關于畢設的一些調試感悟系列

1.硬件平臺的搭建

用的是正點原子的硬件平臺-阿波羅(STM32H743)，所以基本不用額外調試硬件系統，只是程序調試上需要多花一些時間進行調整。

設計的硬件系統包括LCD屏的顯示、WM8978模塊和SD卡存儲模塊

暫時發現需要改進的地方包括以下幾點：

（1）對于TFT屏的顯示

（2）對于SD卡的文件管理系統的調整

? 可以這樣實現，需要將兩個例程放在一起，用單片機的一個管腳作為輸入信號的標志位，從而讓單片機執行不同的程序。（模擬出音頻播放的功能來）

如果這樣，那我也可以進行頻譜的顯示，從而來實現對音頻信號的頻譜分析結果。

（3）對于麥克風模塊的工作模式的理解

2.軟件系統的調試

軟件系統包括的任務是硬件系統的中的驅動程序的編寫和使用DSP庫對采集的聲音信號進行顯示：高級一點的話，需要使用低通濾波器，對于高頻噪聲進行濾除。

1）TFTLCD屏-7寸 RGB TFTLCD

實現點陣顯示

2）麥克風模塊-WM8978

可以找到聲音進入主控的接口部分，進行數據的保存，并實現FFT的數據輸入

3）SD卡存儲文件的管理

可以實現對存入的文件，進行訪問，并進行音頻播放

3.暫時的安排

1）讀一讀正點原子的開發資料，理解例程中的數據傳遞的流程

下面是兩個開發板提供商的開源資料：

野火

原子

從上面的實驗教程中挑選如下的五個實驗進行應用性學習:

（1）音樂播放實驗

學習利用SAI使用I2S協議驅動wm8978

通過DMA進行數據的傳輸：用SAI 的子模塊A，其TX 是使用的DMA1 數據流 5 的通道87 來傳輸的；并且將DMA2 數據流3 設置為：雙緩沖循環模式，外設和存儲器寬度相同（16 位/32 位），并開啟DMA 傳輸完成中斷（方便填充數據）。給緩沖器填充數據需要在傳輸完成一次后，在中斷中調用這個函數 sai_tx_callback();

wav_play_song函數，是播放 WAV的最終執行函數，該函數解析完 WAV文件后，
設置 WM8978和 I2S的參數（采樣率，位數等），并開啟 DMA，然后不停填充數據，實現 WAV播放，該函數還進行了按鍵掃描控制，實現上下取切換和暫停 /播放等操作。該函數通過判斷wavtransferend是否為 1來處理是否應該填充數據，而到底填充到哪個 buf saibuf1或 saibuf2則是通過 wavwitchbuf標志來確定的，當 wavwitchbuf=0時，說明 DMA正在使用 saibuf2，程序應該填充 saibuf1；當 wavwitchbuf=1時，說明 DMA正在使用 saibuf1，程序應該填充 saibuf2

上圖是I2S的通信需要配置的信號引腳定義。

（2）錄音機實驗

（3）SD卡的存儲實驗

（4）DSP實驗

（5）RGB TFT顯示實驗

? 調用單片機的LCD屏和TFT屏的函數庫的封裝是否一致呢？

（6）DMA數據傳輸實驗：理解雙緩沖含義

? 編碼后的結果，會直接由DMA傳輸到內存，只有等256點全部傳輸完才會進入到DMA的中斷，這樣保證了每個采樣點的間隔時間都是一致的。

? DMA發送完成中斷指的是每次指定字節發送完成后便產生一個中斷。

? 為了方便接收音頻數據，我們使用DMA 傳輸完成中斷，每當一個緩沖接數據滿了，硬件自動切換為下一個緩沖，同時進入中斷服務函數，將已滿緩沖的數據寫入SD 卡的wav 文件。

對于數據傳輸的梳理如下：

首先聲音信號經過麥克風模塊，完成ADC轉換（ADC轉換過程），將采集的信號按照（轉換后的數據存儲過程）存儲到SD卡中，進而完成音頻信號的采集；對于音頻信號的播放，主控首先從SD卡中讀取（從SD卡中讀取數據的過程）對應扇區的數據，然后對讀取到的數據進行DAC轉換(對讀取到的數據進行DAC轉換的過程)，然后把轉換后的電壓值輸送到麥克風集成模塊中。

故而在閱讀例程中需要解決兩個問題：

（1）麥克風模組對于音頻信號的采集方式

? 內部ADC的轉換過程：

? 內部DAC的轉換過程：

WAV是微軟公司開發的一種音頻格式文件，用于保存Windows平臺的音頻信息資源，它符合資源互換文件格式(Resource Interchange File Format， RIFF)文件規范。標準格式化的WAV文件和CD格式一樣，也是44.1K的取樣頻率，16位量化數字，因此在聲音文件質量和CD相差無幾！ WAVE是錄音時用的標準的WINDOWS文件格式，文件的擴展名為“WAV”，數據本身的格式為PCM或壓縮型，屬于無損音樂格式的一種。

