問(wèn)，并進(jìn)行音頻播放

3.暫時(shí)的安排

1）讀一讀正點(diǎn)原子的開發(fā)資料，理解例程中的數(shù)據(jù)傳遞的流程

下面是兩個(gè)開發(fā)板提供商的開源資料：

野火

原子

從上面的實(shí)驗(yàn)教程中挑選如下的五個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行應(yīng)用性學(xué)習(xí):

（1）音樂(lè)播放實(shí)驗(yàn)

學(xué)習(xí)利用SAI使用I2S協(xié)議驅(qū)動(dòng)wm8978

通過(guò)DMA進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸：用SAI 的子模塊A，其TX 是使用的DMA1 數(shù)據(jù)流 5 的通道87 來(lái)傳輸?shù)?#xff1b;并且將DMA2 數(shù)據(jù)流3 設(shè)置為：雙緩沖循環(huán)模式，外設(shè)和存儲(chǔ)器寬度相同（16 位/32 位），并開啟DMA 傳輸完成中斷（方便填充數(shù)據(jù)）。給緩沖器填充數(shù)據(jù)需要在傳輸完成一次后，在中斷中調(diào)用這個(gè)函數(shù) sai_tx_callback();

wav_play_song函數(shù)，是播放 WAV的最終執(zhí)行函數(shù)，該函數(shù)解析完 WAV文件后，
設(shè)置 WM8978和 I2S的參數(shù)（采樣率，位數(shù)等），并開啟 DMA，然后不停填充數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn) WAV播放，該函數(shù)還進(jìn)行了按鍵掃描控制，實(shí)現(xiàn)上下取切換和暫停 /播放等操作。該函數(shù)通過(guò)判斷wavtransferend是否為 1來(lái)處理是否應(yīng)該填充數(shù)據(jù)，而到底填充到哪個(gè) buf saibuf1或 saibuf2則是通過(guò) wavwitchbuf標(biāo)志來(lái)確定的，當(dāng) wavwitchbuf=0時(shí)，說(shuō)明 DMA正在使用 saibuf2，程序應(yīng)該填充 saibuf1；當(dāng) wavwitchbuf=1時(shí)，說(shuō)明 DMA正在使用 saibuf1，程序應(yīng)該填充 saibuf2

上圖是I2S的通信需要配置的信號(hào)引腳定義。

（2）錄音機(jī)實(shí)驗(yàn)

（3）SD卡的存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)

（4）DSP實(shí)驗(yàn)

（5）RGB TFT顯示實(shí)驗(yàn)

? 調(diào)用單片機(jī)的LCD屏和TFT屏的函數(shù)庫(kù)的封裝是否一致呢？

（6）DMA數(shù)據(jù)傳輸實(shí)驗(yàn)：理解雙緩沖含義

? 編碼后的結(jié)果，會(huì)直接由DMA傳輸?shù)絻?nèi)存，只有等256點(diǎn)全部傳輸完才會(huì)進(jìn)入到DMA的中斷，這樣保證了每個(gè)采樣點(diǎn)的間隔時(shí)間都是一致的。

? DMA發(fā)送完成中斷指的是每次指定字節(jié)發(fā)送完成后便產(chǎn)生一個(gè)中斷。

? 為了方便接收音頻數(shù)據(jù)，我們使用DMA 傳輸完成中斷，每當(dāng)一個(gè)緩沖接數(shù)據(jù)滿了，硬件自動(dòng)切換為下一個(gè)緩沖，同時(shí)進(jìn)入中斷服務(wù)函數(shù)，將已滿緩沖的數(shù)據(jù)寫入SD 卡的wav 文件。

對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖崂砣缦?#xff1a;

首先聲音信號(hào)經(jīng)過(guò)麥克風(fēng)模塊，完成ADC轉(zhuǎn)換（ADC轉(zhuǎn)換過(guò)程），將采集的信號(hào)按照（轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)過(guò)程）存儲(chǔ)到SD卡中，進(jìn)而完成音頻信號(hào)的采集；對(duì)于音頻信號(hào)的播放，主控首先從SD卡中讀取（從SD卡中讀取數(shù)據(jù)的過(guò)程）對(duì)應(yīng)扇區(qū)的數(shù)據(jù)，然后對(duì)讀取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行DAC轉(zhuǎn)換(對(duì)讀取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行DAC轉(zhuǎn)換的過(guò)程)，然后把轉(zhuǎn)換后的電壓值輸送到麥克風(fēng)集成模塊中。

故而在閱讀例程中需要解決兩個(gè)問(wèn)題：

（1）麥克風(fēng)模組對(duì)于音頻信號(hào)的采集方式

? 內(nèi)部ADC的轉(zhuǎn)換過(guò)程：

? 內(nèi)部DAC的轉(zhuǎn)換過(guò)程：

WAV是微軟公司開發(fā)的一種音頻格式文件，用于保存Windows平臺(tái)的音頻信息資源，它符合資源互換文件格式(Resource Interchange File Format， RIFF)文件規(guī)范。標(biāo)準(zhǔn)格式化的WAV文件和CD格式一樣，也是44.1K的取樣頻率，16位量化數(shù)字，因此在聲音文件質(zhì)量和CD相差無(wú)幾！ WAVE是錄音時(shí)用的標(biāo)準(zhǔn)的WINDOWS文件格式，文件的擴(kuò)展名為“WAV”，數(shù)據(jù)本身的格式為PCM或壓縮型，屬于無(wú)損音樂(lè)格式的一種。

