代码收藏家技术教程 2024-08-21

STM32音乐播放器音频实验入门：PWM、DAC与.wav、.mp3格式详解

音频实验基础知识

简单的乐谱知识

音调：音阶分为中音、高音、低音，点在上面为高音，没有点为中音，点在下面为低音

音长：

简谱对应音阶下无横线为一拍，有单横线为半拍，双横线为1/4拍。音阶数字后有点加半拍音长，有横线加一拍。对应曲谱可以搜索一下。

	int16_t solitary_brave[]=
	{
		M6,50,M7,50,H1,50,H2,50,M7,50,H1,50,H1,100,Z0,10,	//爱你孤身走暗巷
		H1,50,M7,50,H1,50,H2,50,M7,50,H1,50,H1,100,Z0,10, 	//爱你不跪的模样
		H1,50,H2,50,H3,50,H2,50,H3,50,H2,50,H3,100,H3,50,H3,50,H2,50,H3,100,H5,100,H3,100,Z0,10 
		//爱你对峙过绝望不肯哭一场
	};

wav文件数据分析

wav文件1分析

wav文件2分析

00-03 52 49 46 46：RIFF的标志

04-07 24 90 01 00 ：文件的长度

08-0B 57 41 56 45 ：WAVE的标志

0C-0F 66 6D 74 20 ：fmt的标志

10-13 10 00 00 00 ：编码的格式类别，10H代表PCM形式。

14-15 01 00       ：字块总数

16-17 01 00    ：通道数 1为单声道，2为双声道

18-1B   80 3E 00 00 ：采样率：每秒采集二进制的位数。16000Hz

1C-1F 00 7D 00 00 ：每秒播放的字节数 = 通道数 x 每秒采集二进制的位数 x 采集数据的位数 / 8. 32000

20-21 02 00 ：每个样点的字节数

22-23   01 00 ：每个样点的数据位数

24-27   64 61 74 61 ：data的标志

28-2b   00 90 01 00 ：文件长度 3200KB

12位dac播放16位音频数据

一般WAV数据开始的第44字节开始就是wav数据，把wav数据取出后直接送到DAC播放。这里的WAV的dac数据是16bit的需要进行转换成12bit（stm32是12bit的DAC，所以整体需要右移4位，损失4bit的精度，保留大头）

//方法1：
buffer[i] = buffer[i]+0x8000;//16bit dac 数据为补码形式的，需要进行处理+0x8000
buffer[i] = buffer[i] >>num; //num 一般为4 右移4位剩下12bit dac数据

//方法二：
(buffer[0]+(buffer[1]-0x80)*256)>>4)//高位用补码形式保存的，转换时需要先减去0x80
//或者
tmpCap = (((u8)(buffer[1] - 0x80) << 4) | (buffer[0] >> 4));

设置time定时器的频率16K的采集率，每秒定时中断1/16000,在中断中填充音频数据到dac接口，即可实现普通dac播放音频文件！

注意：

【1】用二进制补码表示的音频数据（MCU或者计算机数值⼀律⽤补码来表⽰和存储），数据有正负，所以需要转换；

【2】有符号数据的模拟量波形是在0值附近上下波动的，所以需要向上平移0x8000，后再取高12位的数据送到 12位的DAC里面！

//测试1：
    s16 data1 = 1000;
    s16 data2 = -1000;
    printf("data             = %x,%x\n",data1,data2);
    printf("----------------------------------------------\n\n");
    u8 wav_data1[2] = {0xe8,0x03};//1000
    u8 wav_data2[2] = {0x18,0xfc};//-1000
    u16 dac_data1 =(((u8)(wav_data1[1]+0x80)<<8)|(wav_data1[0]));
    printf("wav_data1          = %d,%x\n",*(s16*)wav_data1,*(s16*)wav_data1);
    printf("dac_data1          = %d,%x\n",dac_data1,dac_data1);
    u16 tmp_data =(((u8)(wav_data1[1])<<8)|(wav_data1[0])) + 0x8000;
    printf("tmp_data           = %d,%x\n",tmp_data,tmp_data);

    u16 dac_data2 = (((u8)(wav_data2[1]+0x80)<<8)|(wav_data2[0]));
    printf("----------------------------------------------\n\n");
    printf("wav_data2          = %d,%x\n",*(s16*)wav_data2,*(s16*)wav_data2);
    printf("dac_data2          = %d,%x\n",dac_data2,dac_data2);
    tmp_data =(((u8)(wav_data2[1])<<8)|(wav_data2[0])) + 0x8000;
    printf("tmp_data           = %d,%x\n",tmp_data,tmp_data);
//测试2：
    s16 data1 = 1000;
    s16 data2 = -1000;
    printf("data             = %x,%x\n",data1,data2);
    printf("----------------------------------------------\n\n");
    u8 wav_data1[2] = {0xe8,0x03};//1000
    u8 wav_data2[2] = {0x18,0xfc};//-1000
    u16 dac_data1 =(((u8)(wav_data1[1]-0x80)<<8)|(wav_data1[0]));
    printf("wav_data1          = %d,%x\n",*(s16*)wav_data1,*(s16*)wav_data1);
    printf("dac_data1          = %d,%x\n",dac_data1,dac_data1);
    u16 tmp_data =(((u8)(wav_data1[1])<<8)|(wav_data1[0])) - 0x8000;
    printf("tmp_data           = %d,%x\n",tmp_data,tmp_data);

    u16 dac_data2 = (((u8)(wav_data2[1]-0x80)<<8)|(wav_data2[0]));
    printf("----------------------------------------------\n\n");
    printf("wav_data2          = %d,%x\n",*(s16*)wav_data2,*(s16*)wav_data2);
    printf("dac_data2          = %d,%x\n",dac_data2,dac_data2);
    tmp_data =(((u8)(wav_data2[1])<<8)|(wav_data2[0])) - 0x8000;
    printf("tmp_data           = %d,%x\n",tmp_data,tmp_data);

测试打印(目的是为了验证（ buffer[1]+0x8000）)以及（buffer[1]-0x80）效果都是一样；

有符号减去或者加上0x8000计算的结果都是一样(因为两种情况s16/u16有符号数据都溢出了，所以计算结果一样)；

有符号数据的模拟量波形是在0值附近上下波动的，所以需要向上平移0x8000：

测试1打印：

data = 3e8,fffffc18

———————————————-

wav_data1 = 1000,3e8

dac_data1 = 33768,83e8

tmp_data = 33768,83e8

———————————————-

wav_data2 = -1000,fffffc18

dac_data2 = 31768,7c18

tmp_data = 31768,7c18

测试2打印：

data = 3e8,fffffc18

———————————————-

wav_data1 = 1000,3e8

dac_data1 = 33768,83e8

tmp_data = 33768,83e8

———————————————-

wav_data2 = -1000,fffffc18

dac_data2 = 31768,7c18

tmp_data = 31768,7c18

补码和原码之间的换算：

1.原码转补码：

    正整数的补码是它本身，即 1的原码是0000 0001 ，补码还是 0000 0001.
    负整数的补码是符号位不变，其余位按位取反，再加1 ，例如 -1 的原码 1000 0001，补码 1111 1111 .

2.补码转原码

    正整数的补码即是原码。例，1 的补码是0000 0001 ，原码还是 0000 0001
    负整数已知补码求原码，只需要再对补码求一次补码即可，即负整数的补码的补码即是原码。
    例 -1 的补码 1111 1111 ，再取一次补码（符号位不变，其余位按位取反，再加1）即是原码 1000 0001.

mcu数据以补码形式存储：