WAVE整體結構如表 WAVE文件結構 ：

data chunk是WAVE文件主體部分，包含聲音數據，一般有兩個編碼格式：PCM和ADPCM，ADPCM(自適應差分脈沖編碼調制)屬于有損壓縮，現在幾乎不用， 絕大部分WAVE文件是PCM編碼。PCM編碼聲音數據可以說是在“數字音頻技術”介紹的源數據，主要參數是采樣頻率和量化位數。絕大部分WAVE文件是PCM編碼。

PCM編碼聲音數據可以說是在“數字音頻技術”介紹的源數據，主要參數是采樣頻率和量化位數。

今天的分享可能有點稀疏，大體是因為數據在麥克風模塊內部轉換完成后，就會直接從DMA中轉移到SD卡中，在轉移過程中，采集的數據會被WM8978模塊進行PCM編碼，然后數據被以WAV格式存儲到SD卡中。故而分析數據，必須從SD卡中進行數據的獲取。從WAV格式的編碼中，我們知道數據被放在最后，有一個統計數據大小的標志符，它的后面是采集得到的所有音頻數據。在程序中利用如下函數獲得起始位置：

wavx->datastart=wavx->datastart+8; //數據流開始的地方.

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據位數是多少：

采樣率：44.1kHz

采集的數據寬度：16bit (采集信號的實部) （對于虛部直接賦0）

采集的數據量：4096

對于已經是實現的DSP頻譜分析中采用的上述參數是多少：

采樣率：1024hz

采集的數據寬度：32bit

采集的數據量：1024

關于f_write函數你知道多少呢？下面是它的參數定義

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在程序中對于數據的存儲方式

? 在SD卡中進行數據的讀取：

?

? 在SD卡中進行數據的寫入：
例程中通過下面的函數來對SD的寫入數據，所以想在這里對寫入的數據進行分析。

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

2）可以在網上尋找STM中DSP模塊的使用

后續的安排是，轉換過程中，數據的輸入方式和轉換過程，前提是了解到上述采集模塊對于數據的處理方式。

可以先嘗試把例程中的幅度譜先調試出來，然后再考慮數據的流向，從而只需要更改數據就可以了。

操作如下，將F4的顯示程序，直接搬到H7的平臺上，進行平臺的移植。

參考網址一：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 %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x 為一向量時,以x 元素的值為縱坐標,x 的序號為橫坐標值繪制曲線。

可以借助MATLAB的程序來理解博主在單片機中實現FFT的處理過程和相關信號的定義。

參考網址二：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

參考網址三：

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

采樣率： Fs
采樣點：N = 1/Fs
頻譜幅度：直流是原來的N倍，交流是原來的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：輸入的點數必須是4^n 即(16/64/256/1024/4096)

例程中用到函數的參數定義：

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

//在指定區域內填充單個顏色
//(sx,sy),(ex,ey):填充矩形對角坐標,區域大小為:(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);

經過一番苦心鉆研，可算是把頻譜分析的圖像做出來了，目前的實現過程是自定義了一個輸入信號，如果把自定義的輸入信號，換成采集的音頻的數據，就可以完成頻譜的顯示工作了。

故暫時是有一個潛在問題，按照奈奎斯特采樣定律，采樣率是輸入信號頻率的兩倍以上才可以，而輸入信號的頻率是100Hz~2kHz，故需要處理的數據是4096個。

3）確定調試方案的步驟

目前有兩個思路來解決這個FFT轉換，思路一是借助SD卡作為數據轉換的媒介，需要先完成ADC轉換，然后把數據存儲到SD卡中，然后調用DSP中的FFT函數，分別對采集的數據的進行處理，然后并且把數據存儲到另一個扇區。思路二是直接在程序中定義一個數組，然后調用FFT對數據進行處理，完成后，把數據直接存儲到SD卡中。

接收數據的方式有兩種，一種是在DMA中斷中，進行數據的存儲，因為用的是雙緩存，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，然后進行數據的分析。

第一步，先用串口將采集到的音頻數據，進行串口打印顯示

實驗的數據：

利用之前的MATLAB對采集的數據進行初步分析，還算可以。

第二步，隨后根據采集的音頻數據，按照采樣分辨率進行數據的頻譜分析

第三步，將MATLAB顯示的頻譜轉移到LCD屏幕上

總結

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內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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