WAVE整體結(jié)構(gòu)如表 WAVE文件結(jié)構(gòu) ：

data chunk是WAVE文件主體部分，包含聲音數(shù)據(jù)，一般有兩個(gè)編碼格式：PCM和ADPCM，ADPCM(自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制)屬于有損壓縮，現(xiàn)在幾乎不用， 絕大部分WAVE文件是PCM編碼。PCM編碼聲音數(shù)據(jù)可以說(shuō)是在“數(shù)字音頻技術(shù)”介紹的源數(shù)據(jù)，主要參數(shù)是采樣頻率和量化位數(shù)。絕大部分WAVE文件是PCM編碼。

PCM編碼聲音數(shù)據(jù)可以說(shuō)是在“數(shù)字音頻技術(shù)”介紹的源數(shù)據(jù)，主要參數(shù)是采樣頻率和量化位數(shù)。

今天的分享可能有點(diǎn)稀疏，大體是因?yàn)閿?shù)據(jù)在麥克風(fēng)模塊內(nèi)部轉(zhuǎn)換完成后，就會(huì)直接從DMA中轉(zhuǎn)移到SD卡中，在轉(zhuǎn)移過(guò)程中，采集的數(shù)據(jù)會(huì)被WM8978模塊進(jìn)行PCM編碼，然后數(shù)據(jù)被以WAV格式存儲(chǔ)到SD卡中。故而分析數(shù)據(jù)，必須從SD卡中進(jìn)行數(shù)據(jù)的獲取。從WAV格式的編碼中，我們知道數(shù)據(jù)被放在最后，有一個(gè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)大小的標(biāo)志符，它的后面是采集得到的所有音頻數(shù)據(jù)。在程序中利用如下函數(shù)獲得起始位置：

wavx->datastart=wavx->datastart+8; //數(shù)據(jù)流開始的地方.

除此之外，我還需要知道目前在程序中采用的采樣率和采集的數(shù)據(jù)位數(shù)是多少：

采樣率：44.1kHz

采集的數(shù)據(jù)寬度：16bit (采集信號(hào)的實(shí)部) （對(duì)于虛部直接賦0）

采集的數(shù)據(jù)量：4096

對(duì)于已經(jīng)是實(shí)現(xiàn)的DSP頻譜分析中采用的上述參數(shù)是多少：

采樣率：1024hz

采集的數(shù)據(jù)寬度：32bit

采集的數(shù)據(jù)量：1024

關(guān)于f_write函數(shù)你知道多少呢？下面是它的參數(shù)定義

FRESULT f_write (
FIL* fp, // [IN] Pointer to the file object structure /
const void buff, // [IN] Pointer to the data to be written */
UINT btw, //[IN] Number of bytes to write /
UINT bw // [OUT] Pointer to the variable to return //number of bytes written
);

（2）SD在程序中對(duì)于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式

? 在SD卡中進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取：

?

? 在SD卡中進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫入：
例程中通過(guò)下面的函數(shù)來(lái)對(duì)SD的寫入數(shù)據(jù)，所以想在這里對(duì)寫入的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

res=f_write(f_rec,pdatabuf,SAI_RX_DMA_BUF_SIZE,(UINT*)&bw);//寫入文件

2）可以在網(wǎng)上尋找STM中DSP模塊的使用

后續(xù)的安排是，轉(zhuǎn)換過(guò)程中，數(shù)據(jù)的輸入方式和轉(zhuǎn)換過(guò)程，前提是了解到上述采集模塊對(duì)于數(shù)據(jù)的處理方式。

可以先嘗試把例程中的幅度譜先調(diào)試出來(lái)，然后再考慮數(shù)據(jù)的流向，從而只需要更改數(shù)據(jù)就可以了。

操作如下，將F4的顯示程序，直接搬到H7的平臺(tái)上，進(jìn)行平臺(tái)的移植。

參考網(wǎng)址一：https://blog.csdn.net/hduxiejun/article/details/46287341?utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2%7Edefault%7EBlogCommendFromBaidu%7Edefault-17.control&dist_request_id=&depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2%7Edefault%7EBlogCommendFromBaidu%7Edefault-17.control

close all; %Turn off all the pictures clc; DC=1; %The magnitude of the dc signal Amp1=1; %The amplitude of the first signal Amp2=3; %The amplitude of the second signal Amp3=5; %The frequency of the third signal Fre1=10;%The frequency of the first signal ) Fre2=40;%The frequency of the Second signal Fre3=80;%The frequency of the third signal Fs=40960; %The sampling frequency N=4096; %The sampling points t=[0:1/Fs:1]; %Sampling time S=DC+Amp1*sin(2*pi*Fre1*t)+Amp2*sin(2*pi*Fre2*t)+Amp3*sin(2*pi*Fre3*t); %信號(hào) %Display the original signal subplot(3,1,1); plot(S,'b'); grid on; xlabel(' Frequency/HZ'); ylabel('Voltage'); title('The original signal'); Y = fft(S,N); %Do FFT transform Module = (abs(Y)); %:Acquire modulus subplot(3,1,2); F=([1:N]-1)*Fs/N; h = stem(F(1:N/320)/10,Module(1:N/320),'fill','--'); set(get(h,'BaseLine'),'LineStyle',':') set(h,'MarkerFaceColor','red') grid on; xlabel(' FFTout[i]'); ylabel('FFT module'); title('the module value of FFT'); Module=Module/(N/2); Module(1)=Module(1)/2; F=([1:N]-1)*Fs/N; subplot(3,1,3); h = stem(F(1:N/320),Module(1:N/320),'fill','--'); set(get(h,'BaseLine'),'LineStyle',':') set(h,'MarkerFaceColor','red') grid on; xlabel(' Frequency /HZ'); ylabel('Voltage'); title('Amplitude - frequency curves');

note: plot(x) 當(dāng)x 為一向量時(shí),以x 元素的值為縱坐標(biāo),x 的序號(hào)為橫坐標(biāo)值繪制曲線。

可以借助MATLAB的程序來(lái)理解博主在單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)FFT的處理過(guò)程和相關(guān)信號(hào)的定義。

參考網(wǎng)址二：https://blog.csdn.net/ysudykx/article/details/79515134#%E7%BB%93%E6%9E%9C?utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-baidujs_title-4&spm=1001.2101.3001.4242

參考網(wǎng)址三：

https://www.cnblogs.com/menlsh/p/4154070.html

采樣率： Fs
采樣點(diǎn)：N = 1/Fs
頻譜幅度：直流是原來(lái)的N倍，交流是原來(lái)的N/2倍
基波頻率（采樣分辨率）：f = Fs/N 即顯示頻譜是的頻率間隔
基4采樣：輸入的點(diǎn)數(shù)必須是4^n 即(16/64/256/1024/4096)

例程中用到函數(shù)的參數(shù)定義：

//畫線
//x1,y1:起點(diǎn)坐標(biāo)
//x2,y2:終點(diǎn)坐標(biāo)
void LCD_DrawLine(u16 x1, u16 y1, u16 x2, u16 y2)

//在指定區(qū)域內(nèi)填充單個(gè)顏色
//(sx,sy),(ex,ey):填充矩形對(duì)角坐標(biāo),區(qū)域大小為:(ex-sx+1)*(ey-sy+1)
//color:要填充的顏色
void LCD_Fill(u16 sx,u16 sy,u16 ex,u16 ey,u16 color)

eg: LCD_Fill(0,240,0,260,WHITE);

經(jīng)過(guò)一番苦心鉆研，可算是把頻譜分析的圖像做出來(lái)了，目前的實(shí)現(xiàn)過(guò)程是自定義了一個(gè)輸入信號(hào)，如果把自定義的輸入信號(hào)，換成采集的音頻的數(shù)據(jù)，就可以完成頻譜的顯示工作了。

故暫時(shí)是有一個(gè)潛在問(wèn)題，按照奈奎斯特采樣定律，采樣率是輸入信號(hào)頻率的兩倍以上才可以，而輸入信號(hào)的頻率是100Hz~2kHz，故需要處理的數(shù)據(jù)是4096個(gè)。

3）確定調(diào)試方案的步驟

目前有兩個(gè)思路來(lái)解決這個(gè)FFT轉(zhuǎn)換，思路一是借助SD卡作為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的媒介，需要先完成ADC轉(zhuǎn)換，然后把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到SD卡中，然后調(diào)用DSP中的FFT函數(shù)，分別對(duì)采集的數(shù)據(jù)的進(jìn)行處理，然后并且把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到另一個(gè)扇區(qū)。思路二是直接在程序中定義一個(gè)數(shù)組，然后調(diào)用FFT對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，完成后，把數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)到SD卡中。

接收數(shù)據(jù)的方式有兩種，一種是在DMA中斷中，進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，因?yàn)橛玫氖请p緩存，所以需要注意的接收次序。另一種是在SD卡中，在聲音播放的位置，把聲音都讀出來(lái)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析。

第一步，先用串口將采集到的音頻數(shù)據(jù)，進(jìn)行串口打印顯示

實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)：

利用之前的MATLAB對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析，還算可以。

第二步，隨后根據(jù)采集的音頻數(shù)據(jù)，按照采樣分辨率進(jìn)行數(shù)據(jù)的頻譜分析

第三步，將MATLAB顯示的頻譜轉(zhuǎn)移到LCD屏幕上

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的录音机调试第五天的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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